MESA DIDACTICA “X” “Y” · eje “Z. y contar con una máquina de desbaste o fresadora. Cabe...

SEP DGETI SElT

CENTRO NACIONAL DE ACTUALIZACIÓN DOCENTE EN MECATRONICA

CNAD - CenideT

TRABAJO RECEPCIONAL

MESA DIDACTICA “X” “Y”

Prototipo Mecatrónico

Que presentan: Para obtener el reconocimiento de especialista en Ingeniena Mecatrónica.

SUB ESPECIAL1 DAD MAQU I NAS:

Ing. Eduardo Flores Acosta. Ing. Juan Carlos Rivera Díaz.

SUBESPECIALIDAD CONTROL:

Ing. Víctor Huerta Flores Ing. Luis De la Torre De la Torre

ASESORES

Maquinas: Ing. Roman Ruiz González Control: Ing. Alejandro Butron Guillén Pedagogía: Lic. Felix Pérez Piedra Experto: Massaki Tomita

SEP

Centro Nacional de Actualización Docente Mecatrónica Av. Eslanislao Ramircz sln esq. Mar de I& lluvias Col. Selcnc Deleeación :Tláhuac

CT 09FMP0001Q C.P. 12430

SEIT DGETI

Tel. fax841í431 841 1432 Mexico, D.F. I2 de julio de 1998

Asunto: Autorización de impresión del Trabajo Recepcionai

C.C Victor Manuel Huerta Flores Luis De La Torre Eduardo Flores Acosta Juan Carlos Rivera D i u Docentes en formación de la 6”. Generación P R E S E N T E S

Una vez que ha sido revisado el informe académico elaborado como trabajo recepcional del proyecto mecatrónico titulado “Mesa didáctica para interpolación X Y”, por los asesores de las tres áreas y al no encontrar errores en los aspectos técnicos, en la estructura de contenidos y en la redacción de cada uno de los apartados que lo integran, se ha determinado que el informe cumple con los aspectos necesarios para que pueda imprimirse de forma definitiva.

A T E N T A M E N T E

ASESORES

Contraparte del área de Máquinas r ,

L 6 Félix Pérez Piedra Contraparte del área de Pedagogía

Co aparte del área de Control F

. - Ing. Massaki Tomita

Experto Japonés

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INDICE

INTRODUCCI~N ................................................................................. 4

CAPITULO 1 DISEÑO DEL SISTEMA MECATRÓNICO.

1 .l. Descripción .................................. _ _ _ <_..............<_................. 7 1.2 Sistema mecánico ......_.._.._._....... ............................................... 9 1.3 Sistema de control ._.._..........._.... .............................................. 12 1.4 Programacion del sistema ......_.. ................................................... 17

CAPITULO 2 ETAPAS DEL DISEÑO.

2.1 Requerimientos mecánicos ....______._. ............................................. 18 2.2 Aspectos teóricos del sistema __..._... 20 2.3 Cálculos ............................................ ............................................ 24 2.4 Requerimientos eléctricos .................................................................. 26 2.6 Cálculos ............................................................................................ 36

.,

. , . . . , , . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

CAPITULO 3 FABRICACIÓN ENSAMBLE Y PRUEBAS DEL SISTEMA MECATRONICO

3.1 Fabricación y ensamble mecánico

3.1 .I Materiales requeridos ............................................................ 40 3.1.2 Proceso de fabricación .......................................................... 43 3.1.3 Proceso de ensamble ............................................................... 52 3.1.4 Mantenimiento y costo .... ... . ........._.. ....................................... 56 3.1.5 Pruebas .................................................................................. 57

3.2 Proceso de ensamble eléctrico y electrónico

3.2.1 Materiales requeridos ........................................................... 57 3.2.2 Proceso de ensamble .......................................................... 59 3.2.3 Pruebas y costo _... , ............. . . ..... .... ...................................... 62

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CONCLUSIONES ............................................................................. 63

BlBLlOGRAFlA .................................................................................... 64

APENDICES ............................................................................................ 65

A ) Dibujos mecánicos

B) Diagramas electrónicos

C) Diagramas de flujo

D) Programación en C++

E) Prácticas didácticas

F) Operación de la mesa "X" "Y".

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INTRODUCCION

Todo proyecto parte de una necesidad que se debe fundamentar con una idea, esto conduce a desarrollar nuevas ideas para lograr objetivamente lo que se pretende realizar.

El objetivo principal de este informe es el de respaldar mediante un documento, la elaboración de un prototipo mecatrónico, que consiste en diseñar y fabricar una mesa de prácticas “ X “Y” para graficar, adaptándole un eje “ 2 donde se encuentra el elemento graficador. Es decir, la mesa constará de tres movimientos, en el eje ” X , en el eje “Y“, y finalmente en el eje “i”. Los movimientos en “ X y “Y”, pueden darse en forma simultanea, lo que cae en el concepto propio de Interpolación. Su precisión es muy alta, fácil operación y mantenimiento mínimo. Enfocado como equipo de apoyo para realización de practicas en laboratorios donde se impartan las materias de Programación, Control y Electrónica.

Este proyecto se desarrolló tanto en diseño como en manufactura, apoyándose en conocimientos mecatrónicos, que es una rama que conjunta conocimientos de diversas disciplinas del saber técnico, especialmente, de la Ingeniería Mecánica, Ingeniería Electrónica y Programación.

La selección de nuestro prototipo se llevó a cabo con las propuestas de cada uno de los integrantes del equipo, mismas que se analizaron y conjuntamente, optando por la MESA “ X “Y”

La idea principal que justifica el prototipo así como su diseño y fabricación, es el alto costo de este tipo de dispositivos, ya que se acerca a una maquina de tipo convencional, estando por debajo de un centro de maquinado, lo cual resulta inaccesible a la mayoría de los centros educativos y pequeñas empresas. Siendo nuestro prototipo una opción viable de adquisición.

Se obtuvo la autorización correspondiente para la fabricación de la Mesa de Practicas “ X “Y”, quedando con un objetivo a alcanzar muy bien delimitado. Graficar figuras geométricas, y lograr la interpolación de los ejes “ X “Y”. Así mismo, este prototipo quedará abierto, para implementarse una herramienta en su eje “Z. y contar con una máquina de desbaste o fresadora.

Cabe mencionar que ya existen otras mesas de trabajo en ejes “ X “Y”, pero SU aplicación es con otros fines, lo cual nos hace replantear el diseño y control de nuestro prototipo.

En cuanto a la programación desarrollada para el control, se realizo en lenguaje Turbo C++, por lo potente del mismo, así como por convenir al fin propuesto. Este lenguaje es de bajo nivel, lo que nos permite manejar prácticamente al dispositivo

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con un lenguaje muy similar a funciones lógicas, que facilitan el control. Aparte, se ha pensado a futuro, trabajar con el lenguaje Visual C, para desarrollar un software en forma para este proyecto.

Para la realización de este proyecto se contó con el apoyo de este centro, en cuanto a todos los requerimientos técnicos, económicos y administrativos.

Los objetivos que fueron planteados al inicio de este arduo trabajo, son los siguientes:

a) Fabricar una máquina de bajo costo, accesible a los planteles de educación media y superior, para que cuenten con un equipo de prácticas, las especialidades de Control, Electrónica y Programación.

b) Diseñar y construir el equipo con índices satisfactorios de calidad en su manufactura, empleando para ello nuestras habilidades propias y capacidades personales, la experiencia en la industria y docente, así como los importantes conocimientos adquiridos con nuestra estancia en este centro de capacitación y actualización.

c) Usar tecnología propia, que facilite la aceptación de productos nacionales y no extranjeros en sectores como el educativo y empresarial. Demostrar que hay calidad en el quehacer tecnológico del país.

d) Presentar un proyecto de calidad para obtener la titulación en la especialización de control, mediante el convenio de CNAD y CENIDET.

e) Tener la satisfacción personal de superación profesional y tecnológica.

A continuación se dará una breve descripción del contenido de cada capitulo.

Capitulo uno

Tiene por objetivo proporcionar los conceptos, procedimientos, información y las decisiones que se requieren para diseñar el prototipo mecatrónico, así como los elementos de los diferentes sistemas mecánicos, la clasificación de los diferentes materiales que se utilizan, para esto es necesario tener los conocimientos sobre estética, resistencia de materiales, diseño de elementos mecánicos y dibujo

Capitulo dos

Una maquina está compuesta de diferentes elementos mecánicos que implican partes móviles que transmiten energia y logran un patrón especifico de movimiento, desde luego los elementos de maquinaria deben ser compatibles, tener que ajustarse entre si en forma adecuada y funcionar con seguridad y

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eficiencia, para lograr lo anterior es necesario distribuir las etapas del diseño que se plantearon durante el diseño. Por lo tanto en este capitulo debe comprenderse como funcionan los mecanismos, de que materiales están fabricados, que propiedades tienen y cual es su finalidad.

Capitulo tres

En la actualidad existen muchos procesos para maquinar las piezas mecánicas dentro de la rama industrial, pero la experiencia profesional que se tenga determinara en gran medida la selección adecuada del proceso a utilizar, aquí se utilizo el centro de maquinado y las maquinas convencionales para maquinar las piezas que componen el prototipo mecatrónico, es de suma importancia tener un buen acabado y precisión para lograr un buen ensamble mecánico y así poder tener un mínimo error en las pruebas que se realicen en el prototipo mecatrónico.

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CAPITULO 1

DISEÑO DEL SISTEMA MECATRONICO Este capitulo tiene por objetivo proporcionar los conceptos, procedimientos, información y las decisiones que se requieren para diseñar el prototipo mecatrónico, así como los elementos de los diferentes sistemas mecánicos, la clasificación de los diferentes materiales que se utilizan, para esto es necesario tener los conocimientos sobre estética, resistencia de materiales, diseno de elementos mecánicos y dibujo

1.1 Descripción

La estructura fisica del prototipo tiene las siguientes dimensiones 620 mm de largo 600 mm de ancho y 300 mm de altura, los materiales empleados para la fabricación son los siguientes:

Acero 1045 ( Chasis y Acoplamientos para motores) Acero 4340 ( Flechas ) Acero 11 12 ( Tornillos ) Aluminio Bronce fosforado Acrílico

Todos los aceros están basados en la norma AIS1 ( Asociación Estádounidense del Hierro y Acero), la selección se realizó de acuerdo a las fuerzas de aplicación y al funcionamiento de los mecanismos que trasmiten el movimiento en los eje “ X y “y“.

La resolución que se manejó en el prototipo es de 0.5 mm y para el logro del mismo es necesario tener un buen maquinado, ajuste alineación y selección adecuada de los materiales a utilizar.

La base soporta todos los mecanismos, las laterales soportan a las flechas y al tornillo que produce el movimiento en el eje “ X , frontal y posterior el mecanismo que da movimiento al eje ” Y . Por medio del giro de los tornillos accionados por motores a pasos y una tuerca que está en la parte posterior del chasis y en la caja graficadora le logra en desplazamiento de los ejes.

Mediante un graficador (bolígrafo) que está montado en la caja que se desplaza en el eje “X” se logra realizar el trazo de figuras geométncas, para controlar el movimiento en el eje “2” se cuenta con un solenoide en el interior de la caja graficadora la misma que cuenta con dos flechas guias de 9.525 mm de diámetro. En cuanto al sistema de control para el prototipo mecatrónico, Mesa de Prácticas “X” “ Y . se decidió simplificar lo más posible, de tal manera que se pueda

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desarrollar fácilmente en los planteles, o bien, por alguna Persona o empresa interesada en ello.

El criterio es, no depender de tarjeta alguna de expansión, Para operar este sistema, sino lograr el control desde el puerto paralelo de la PC. , Y de está manera, que el prototipo sea susceptible de ser utilizado prácticamente en cualquier equipo de cómputo, sin más necesidad, que conectarse ai puerto paralelo por medio de un cable de conexión con dos conectores DB25 tipo macho en los extremos, diseñado especialmente para tal efecto. Su circuito de interface es muy simple, y se halla instalado en el interior del chasis de la mesa, junto con los demas circuitos.

Todos los componentes utilizados en su fabricación y ensamble, son comerciales y de fácil adquisición en su mayoría, ya que se pretende ponerlo al alcance de quien tuviera el interés.

Los circuitos que se han utilizado son circuitos populares y de mucha aplicación, en su mayor parte se encuentran ya diseñados, y analizados con tiempo. Las configuraciones utilizadas son conocidas por la mayoría de las personas dedicadas al control.

Se hará una descripción muy general de cada una de las etapas que involucran la Parte de control, con el fin de describir en forma general el diseño y construcción de este sistema. En un próximo capítulo se hará el análisis del funcionamiento y criterios de diseño para cada una de las etapas.

Posteriormente en los apéndices se encontraran los diagramas eléctricos y electrónicos del sistema, así como una lista de componentes y materiales utilizados para su fabricación, montaje y ensamble.

Las etapas de las que consta el sistema de control para este prototipo son:

a) Circuito de interface. b) Circuito driver. C) Circuito de potencia. d) Circuito de solenoide. e) Fuente de alimentación. 9 Dispositivos censores. 9) Dispositivos actuadores.

Así mismo se incluyen unos conceptos generales muy simples sobre los sistemas de interface y su relación tanto con los sistemas de cómputo, así como las condiciones del mundo real que deben sensar, para tomar decisiones. Debe aclararse que este sistema no cuenta con convertidores digitales, analógicos y viceversa, por lo que se reduce considerablemente el diseño del circuito de interface .

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1.2 Sistema Mecánico

Está maquina está dividida en cinco macanismos principales.

Chasis Coniuntó Drincipal del husillo en el eje " X Coiuntó principal del husillo en el eje " Y Caja graficadora Cubierta

Chasis

La parte del chasis la forman cinco placas de acero con las dimensiones y características especificadas en los dibujos teniendo un peso aproximado de 25 Kg. con el fin de evitar la vibración o algún movimiento de desplazamiento que se pueda tener al accionar los motores que trasmiten el movimiento a los ejes "X" y "Y

El maquinado es realizado en una fresa convencional y en el centro de maquinado de control numérico, posteriormente se rectificó con el fin de asegurar que el ensamble entre las placas formen un ángulo de 90'. la base es la primera parte que soporta todo el peso de los mecanismos, las piezas frontal, posterior y laterales soportan los conjuntos principales de los husillos de los ejes " X y " Y , existe un milímetro de ajuste en cada perforación para poder alinear y escuadrar las piezas a 90'

Conjunto principal del husillo en el eje "X".

Este conjunto mecánico tiene la función principal de proporcionar un movimiento horizontal positivo y negativo en el eje " X teniendo una carrera total de 380 mm y desplazando una carga de 6 Kg. que es lo que pesa la caja graficadora.

El husillo para que convierta el movimiento giratorio en desplazamiento horizontal positivo y negativo debe tener una precisión que nos asegure un error de desplazamiento lateral de 0.5 mm que es condición para que el prototipo cumpla con el requerimiento de precisión, para asegurar tal precisión se utilizaron dos flechas guías laterales con desplazamiento lineal empotradas con rodamientos axiales y unidas con tornillos M-6 a las piezas laterales.

La tuerca es de bronce fosforasdo que tiene un excelente coeficiente de rozamiento y buen grado de maquinabilidad y resistencia, está acoplado fijamente en la parte lateral izquierda de la caja graficadora que es la que tendrá el desplazamiento en el eje "X.

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Conjunto principal del husillo en el eje "y".

Tiene la función principal de proporcionar un movimiento en el eie "Y" que es perpendicular al movimiento en el eje " X , su carrera total de desplazamiento es de 380 mm, desplazando una carga total de 1.5 Kg. de igual manera que el conjunto principal del husillo del eje " X &te tiene las mismas condiciones, únicamente las flechas guías son de un diámetro menor esto se debe a que el peso es menor a desplazar, la tuerca está acoplada fijamente en el chasis en la parte posterior.

En los extremos de las flechas están acoplados dos piezas una se utiliza para colocar el motor y la otra para colocar un rodamiento radial que es donde asienta el husillo, sobre ambas piezas se coloco la superficie de trabajo donde se realizara el gráfico.

Caja Graficadora

Es un conjunto de placas de aluminio maquinadas perfectamente a las dimensiones que se representan en los dibujos, está compuesta por las siguientes piezas:

Dos laterales, una superior, una inferior y una posterior, las piezas laterales llevan acoplados cuatro rodamientos axiales con un ajuste exacto de 0,O; la pieza lateral izquierda, además de los rodamientos lleva montada la tuerca para el tornillo que al ser girado produce el desplazamiento de la caja graficadora. La función de la pieza superior es centrar el solenoide que se utiliza para bajar y subir el portagraficador que nos representa el movimiento del eje "Z, además, lleva dos perforaciones para flechas guías del porta graficadora, as¡ como perforaciones para sujetar dos bujes con cuerda interna y externa con la finalidad de amortiguar la bajada del portagraficador, la pieza inferior se utiliza para fijar el solenoide.

El porta graficado está compuesto de cinco piezas la parte frontal que sujeta a dos piezas posteriores donde están acoplados los rodamientos axiales, la pieza superior lleva acoplados también dos rodamientos axiales que deben estar alineados con los otros dos rodamientos para que a su vez sean empotradas las flechas que están fijas por la parte inferior de la caja, además están fijos los dos coples uno que se utiliza para bajar y subir el portagraficador cuando se acciona el solenoide el otro es para regular y amortiguar la bajada.

El graficador ( lápiz 6 bolígrafo) se coloca en una pieza que está sujeta en la parte central inferior de la pieza frontal del graficadora y se puede ajustar la altura por medio de dos tornillo M-4, para que exista una precisión entre el graficadora y la mesa de trabajo donde se representará el gráfico, existe una flecha debajo de la superficie de trabajo que ajusta y alinea el centro con la punta del graficador. Esto es con al finalidad de que la fuerza que ejerce la punta del graficador no empuje a hacia abajo la superficie de trabajo y así se asegure un gráfico constante y preciso.

I O

MESA DlDACTlCA "X" " Y

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Cubierta y tapa del chasis

La cubierta está fabricada en lámina negra calibre No 22. La componen tres partes, una en forma de “U” que nos representa la parte frontal, superior y posterior, además dos laterales en los extremos de las piezas laterales llevan tuercas sujetas, para poder ensamblarlas, la parte frontal y posterior están sujetas con las placas laterales del chasis, es y sujetas con las piezas frontal y posterior del chasis.

Partes del Chasis.

3 Base s Frontal a Posterior 3 Lateral derecha 3 Lateral izquierda

Conjunto principal del husillo en el’eje “ X

Tres flechas con diámetro de 19.05 mm Un husillo cuerda acme paso 2.1 Una tuerca de bronce pata el husillo Cuatro rodamientos axiales Una caja para el graficadora Un solenoide Acoplamiento para amortiguar el porta graficadora Dos flechas de diámetro 9.525 mm Porta graficadora Un rodamiento para el husillo Un gratificador (bolígrafo) Resortes

Conjunto principal del husillo en el eje “Y”.

Dos flechas con diámetro 9.525 mm Un husillo cuerda acme paso 2.1 Cuatro rodamientos axiales Un rodamiento para el husillo Una tuerca de bronce pata el husillo Un acoplamiento para el husillo y motor Un motor a pasos de 1.8 o Dos piezas de aluminio para sujetar flechas, motor y rodamientos Dos piezas de aluminio para sujetar superficie de trabajo Una pieza de acrílico ( superficie de trabajo )

I I

MESA DlDACTlCA “ X “Y”

0 ’ 1 - 0 5 4 0

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Cubierta

Lamina negra calibre no 22

Tornilleria

Toda la tornilleria que se utiliza es milimétrica de cabeza allen de M-2. M-3, M-4, M-6 la longitud varía dependiendo de la parte a ensamblar, de está forma está estandarizado las dimensiones en un solo sistema de unidades.

1.3 Sistema de Control

Aspectos teóricos

Interface con el mundo analógico

Muchas variables físicas son de naturaleza analógica y pueden tomar cualquier valor dentro de un rango continuo de estos. Ejemplos de variables de este tipo incluyen temperatura, presión, intensidad luminosa, señales de audio, posición velocidad rotacional y velocidad de flujo. Los sistemas digitales llevan a cabo todas sus operaciones internas mediante el uso de circuiteria y operaciones digitales. Cualquier información que tenga que introducirse en un sistema digital, primero debe convertirse a información digital. De manera similar, las salidas de un sistema de está naturaleza siempre son digitales. Cuando un sistema digital, como el caso de una computadora, se va a utilizar para vigilar y o controlar un proceso físico, el disefiador se enfrenta con la diferencia entre la naturaleza digital de la computadora y la analógica de las variables del proceso.

La figura No. 1 ilustra está situación. El diagrama es claro al mostrar los cinco elementos que participan cuando una computadora vigila y controla una variable física, que se presume es analógica:

I I I CONVERTIDOR D-A

Fig. No 1

Transductor.

Por lo general, la variable física no es una cantidad eléctrica. Un transductor es un dispositivo que convierte una variable física en una eléctrica. Algunos

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transductores de uso común son los termistores, las fotoceldas, los fotodiodos, los medidores de flujo, los transductores de presión y los tacómetros.

La salida eléctrica de un transductor es una corriente o un voltaje analógico proporcional a la variable física que se está vigilando y controlando. Por ejemplo, la variable física podría ser la temperatura del agua contenida en un tanque que se llena con dos tuberías que transportan cada una, agua caliente y fría. Supongamos que la temperatura del agua varia de 80 grados Fahrenheit a 150 grados Fahrenheit, y que el termistor, junto con la circuitería asociada con éste, convierten las variaciones de temperatura a un voltaje que varía de 800 a 1,500mV. Observe que la salida del transductor es directamente proporcional a la temperatura; en este caso cada grado Fahrenheit produce un cambio en la salida de 1OmV.

Convertidor analógico-digital (ADC).

La salida analógica del transductor, es la entrada al ADC. El ADC convierte la entrada en una salida digital. Está última consiste en varios bits que representan el valor de la entrada analógica. Por ejemplo el ADC, puede convertir los valores entre 800mV y 1,500mV en valores binarios que varían desde 01010000 (80) a 10010110 (150). Observe que la salida binaria del ADC es proporcional al voltaje analógico de entrada, de modo que cada unidad de la salida digital, representa 1 OmV.

Computadora.

La representación digital de la variable del proceso se transmite desde el ADC hacia la computadora, que lo almacena y procesa de acuerdo con las instrucciones del programa en ejecución. El programa efectuará cálculos u otras operaciones sobre la representación digital de la temperatura, para generar una salida digital, que eventualmente servirá para controlar la temperatura.

Convertidor digital-analógico (DAC).

La salida digital de la computadora se conecta a un DAC, que la convierte a un voltaje o corriente proporcional. Por ejemplo, la computadora puede producir una salida que cambia de 00000000, a 11 11 11 11, la que el DAC convierte en un voltaje que varía de OV a 1OV.

Actuador.

A menudo, la señal analógica que proviene del DAC está conectada a algún circuito o dispositivo que sirve como actuador para el control de la variable física. Para el ejemplo del tanque de agua, el actuador puede ser una válvula controlada en forma eléctrica que regula el flujo de agua caliente hacia el tanque, de acuerdo con el voltaje analógico proveniente del DAC. La rapidez del flujo cambia en forma

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proporcional, de acuerdo con este voltaje anaiógico; ov no produce ningún flulo mientras que I O V produce la máxima rapidez de flulo.

Circuito de interface.

El circuito de interface es el encargado de lograr la comunicación entre el programa de control y los elementos actuadores, así como proteger al equipo de computo con respecto al sistema a controlar (Mesa de Prácticas "X" "y).

La interface se encuentra instalada en la mesa de prácticas, para que el equipo pueda trabajar en cualquier PC, por medio del puerto paralelo. El circuito de interface, está formado por dos buffer, SN74244, conectados a un dispositivo conedor DB25 tipo hembra, como medio de comunicación al puerto paralelo de la PC. Su cable de conexión de 25 hilos.

El circuito de interface formado por el C.I. SN74244, que internamente contiene ocho buffer no inversores, tiene como función recibir y transmitir datos, conteniendo cada circuito, dos buffer inversores para llevar al buffer al tercer estado para su control. Asegurando un nivel lógico de cero o uno, en función del dato de entrada para evitar información errónea entre el sistema a controlar y la PC, debido a alguna variación del estado lógico.

Circuito de driver.

Este circuito es el encargado de dar una secuencia de salida para el sentido de giro de los motores a pasos, utilizados como actuadores en este proyecto. Está Señal de salida es la polarizacibn requerida en la base de los transistores de la etapa de potencia. Se encuentra conectada entre el circuito de interface y la etapa de potencia.

El circuito de Drive, está formado por el C.I. PMM8713, que en su forma básica es un registro de corrimiento bidireccional, de 16 terminales teniendo su polarización de 4 a 14 Vdd, compatible con los elementos T L .

Tiene tres modos de programación, utilizando para ello, las terminales 1, 2, 5 y 6. Cuenta además en sus terminales de salida, con cuatro resistencias de 330 ohms, que van a la etapa de potencia para limitación de corriente. Así mismo su configuración, requiere de un divisor de tensión en su terminal 9, con un capacitor de derivación a tierra de un valor de 4.7 mf, a 25 Vcd.

Estando formado el divisor de tensión por dos resistencias de 10 K, cada una. Se cuenta con la tabla de programación para los diferentes modos de Programación de este dispositivo. Siendo la señal de reloj, necesaria para su secuenciación generada desde el Programa de control.

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Etapa de potencia.

Se cuenta con un circuito encargado de proporcionar 10s niveles de corriente necesaria para la excitación de los devanados de 10s motores a Paso. que provocan el sentido de giro, y por tanto, ei movimiento en 10s tornillos que se encuentran en los ejes " X y "Y". Se desarrollaron dos diferentes configuraciones para está etapa.

Etapa con elementos discretos

Formada por cuatro transistores del tipo TIP100, que es una configuración tipo Darlington, y sus respectivas resistencias de polarización. Lleva una protección ai transistor formada por dos diodos, los cuales están conectados en paralelo a la carga,

Etapa integrada.

Es un circuito de tipo híbrido, que internamente contiene cuatro transistores, así como una línea para controlar la corriente, cuando la etapa de salida no esté en operación. Cuenta con algunos elementos resistivos, capacitivos de polarización y sus diodos respectivos de descarga de corriente.

Ambas etapas han sido sometidas a pruebas de funcionamiento con carga, considerando ambas alternativas como viables a utilizarse.

Circuito de solenoide.

Un elemento actuador que contiene este prototipo, es un solenoide encargado de subir o bajar el elemento graficador, según sea el caso. Para la manipulación de este actuador, se diseñó un circuito de alimentación a la bobina, para ser energizada y lograr el efecto deseado. Es un circuito que maneja una corriente relativamente elevada, y por tanto requiere de una alimentación por separado con respecto a los demás circuitos. Cabe mencionar que el solenoide fue diseñado y fabricado por la parte de máquinas, siendo su operación dirigida desde el sistema de control. Fue necesario su diseño y fabricación, ya que los solenoides comerciales no se apegaban a las necesidades del proyecto.

Fuente de alimentación.

Se cuenta con dos fuentes para alimentar el sistema, una para la circuitería de Drive, Interface y Potencia, y la segunda para la alimentación del solenoide.

Fuente de drive, interface y potencia.

Está fuente consta de un transformador, rectificadores encapsulados en puente, filtros y reguladores de voltaje, entregando dos voltajes, uno de % Vcd, y otro de

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12 Vcd, respectivamente, con una corriente a 3 Amp. Está encargada de suministrar los niveles de voltaje y corriente necesarios a las etapas mencionadas anteriormente.

Fuente de circuito solenoide

Consta de un transformador, rectificadores y filtros, para eliminar factor de rizo, SU característica de voltaje es de 25 Vcd, a 5 Amp. Tiene Como función suministrar el nivel de voltaje y corriente necesario para excitar la bobina del solenoide.

Interruptores de posición de limite. (limit switch)

Los sensores Limit Swicht, son llamados interruptores de posición, y fueron diseñados para cambiar su estado en función de un movimiento de tipo mecánico. diseñados con una pieza movible de metal, que tiene en un extremo un pequeño rodillo. Eléctricamente estamos hablando de un interruptor un polo dos tiros(U.P.D.T.), teniendo una posición normalmente abierta y una normalmente cerrada (N.A. y N.C.),

su estructura de plástico contiene dos sujetadores, que le permiten un fácil acomodo en el lugar y posición adecuado.

Una vez colocado, será accionado, o cambiará de estado al ser oprimido su rodillo, abriendo un circuito y cerrando otro. LOS Limit Switch, son sensores de posición, de tipo mecánico, diseñados para detectar movimientos o posiciones de un objeto.

Un Limit Switch, puede ser seleccionado en base de diferentes criterios:

a) Forma. La aplicación que se le dará al Limit Switch, define la estructura de este. Cómo debe ser oprimido, y con qué presión.

b) Características Eléctricas. Los Limit Switch tienen una característica de voltaje Y de corriente. Debe considerarse que las corrientes de control pasan generalmente por medio de estos interruptores.

C) Costo. Los sensores del tipo Limit Switch difieren en precios, por tanto debe determinarse la necesidad en la calidad del sensor, para una correcta adquisición.

Motores de paso como elemento actuador.

El Motor a pasos, es un actuador muy utilizado en el control de sistemas de tipo electromecánico, o bien, de los mecatrónicos. Su popularidad en este campo se debe a sus caracteristicas de operación y funcionamiento.

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~1 motor a pasos trabaja en función de una serie de pulsos que recibe, Y al tiPo de conexión que se utiliza. Su control en posición es muy preciso, y los circuitos necesarios para el control no son circuitos complejos, como el caso de los motores de corriente continua convencionales.

Una de sus caracteristicas principales es su grado por paso. Si el control requerido es muy preciso, deberá seleccionarse un motor a pasos, de un grado muy pequeño, si es el caso contrario, los grados por paso, podrán no ser tan pequeños. Para este proyecto se seleccionó el motor a pasos, como elemento actuador, ya que las características propias del prototipo, así lo requiere.

1.4 Programación del sistema.

El control fundamental de este prototipo está soportado en la programación, ya que pueden tenerse totalmente terminadas las etapas del Hardware del sistema, pero sin el programa este proyecto no tiene aplicación. Surge la necesidad de crear un programa que sea capaz de comunicar al equipo de cómputo, con el mundo exterior, en este caso, el prototipo, o mesa de prácticas. De los lenguajes de programación que pueden realizar está tarea, se optó por el Lenguaje C++, de Borland, ya que tiene la versatilidad necesaria para el propósito antes mencionado. Es un lenguaje de bajo nivel, que permite resolver problemas complejos, mediante la creación de funciones llamadas de Usuario. Estas funciones son llamadas cada vez que son requeridas en el transcurso del programa, y facilitan la elaboración, revisión y ejecución de este,

El programa se basa principalmente, en lograr una interpolación de una línea recta a cualquier ángulo, posteriormente utilizando este mismo programa, permitid la interpolación para el graficado de un círculo. Graficará figuras geométncas, enunciados, étc.

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CAPITULO 2

ETAPAS DEL DISEÑO

Una maquina está compuesta de diferentes elementos mecánicos que implican partes móviles que transmiten energía y logran un patrón especifico de movimiento, desde luego los elementos de maquinaria deben ser compatibles, tener que ajustarse entre si en forma adecuada y funcionar con seguridad y eficiencia, para lograr lo anterior es necesario distribuir las etapas del diseño que se plantearon durante el diseño. Por lo tanto en este capitulo debe comprenderse como funcionan los mecanismos, de que materiales están fabricados, que propiedades tienen y cual es su finalidad.

2.1 Requerimientos

Mecánicos

Para la fabricación del proyecto se deben de tener en cuenta todos los aspectos técnicos, para que se logre satisfacer los objetivos de la (mesa didáctica "X,"Y").

Resistencia.

Todas las partes que componen el prototipo mecatrónico (mesa didáctica " X , "Y") cumplen funciones determinadas, las flechas se calcularon para tener un promedio mínimo de vida útil sin deflección de 15 O00 h. Efectivas después de este tiempo pueden tener una deflección al centro de 0.033 mm de acuerdo a los cálculos realizados.

Para cuestiones del diseño se ha estimado un peso de 13 kg. Que es el doble del que se tiene originalmente, los husillos tienen un diámetro de 9.525 mm con un paso de 2.1 mm, la selección se calcula con relación a la carga que se desplazara la cual es mínima debido a que las flechas soportan todo el peso y el husillo idealmente queda sin carga necesitando vencer solamente la fuerza de rozamiento que existirá entre las paredes del tornillo y la tuerca, por lo tanto con un pequeño toqué la carga se desplazará sobre las flechas guías debido a que tienen empotrados los rodamientos axiales que presentan poca resistencia al deslizamiento.

Otro aspecto importante es que las piezas que conforman la caja graficadora sean de un material de baja resistencia y peso ligero para evitar un peso excesivo e innecesario a los ejes.

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MESA DlDACTlCA " X " Y

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Funcionalidad

Está determinada por el correcto cálculo de los esfuerzos, deflecciones y por la correcta selección de los materiales, mecanismos que pemitan un funcionamiento sin tanto rozamiento en las partes giratorias, en este caso se seleccionó una tuerca de bronce para los husillos y los rodamientos axiales con el fin de optimizar los movimientos.

Los aspectos que se tomaron en consideración para el buen funcionamiento son los siguientes:

1 _- El diseno más óptimo 2.- Los materiales adecuados 3.- Mecanismos óptimos 4.- Sistema de control de mayor facilidad 5.- Correcto proceso de maquinado 6.- Precisión y acabado de las piezas 7.- Alineación y nivelación de los mecanismos

Eficiencia.

Para lograr este aspecto se seleccionaron dos husillos para los movimientos en los eje " X y " Y con cuerda tipo ACME ya que es más eficiente que la trapesoidal y la cuadrada, debido al ángulo entre dientes que es de 29' así como guías lineales rectificadas de la marca Thomson, rodamientos axiales de la misma marca y rodamientos radiales, esto origina un deslizamiento perfecto en los ejes eliminando por completo la fricción, se cuenta con un eje " Z montado en la caja graficadora que se desliza por medio de flechas guías, las cuales cuentan con baleros axiales y el movimiento de descenso del mismo se controla por medio de un solenoide.

Precisión.

El prototipo mecatrónico requiere que sus piezas cumplan con este concepto que es uno de los más importantes, por ello se empleó el centro de maquinado marca Mor¡ Seiki modelo MV-40 para maquinar las piezas laterales de la caja graficadora ya que en éstas atraviesan las flechas guías del eje "X" y el husillo, puesto que los centros de estos deben quedar alineados correctamente para evitar el descentrado, lo cual no permitiría el deslizamiento de la caja sobre las guías.

Apariencia.

AI estar maquinando cada una de las piezas de la mesa didáctica " X "Y" se tomo en cuenta su apariencia, por ello se rectificaron las que forman parte del chasis que son de acero 1040, esto nos dio un buen acabado y con ello un buen ajuste y alineación.

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Las piezas de aluminio que se maquinaron en la fresa convencional que dejan un buen acabado pero para mejorar este se le dio un proceso de lijado y pulido.

2.2 Aspectos teóricos del sistema

El husillo llamado también tornillo de potencia está diseñado para convertir el movimiento giratorio en movimiento lineal y ejercer una fuerza necesaria para moverse a través de una trayectoria deseada, los tornillos de potencia operan con el principio de la cuerda del tornillo y la cuerda con la que enlaza en este caso la de la tuerca, si el tornillo se apoya en un balero radial y en su otro extremo se acopla a un motor y se evita que la tuerca gire la tuerca se enrosca a lo largo del tornillo produciendo un desplazamiento a lo largo del mismo.

Los husillos se mandaron a maquinar, con cuerda tipo ACME, los cuales requieren de un torque bajo, ya que el peso lo soportan las flechas guías y puesto que solamente el prototipo realizará figuras geométricas sin desplazar una carga excesiva el torque es mínimo la carrera máxima de los husillos está controlada por limit swich colocados en el eje "X" en las piezas laterales del chasis y en el eje " Y en las piezas frontal y posterior

La rosca tiene las siguientes especificaciones que se muestran en la figura No 2

Figura No 2 Representación de una norma ACME segun noma ANSI b1.5-1973.

Deflexión de la flecha al centro.

Como las flechas se adquirieron el cálculo de la deflexión se realzo de acuerdo al manual de flechas' (advanced Linear Motion Metric Products),

1 Está deflexión se muestra en la figura No 2 del manual de Thomson pag. 11

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I I I I I

-___________------- -___________------- -- --_ -- -----I'---------

w12 w12

Figura No 3 Representación de la deflexión al centro.

2 D = Wa ( 3L2 - 4a ) I 4 8 El ........................................................ Ecuación 1

Vida Uti1 de los rodamientos.

Este sistema de transporte de flechas es sujeto a una carga de 60 N perpendicular a la dirección del recorrido, la carga es distribuida simétricamente entre cuatro bujes de balín (Multitrac).

Lm = 2 X S X F X Lh X 60 ........................................................ Ecuación 2

Carga dinámica.

Teniendo el valor de la cargas dinámica que soportan los baleros, sabremos el diámetro por medio de tablas2 y por ende el valor del diámetro de las flechas.

El valor de la carga dinámica fue de 125 N que dio por cálculo el valor más próximo es de 180 N que corresponde a un balero MA M08 con un diámetro de 8 mm, ya que el prototipo es didáctico y aplicando un factor de seguridad se seleccionó un balero con un diámetro de19.05 mm para el eje "X" ya que éste soporta la caja graficadora , para el eje " Y el diámetro de la flecha es de 9.525

Wr = P I KI X Ks X Ke .............................................................. Ecuación 3

2 Manual de Thomson

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MESA DlDACTlCA "X" '"Y"

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Torque

En primer lugar el filete helicoidal de la rosca del tornillo se desarrolla sobre un plano exactamente en la longitud correspondiente a una vuelta, por lo tanto el borde externo del filete formará la hipotenusa de un triángulo rectángulo, cuya base es la extensión de la circunferencia correspondiente al diámetro medio de la rosca (dm) y cuya altura es el avance (I), el ángulo (e) es el ángulo de hélice de la rosca, la fuerza (F) es la suma de todas las fuerzas axiales que actúan sobre el área normal de la rosca. Para desplazar la carga se tiene una fuerza (P) que actúa la fuerza de fricción es igual al producto del coeficiente de fricción (p) y la fuerza normal, que actúa oponiéndose al movimiento, el sistema está equilibrado bajo la acción de las fuerzas y por lo tanto para desplazar la carga se tiene las siguientes ecuaciones

El cálculo que se realizó fue para un tornillo de transmisión de potencia de rosca ACME que tiene un diámetro mayor de 9.525 mm y un paso de 2.1 mm, teniendo un coeficiente de rozamiento de 0.15 y una F de 60 N, 0 = 14.5.

Desplazamiento

Z F x = p - N s e n 0 + p o s 0 = O ................................................ Ecuación 4

~ F y = F + , d s e n 0 - - N c o s 0 = 0 ............................................. Ecuación 5

Puesto que no interesa la fuerza normal ( N ) se elimina de este sistema y despejando ( P ) se obtiene:

F = &ene + P C O S 0 ) ............................................................ Ecuación 6 cos0 - p sen0

Representación esquemática:

N

‘i 29O : .,.>

i a1+4 ii drn

de dm

di 22


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Donde:

I = Avance p = Coeficiente de rozamiento N = Fuerza normal dm = Diámetro medio de la rosca e = Anguio de la rosca F = Suma de todas las fuerzas axiales P = Fuerza para desplazar la carga

A continuación se divide entre cos e, el numerador y el denominador de está ecuación y se aplica la relación Tag 0 = L In dm quedando la siguiente ecuación.

F [ ( L / d m ) + PI l-(,uL/írdm)

............................................................ Ecuación 7 P =

Finalmente observando que el momento de rotación es el producto de la fuerza (P) y El radio medio ( dml2), el desplazamiento de la carga se puede escribir como.

Fdm L i zpdm T = ---[ ) ............................................................ Ecuación 8 2 p d m - d

En el caso de roscas ACME, el efecto del ángulo e es aumentar la fuerza de fricción debido a la acción de cuña de los hilos. Por lo tanto la ecuación 8 debe dividirse entre el cos e para desplazar la carga obteniendo:

= Fdm cose xrug/2 + P ........................................................ Ecuación 9 4 2 cose - P x raga

Un factor importante en el análisis acerca del torque es el ángulo de inclinación del plano que se conoce como ángulo de desplazamiento (A), en otras palabras es el ángulo entre la tangente a la hélice de la cuerda y el plano transversal al eje del tornillo.

Tan h = L /(ndm) ........................................................................... Ecuación 10

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2.3 Cálculos

Cálculo de la deflexión de la flecha al centro

Empleando la formula 1 tenemos que:

D = Deflexion. W = Fuerza A = Distancia de los centros de la flecha al centro de los bujes. L = Longitud total de la flecha E = Modulo de Elasticidad I = Momento de inercia

Sustituyendo valores

Datos:

W=60N a = .18m 48 (1493) LO ,44113 El = 1493 Nm2 D = 0.000033 m

D = (30) f.18) ((3) l.44)’ - 4 (.I811

= 3.3 X 10 -5

Cálculo de la vida Útil de los rodamientos.

De la ecuación 2 sustituyendo valores.

S = Carrera de desplazamiento f = Frecuencia Lh = Promedio de vida mínimo

Datos:

S = . 4 m f = 100 Lh = 15 O00 h. Im = 2 (.4) (100) (15 000) 60 = 7.2 X 10

Con este valor nos vamos a la gráfica de la figura 1 del manual de Thomson para obtener el valor de KI que se requiere para el cálculo de la carga dinámica.

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Cálculo de la carga dinámica

De la ecuación 3 tenemos

P = FIN de donde: P = 6014 = 4

P = 15 KI = . I2 K8 = 1 Ks = 1

WR= 15 1 . 1 2 ~ 1 ~ 1

WR = 125 N

Cálculo del torque.

De la ecuación 9 se tiene que:

De = Diámetro exterior Drn = Diámetro de paso mínimo P = Paso p = Coeficiente de fricción F = Peso 8 = Angulo del filete T = Torque h = Angulo de desplazamiento

sustituyendo valores:

de = 9.525 mm dm = d -p = 7.425 mm p=.15 P = 2.1 mm F = 6 0 N 0 = 14.5 h = ? T = ?

De la ecuación 1 O.

h = tag-lx 2.1 13.1416 x 7.425 = 5.14 o

T = 55.3 N x rn C o s 1 4 . 5 ~ 1ug5.14+ .15 cos14.5 -.15xrag5.14

T = 2

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Suministro general Alimentación de motor a paso Alimentación del solenoide

2.1 Requerimientos

Voltaje de línea 117 VCA, 60 Hz. Fuente de voltaje directo 24 Vcd. Fuente de voltaie directo 24 Vrrl

Eléctricos.

Los requerimientos eléctricos y electrónicos para la Mesa de Prácticas " X " Y no deben de verse exclusivamente desde un punto de vista eléctrico del motor a paso, además es necesario establecerlos desde el punto de vista de interacción entre el sistema de control y el sistema mecánico, entre el sistema de control y PC .

En cuanto a alimentación del sistema se refiere:

. . . - - . - . , . - - -. - . . - -. Alimentación de interface I Fuente de voltaje directo 5 Vcd. Alimentación de etapa de potencia. I Fuente de voltaje directo 12 Vcd.

Control.

Desde el punto de vista de interacción entre la parte de control y la parte mecánica. El conjunto del diseño control-mecánico, debe asegurar las características dadas en la siguiente tabla:

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Repetibilidad.

Resolución de desplazamiento Velocidad máxima de avance Error de desplazamiento Ajuste de velocidad de avance

Movimientos y posicionarnientos precisos permanentemente. 0.01 mm. 2.5 mmlseg. O.Olmm, -0.01mm. Por cambio de valor en programa.

Interacción Medio Lazo cerrado

- .. .. I Protección del puerto I Utilización de circuitos Buffer.

PC con el Hardware externo. Puerto paralelo, LPTI Recibe setiales de sensores Limit Switch.

Desde el punto de vista de Hardware del sistema:

I Tecnología empleada 1 Tecnología CMOS, TTL, circuitos I Protección al sistema PC Comunicación Alimentación Eliminación de ruido de la línea

lineales. Buffer. Puerto paralelo. 5Vcd, 12Vcd, 24Vcd. Filtro capacitivo.

eléctrica Armado I Circuito impreso.

En función de los actuadores que forman parte del sistema, como son motores a paso, solenoide, asi como sensores, se establecen las lineas de dirección en hexadecimal. Tanto para la entrada como salida de datos.

L ,

MESA DlDACTlCA “X“ “Y”

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~

Define puerto-out Salida de datos 0x378 Define puerto -in Entrada de datos 0x379 Define puerto-cont Control de datos Ox37A

En función de los comandos utilizados por Lenguaje C++, para la entrada y salida de datos, via puerto paralelo:

I Archivo de cabecera. 1 Función I Puerto

Puerto de comunicación paralelo (ipt 1).

Se describirá el puerto paralelo, su arquitectura, asignación de patillas, su significado y utilización de estás patillas, esto con el fin de permitir que se comprenda fácilmente como el periférico de la máquina fue utilizado para controlar el sistema. En la figura No.l., se muestra una representación del conector DB-25 tipo hembra, donde aparecen los terminales de dicho puerto.

L L B 34

Figura No. 1. Puerto Paralelo. Conector DB-25.

Dado que el puerto paralelo fue diseñado para comunicarse con una impresora, observará que la mayoría de sus señales están orientadas a éste periférico. Tiene 17 terminales para señales, así como 8 conectadas a tierra.

Terminal Strobe: Está línea activa a nivel bajo indica a la impresora que los datos están presentes sobre las líneas DO a D7, y que es preciso leer.

Terminales DO a 07: Es el bus de datos sobre el que pasa el valor del carácter que se va a imprimir. No se puede escribir sobre este puerto, a menos que se trate de un puerto paralelo extendido (como ocurre con los puertos de tipo ECPIEPP).

Terminal ACK: La impresora pone a cero está linea para indicarle al ordenador que ha recibido correctamente el carácter transmitido y que puede continuar con la transmisión de datos.

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Terminal BUSY: Está linea es puesta cero por la impresora cuando SU memoria intermedia (buffer) está llena. De este modo, el ordenador sabe que la impresora no puede recibir datos. Debe de esperar a que está línea Vuelva a I.mJ para reanudar el envío de datos.

Terminal PE: Significa “paper error‘‘. La impresora le indica al ordenador por está línea que se ha interrumpido la alimentación de papel.

Terminal SELECT: Está línea le dice al ordenador si la impresora está “on line” u “off line”.

Terminal AUTOFEED: Cuando está señal está a uno, la impresora debe efectuar un salto de línea con cada carácter 2 return” recibido. En efecto, algunas impresoras solo efectúan un simple retorno de carro en presencia de este carácter.

Terminal ERROR: Indica al ordenador que la impresora ha detectado un error.

Terminal INIT: A través de está línea, el ordenador puede inicializar la impresora.

Terminal SELECT IN: Por medio de está señal, el ordenador puede poner fuera de línea la impresora.

Terminal MASA: Es de la terminal 18, hasta la terminal 25, se refiere a la tierra del sistema de cómputo.

La velocidad máxima de transmisión que cabe esperar con este puerto es del orden de los 150 Kb/s. Los puertos más modernos de tipo EPP (que viene de Enhanced Parallel Port, desarrollado por Xircom, Zenith e Intel en 1991), permiten alcanzar un flujo de 2 Mbls, es decir, un volumen de datos unas trece veces mayor. Si bien, sigue siendo inferior al flujo del bus ISA (8 Mb/s), permite, no obstante, conectar periféricos como lectores de CD-ROM o discos duros. Además de un flujo superior, los puertos EPP son bidireccionales. El aún más reciente puerto ECP (Extended Capacity Port) tiene la particularidad de ser “plug and Play” (literalmente: conecta y utiliza). Se deriva del puerto EPP y se posee las mismas características. Su particularidad es que permite al periférico conectado a él que se identifique a la máquina en el momento de ejecutarse el programa lógico, haciendo que la impresora pueda autoconfigurarse (con la condición de que el BIOS del sistema y de la impresora sean también compatibles Plug and Play). Aunque desde el punto de vista del electrónico aficionado, la ventaja de estos puertos es, sin duda, su bidireccionalidad. La figura No. 2., muestra los estados lógicos del puerto paralelo, así como la asignación de patillas.

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Comando Instrucción Outportb (puerto-out, 0x04) Outportb (puerto-out, OxOC) Outportb (puerto-out, 0x01) Outportb (puerto-out, 0x03) lnportb (puerto-in, 0x80) lnportb (puerto-in, 0x40) lnportb (puerto-in. 0x20) lnportb (puerto-in, 0x10)

, Outportb (puerto-out, 0x1 O)

Giro motor eje X, CW Giro motor eje X, CCW Giro motor eje Y, CW Giro motor eje Y, CCW Estádo Limit Switch Eje X, CW. Estádo Limit Switch Eje X, CCW Estado Limit Switch Eje Y, CW Estado Limit Switch Eje Y, CCW Actuador solenoide Down

Figura No. 2. Asignación de terminales del puerto paralelo.

En base a lo anterior, se deduce que el control de dirección de giro de los motores, posición de solenoide y lectura de datos proporcionada por los Limit Switch, obedecen a direcciones de puertos de entrada y de salida, ya definidos en el Hardware del equipo de cómputo. Con instrucciones en hexadecimal que fueron definidas para cada elemento actuador. La siguiente tabla muestra instrucciones que forman parte del Lenguaje C++, donde se controlan los actuadores del sistema y se leen los estados de los Limit Switch.

La figura No. 3, muestra una representación de los doce bits utilizados para el control de este sistema, así mismo se da una descripción del modo que operan en

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el sistema. Se dividió en tres partes, de cuatro bits cada parte, para identificar mejor las líneas de entrada, de salida y control.

.- [ D I1 I Dl01 D9 I D81 D7 1 D61 D51 D4 I D3) D2 1 Dl1 DO 1

Fig. No 3

LOS primeros cuatro bits de dato, se asignan a los motores a paso, DO hasta D3. Los siguientes cuatro datos se asignan a otros actuadores, como el solenoide, desde D4 hasta D7. todas estás líneas son salidas del puerto paralelo. Finalmente, de D8, hasta D I1 son líneas asignadas a censores, o sea los cuatro Limit Switch, que censan la posición de los tornillos del eje “ X y del eje “ Y .

Selección de motores de paso,

Dadas las características propias de la operación y funcionamiento del prototipo denominado mesa de prácticas “ X “ Y , los motores a utilizar deben ser a paso. La selección de estos motores se hizo en función de los siguientes requerimientos:

a) Su característica de torque. b) Su paso por grado. c) La frecuencia de operación optima. d) El consumo de corriente eléctrica. e) Tamaño físico del motor.

Se realizaron pruebas con varios motores. de tipo unipolar y bipolar, encontrando un motor.que, por sus características se decidió utilizar. Este motor es el PK-244-03=, marca Vexta, de corriente directa, 0.4 Amp., utiliza dos fases, con 1.8 grados por paso. Es un motor pequeño,.de buen torque, con una frecuencia de trabajo de 1 Khz. La figura No. 4, muestra el devanado interno de este motor, así como un circuito típico de control para sus fases.

Fig. No 4 A A

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http://pequeo,.de

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Se representan las bobinas del motor separadas, en Pares, teniendo ocho extremos el embobinado, en una situación práctica, se unen 10s extremos de las bobinas, quedando solamente cuatro cables, y dos de la unión. En total, quedan seis terminales de conexión, así se encuentran en forma comercial.

En cuanto al control aplicado en por fase, aplicado en sus devanados, se tienen dos opciones:

a) Excitación de una fase. b) Excitación de dos fases. c) Excitación unados fases.

Se hicieron algunas pruebas del comportamiento del motor, aplicando ambas excitaciones, y se encontró que el modo óptimo de operación del motor para está aplicación es excitado por medio de una fase.

Esto hizo que se decidiera por la forma de control del actuador. En la figura No. 6. , se muestra la forma en que las fases son aplicadas en los devanados del motor, así corno la posición del rotor en función de la fase aplicada. La gráfica es elocuente en este sentido.

Figura No. 6. Excitación por una fase

Se observa la secuencia de las fases aplicadas a los devanados, se ve que en todo momento hay una fase activa y tres pasivas, lo que tiene como consecuencia que éste presente voltaje en dos bobinas en forma simultánea, logrando con esto que el tOrqué del motor se incremente.

Para este ejemplo se dieron cuatro pasos, es decir el motor giró 7.2 grados, se tiene un desplazamiento de 1.8 grados por pulso.

El control de la aplicación de las fases al motor, lo da un circuito secuenciador, que pueda ser programable, en función de los valores que sean colocados. Este circuito se describe a continuación, así como su forma de programación. Posteriormente la setial generada por el circuito secuenciador va ha la etapa de potencia.

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TERMINAL 1 O O O

Como información general, se incluyen gráficas de excitación de dos fases, y de una a dos fases. Vea las figuras 6-a y 6-b.

TERMINAL 2 TERMINAL 5 TERMINAL 6 OPERACION. O O O Dos fases. O O 1 Una fase O 1 1 Una-Dos fases.

Figura No. 6-a. Excitación por dos fases.

Figura No. 6-b. Excitación de una-dos fases.

Circuito driver o secuenciador.

Un circuito secuenciador muy aplicado en el diseño de prototipos es el PMM8713, el registro que cubre los requisitos necesarios para ser utilizado en este diseño. Se puede programar en forma fácil, y es totalmente compatible con TTL.

El dispositivo puede cambiar su configuración y por tanto la secuencia de sus salidas, esto se logra mediante las terminales 1, 2, 5 y 6, que son las líneas de programación del dispositivo.

La tabla No.1, muestra la forma de configurar las terminales para las excitaciones mencionadas en la sección de motores a paso.

Modos De Excitación Por Fase

Tabla No. 1.

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Este circuito integrado dará la secuencia de fases mostrada en la tabla anterior, en función de los valores que se encuentren presentes en sus terminales de entrada. Donde estos son una combinación de ceros y unos.

La figura No. 7, muestra la configuración típica de este registro, así como su conexión a una etapa de potencia. Aunque es circuito muy general, muestra en forma clara el principio de control que se aplico en el prototipo.

La figura No. 8, muestra la conexión para la aplicación del circuito de nuestro control.

T 2 2

Figura No. 7.

En este diagrama se observa la configuración típica del dispositivo, así como sus terminales de control. Es evidente la forma en que este dispositivo se conecta a la etapa de potencia.

b) Pulse and dircciion input

Figura No 8.

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En la figura No. 8, se observa que la terminal 1 y 2 están permanentemente a tierra, tal y como lo muestra la tabla No. 1 ., de tal manera, que son las terminales 5 y 6, las que definirán el tipo de excitación de fase. Observe también que, el pulso de reloj, encargado de la sincronía, entra por la terminal 3, y que la terminal 4, es la que define el sentido de dirección de la secuencia, y por tanto, será la que de el sentido de giro a los motores de paso.

Circuito de potencia.

El Circuito de potencia se realizó en función de las necesidades de nuestro proyecto, conociendo el valor de la corriente que circula por el devanado del motor, se pueden definir le1 tipo de transistores a utilizar, por ejemplo, el 2sd633x4, es un transistor similar al TIP-100, en cuanto a la corriente que puede manejar con seguridad, del orden de 8 amperes IC.

Se utiliza una resistencia limitadora de corriente en base, para protección del transistor, así mismo se observa que se conectó un par de diodos uno convencional y otro tipo Zener, para descargar la corriente inversa de la bobina al ser desenergizada su fase

t V

El circuito de está etapa de potencia es para motores de tipo Unipolar, como los utilizados en el prototipo. Se ve también la conexión de las salidas del circuito secuenciador a la entrada de la etapa de potencia, que no viene siendo mas que las bases de los transistores.

La selección de los transistores se hizo en función de las características de operación requeridas para el correcto funcionamiento de está etapa, entre otras se considero, la IC máxima, el Vc máximo entre colector y emisor, la frecuencia de trabajo del dispositivo, disipación de potencia, étc.

3s


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2.3 Cálculo.

Los circuitos utilizados en el diseño armado y montaje de este prototipo, son en su mayoria circuitos ya definidos, sin embargo, esos circuitos utilizan componentes de tipo discreto que es necesario calcular, para el correcto funcionamiento del circuito.

Cálculo de las resistencias del circuito de potencia.

Estás resistencias tienen como función, limitar el paso de la corriente del circuito secuenciador hacia la resistencia. Y lograr la conducción del transistor en forma suficiente para alimentar la bobina del motor.

Ib = (Vce - Vbe)/Rb

Rb = (Vce - Vbe)/lb

Rb = (15 volts - 0.7)/0.04 amp.

de donde

se considera una corriente de 40 mA.

El valor utilizado es Rb = 330 ohms.

Se considera de 0.7 volts, la caída de tensión entre base y emisor.

En el circuito de control para el solenoide se utiliza un transistor también como interruptor , cuya base debe llevar su respectiva resistencia. Para este circuito se utiliza el mismo tipo de transistor que en la etapa de potencia, y se define a criterio una corriente de base de IOOmA, para el cálculo de la resistencia.

Rb = (Vce - Vbe)/lb

Rb = (35 volts - 0.7 vo1ts)lO.l Amp.

Rb = 343 ohms.

de tal forma

La resistencia utilizada es: Rb = 330 ohms.

AI igual que el caso anterior se supone que la caída de tensión entre base y emisor es de 0.7 volts, lo cual puede variar en forma significativa. En este tipo de cálculos deben considerarse las caracteristicas típicas de los transistores a utilizar. También se calculó el valor de los filtros de las fuentes de alimentación para las etapas que forman la parte de control del prototipo.

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Cálculo de filtros.

Se. trabajó con circuitos para fuentes de alimentación típicas, y fueron seleccionados reguladores de voltaje comerciales, cuyas características se ajustaran a las necesidades del proyecto.

En el caso de la fuente de alimentación para el circuito de interface y del secuenciador, se reguló el voltaje a 5 volts, con una corriente no mayor a 1 ampere, por tanto el regulador idóneo puede ser el LM7805, por el cual se optó.

El transformador utilizado para está fuente es de 127Vca/l2Vca, con salida de tres amperes, características suficientes para está fuente. Se considera una resistencia de carga de 100 ohms.

T = RC de donde C = T/R

T = l /F de donde F = 60 ciclos/seg.

T = 1/60 Hz

T=0.0166 seg

Sin embargo, se trata de un rectificador tipo puente, por lo que la frecuencia es el doble, y el periodo debe dividirse entre dos.

T = 0.0166 segi2

T = 8.333 mseg.

C = T/R

C = 0.00833seg/100 ohm

C = 83.3 mF

El valor de T = RC, es el considerado para el 63% de la carga del capacitor, por tanto, la carga total del capacitor es después de 5 periodos de tiempo.

C = (83.3 mF)(5)

C = 416 mF. Se utiliza un capacitor de 1000 mF, a 25 Vcd.

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MESA DiDACTiCA " X "Y"

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Este valor asegura al 100% el correcto filtrado de la fuente. El voltaje aplicado al regulador es de:

Vp = I .4142XVrms.

Vp = (1.4142)(12)

Vp = 16.9 Volts

Se aplica al LM7805, filtrado, y queda regulado a 5 vcd

Con respecto a la fuente de alimentación para el circuito solenoide, se considera una carga de 130 ohms, que es la resistencia ohmica de la bobina del solenoide. El transfomador es de 127 Vca/24 Vca, 5 amperes.

T = R C de donde C = TIR

T = 1IF de donde F = 60 cicloslseg.

T = 1160 Hz

T = 0.0166 seg.

Sin embargo, se trata de un rectificador tipo puente, por lo que la frecuencia es el doble, y el periodo debe dividirse entre dos.

T = O.Of66 segE

T = 8.333 mseg.

C = TIR

C = 0.00833seg1130 ohms

C = 640rnF

El valor de T = RC. es el considerado para el 63% de la carga del capacitor, por tanto, la carga total del capacitor es después de 5 periodos de tiempo.

C = (640 m9(5)

C = 3200 mF. Vcd .

Se utiliza un capacitor de 4,700 mF. a 50

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I

. I

Este valor asegura al 100% el correcto filtrado de la fuente. El voltaje aplicado al regulador es de:

Vp = 1.4142XVrms

Vp = (1.4142)(24)

Vp = 33.9 Vcd.

El voltaje filtrado, se aplica directamente al circuito de solenoide, si se observa, en el cálculo de la resistencia para el circuito solenoide, se hace está consideración.

Cálculo de la resolución del sistema.

El motor a paso utilizado tiene 1 . 8 O por paso, de tal forma que una revolución completa se da con la aplicación de 200 pulsos.

No. De pulsos = 36O0/1 .8O,

No. De pulsos = 200 pulsos.

Es importante considerar este dato, ya que el posicionamiento de los motores a paso, obedecen a la cantidad de pulsos aplicados a ellos. También es importante conocer el paso del tornillo, el cual es de 2.1 mm, es decir, el avance del tornillo por cada 200 pulsos es de 2.lmm.

Debe calcularse la resolucion del tornillo por pulso aplicado, esto se logra dividiendo el paso, que es 2.1 mm, entre el número de pulsos aplicados 200, de donde.

Avance por pulso = avance total I 200

Avance por pulso = 2.lmm I200

Avance por pulso = 0.0105mm.

Es decir, por cada pulso que genere la etapa de control hacia e l motor de paso, este hará que el tomillo sinfín avance 0.0105 mm.

39


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Base

Lateral derecha y izquierda Frontal

Posterior

CAPITULO 3

Norma AIS1 230 mm de ancho 1 pza.

Acero 1045 Norma AIS1 180 mm de ancho 2 pza.

Acero 1045 Norma AIS1 80 mm de ancho 1 pza.

Acero 1045 Norma AIS1 1 O0 mm de ancho 1 pza.

1 O mm de espesor 270 mm de largo

1 O mm de espesor 440 mm de largo

1 O mm de espesor 440 mm de ancho

1 O rnm de espesor

FABRICACIÓN ENSAMBLE Y PRUEBAS DEL SISTEMA MECATRONICO.

En la actualidad existen muchos procesos para maquinar las piezas mecánicas dentro de la rama industrial, pero la experiencia profesional que se tenga determinara en gran medida la selección adecuada del proceso a utilizar, aquí se utilizo el centro de maquinado y las maquinas convencionales para maquinar las piezas que componen el prototipo mecatrónico, es de suma importancia tener un buen acabado y precisión para lograr un buen ensamble mecánico y así poder tener un mínimo error en las pruebas que se realicen en el prototipo mecatrónico.

3.1 Fabricación y ensamble mecánico

3.1 .I Materiales requeridos

40


Flecha

Bronce A-I22026

Tornillo sin fin

diámetro 1 pza.

THOMSON a pzas Turca

Baleros axiales

Balero radial 635-U RODLLWAY Acoplamiento

1 pza.

I 2pzas Acero 4340 I 440 mm de largo Norma AIS1 19.05 mm de

Acero 1045 Norma AIS1

diámetfo Acero4340 I 420 mm de largo 1 1 Dza.

45 rnrn de-largo 1 pza. 0 int. 5mm 0 ext. 10 _ _

Norma AIS1 I 9.525 mmde 1

Turca Baleros

diámetro Bronce 1 pza.

A-61014 THOMSON 4 pzas axiales

Balero radial Acoplamiento

Soporte eje y uno

Soporte eje y dos

635-ZZ RODLLWAY Ipza. Acero 1045 45 mm de largo 1 pza. Norma AIS1 0 int. 5mm

0 ext. 10 ..

por 60 mm de ancho 10 mm de espesor

Aluminio 170 mm de largo 2 pzas.

Aluminio 340 mm de largo 2 pzas. por 50 mm de ancho 1 O mm de espesor

41


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izquierda y derecha

Caja interior 1

85 mm de ancho 20 mm de espesor

Aluminio 94 mm de largo 1 pza. 35 mm de ancho

Caja interior 2

I 10 mm de espesor I Cubo caja I Aluminio I 20 mm de largo

1 O mm de espesor Aluminio 94 mm de largo 1 pza.

35 mm de ancho

Frontal de caja

Superior caja

92 mm de ancho

42

20 mm de ancho 14.2 mm de espesor

Aluminio 90 mm de largo 85 mm de ancho 10mm de espesor

Aluminio 90 mm de largo 40 mm de ancho

14.2 mm de espesor

2 pzas

1 pza.

1 pza.

~~~ ~~


CNAD 99

3.1.2 Proceso de fabricación.

Por las características del prototipo se emplearon dos tipos de materiales diferentes:

1 .- Ferrosos 2.- No ferrosos

1) Materiales ferrosos según norma AISI.

a) Acero 1045,1112,4340 b) Lámina negra

2.- Materiales no ferrosos

a) Aluminio 1060 b) Bronce fosforado c) Acrílico

A continuación se describe cada una de las partes a fabricar.

Primero se fabricó la parte del chasis que está compuesta de cinco piezas, el acero que se seleccionó es un acero al carbón comercial AIS1 - 1045 por sus propiedades de maquinabilidad y de resistencia ya que no está sometido a grandes esfuerzos.

Los rodamientos axiales y radiales son fabricados en el mercado con un acero tipo AIS1 52100 y las flechas con un acero 4340, estos productos se adquirieron con la empresa de THOMSON SAGINAW.

Para fabricar el husillo se seleccionó un acero AIS1 - 1112 este acero es el correcto para fabricar todo tipo de husillos por su grado de maquinabilidad y por su resistencia a la corrosión.

Para las tuercas se seleccionó un bronce fosforado puesto que este proporciona un mejor grado de deslizamiento y un menor grado de fricción.

Para la caja graficadora se seleccionó aluminio comercial con aleación 1060 por su gran resistencia a la corrosión y su facilidad de maquinabilidad.

En la cubierta se utilizó lámina negra comercial, ya que el acabado será con pintura para evitar la oxidación, la tornilleria se adquirió en el mercado, con medidas normalizada utilizando milimetricos. Los acoplamientos para el husillo y motor son fabricados con acero 1045.

43


A continuación se mencionan las propiedades mecánicas de los materiales utilizados.

Acero Aluminio

Bronce

en frío 4340 OQT400 1920 283 1590 228 11 155 1060 69 10 28 4 43

C54400 469 68 393 57 20

Maquinabilidad

Es difícil definir propiedades susceptibles de ser cuantificadas en relación a la maquinabilidad, por tanto está selección en términos comparativos al desempeiio o rendimiento de materiales, en particular se tomo como estándar las tablas de propiedades de los fabricantes de aceros.

3.1.2 Proceso de fabricación.

Para la fabricación de las piezas se utilizaron dos procesos de maquinado.

1 .- Maquinado convencional (utilizando las siguientes maquinas)

a) Torno. b) Fresadora universal. c) Cierra mecánica con cinta. d) Rectificadora de superficies planas e) Cizalla. f) Dobladora.

Maquinado de la caja gratificadora

Componentes de la caja graficadora.

1 _- Dos piezas laterales. 2.- Una pieza superior. 3.- Una pieza inferior. 4.- Una pieza posterior.

44


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Proceso de maquinado

Preparación de la maquina.

1 .- Limpie perfectamente la mesa de trabajo 2.- Monte la prensa de mordazas al centro de la mesa, alinee la prensa con una escuadra de precisión o un indicador de carátula. 3.- Coloque la pieza de trabajo sobre dos paralelas para que la parte a maquinar quede sobre la parte superior de las mordazas. 4.- Apriete la prensa con presión manual, a continuación golpee ligeramente la pieza de trabajo con un martillo de caras blandas para asentarlas sobre las paralelas. 5.- Seleccione el cortador correcto para cubrir el ancho total de la pieza. 6.- Seleccione la velocidad adecuada de la maquina, dependiendo del tipo de material, profundidad de corte y del avance. 7.- Compruebe la rotación de la herramienta.

Desbaste la primera cara de la pieza.

J Coloque la primera superficie rnaquinada contra la mordaza fija de la prensa, inserte un pedazo de barra blanda entre la mordaza ajustable y la pieza de trabajo.

J Maquine la segunda superficie. J Trace el ancho correcto de la pieza de trabajo. J Maquine el ancho correcto. J Trace el grueso correcto. J Coloque la superficie acabada sobre las paralelas, sin utilizar la barra, golpee

Ligeramente sobre la pieza para asentarla. J Maquine el grueso correcto. J Trace la pieza siguiendo el dibujo J Seguir los pasos anteriores para realizar las siguientes operaciones. J Una vez terminadas todas las operaciones en la fresadora, desmonte la pieza. J Sujete la pieza en la prensa del centro de maquinado. J Establecer el sistema de coordenadas de trabajo. J Meter y correr el programa en bacilo J Verificar que no tenga error el programa cuando se corre en vacío J Maquinar dos orificios J Desmontar la pieza. J Llevarla al cuarto de ensamble.

Para las piezas superior, inferior y posterior se sigue el proceso del maquinado de fresado anterior que se utilizo en las piezas laterales. En la pieza superior las dos perforaciones de 9.525 mm. Sirven de guías para introducir las flechas que tienen el mismo diámetro estás flechas están fijas y es donde se desliza el portagraficador el otro orificio de 8 mm es para colocar un resorte entre la pieza superior del portagraficador y la pieza superior de la caja graficadora

45

MESA DlDACTlCA " X '"Y"

CNAD 99

Proceso del maquinado de la parte portagraficadora.

La parte graficadora la componen siete piezas,

1 .- Pieza frontal. 2.- Pieza superior. 3.- Dos piezas rectangulares que están sujetas en la parte posterior e inferior de la vista frontal. 4.- Dos pernos que están sujetos en la pieza superior y su función es amortiguar la bajada del graficador. 5.- Sujetador del graficador.

Proceso del maquinado

Todas las piezas rectangulares se maquinan en la fresadora y se sigue el mismo procedimiento del maquinado que se utilizo anteriormente. Solamente los pernos se maquinaron en el torno por lo referente a ellos se describe su proceso.


1 .- Se seleccionan las herramientas adecuadas, en este caso una pastilla de carburo de tungsteno de desbaste y de acabado 2.- Se montan las herramientas en la torreta del torno. 3.- Se selecciona la velocidad, el avance y profundidad de corte. 4.- Se sujeta la pieza en el mandril de tres mordasas. 5.- Se seleccionan las brocas para el barrenado. 6.- Se selecciona el machuelo m7, m4 7,- se selecciona el dado de m10, m4.

Maquinado de los pernos.

1 .- Se desbasta la pieza a las dimensiones requeridas. 2.- Se le da el acabado aumentando la velocidad y disminuyendo el avance 3.- Se barrena la pieza a las dimensiones requeridas. 4.- Se hace una cuerda exterior mlO. Y una cuerda interior m7. 5.- Se hace un perno para hacer una cuerda exterior de m7. 6.- Se hace un perno pasante como se representa en el dibujo. 7.- AI perno pasante se le hace cuerda externa m4. 8.- Se hace un pivote con cuerda interna m4

Nota: estos dos pernos están fijos y sujetos en la pieza superior del portagraficador por medio de dos tuercas m10. El perno que lleva el pivote debe estar alineado con el núcleo del solenoide y el otro perno sirve de amortiguamiento cuando baja el portagraficador ambos pernos tienen un resorte en la parte interna y la presión del resorte puede ser ajustada por el tornillo m7 que se encuentra en la parte superior del perno principal.

46


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Está misma pieza tiene ensamblados dos rodamientos axiales, los otros dos rodamientos están ensamblados en los rectángulos que están sujetos en la pieza frontal del portagraficador, el portagraficador está ensamblado en las flechas de diámetro 9.525mm. Que se encuentran fijas en la caja graficadora su función es producir el movimiento en el eje z.

Maquinado de los acoplamientos.

Estos acoplamientos se maquinan en el torno convencional y en la fresadora.


Ajuste la velocidad, el avance y profundidad de corte. Monte las herramientas en la torreta. Sujete el material en el mandril de tres mordasas. Monte la pieza en la prensa de la fresadora.

Proceso del maquinado.

Desbaste el material a las dimensiones especificadas. Corte el material con un buril de cuchilla. Refrente el material con un mejor acabado. Perfore toda la pieza utilizando la broca de centros y la broca de 5 mm. de diámetro. Trazar el acoplamiento para perforarlo en la fresadora. Perforar la pieza. Hacer cuerda con un machuelo M-4. En las perforaciones. Primero se comienza con un macho cónico y se termina con el menos cónico. Se desmonta la pieza y se limpia quitando todas las rebabas. Se transporta al área de ensamble.

Maquinas'de control numérico

Centro de maquinado

Todas las piezas se fabricaron con las maquinas convencionales y solamente en el centro de maquinado se realizaron cuatro orificios de las piezas laterales de la caja graficadora. A continuación se describen los procesos de maquinado por medio de hojas de procesos de las siguientes piezas.

Chasis fabricado con placa de acero 1045. Piezas que están sujetas a las flechas, husillos del eje Y fabricados en aluminio

Caja graficadora que está empotrada a las flechas guías del eje X fabricas en aluminio.

"

Tapa del chasis fabricado en lámina negra 47


Cubierta del prototipo mecatrónico fabricado en lámina negra

Datos técnicos para fabricar el chasis

1 .- Una base 2.- Dos piezas laterales 3.-Una pieza frontal y una posterior.

Maquinaria, equipo y herramienta.

1 .- Fresadora universal 2.- Torno 3.- Cierra mecánica 4.- Rectificadora 5.- Fece Mill de 100 rnm de diámetro 6.- Cortador End mill de 20 rnm de diámetro 7.- Brocas. boquillas, broqueros, lima musa, vernier, micrómetro de exteriores, indicador de carátula.

Recomendaciones técnicas.

Se recomienda antes de maquinar contar con todos los dibujos de las piezas a fabricar y seguir la secuencia de las hojas de procesos.

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HOJA DE PROCESOS I JONBRE DE LA PIEZA 3ASE

tECTIFICAD0

'LACA DE ACERO 1045

'ROCESOS ADICONALES

fiATERlALES EMPLEDOS

PR<

I

T X

X

X

X

X

X

X

X

X -

X

. ... ~ n

Largo 500 mm, ancho 250 mm, espesor 12.5 mm.

Sujetar pieza en la mesa de trabajo y colocar Face mil de 1 O0 mm. Desbaste de la superficie superior e inferior dejando la pieza a un espesor de 10.5 mm Escuadrar la pieza con un cortador de desbaste de 2 filos End Mill, dejándola a 232 X 482 mm. Darle el acabado con un cortador de 4 filos End Mill y dejarlo a la dimensión de 230 x 480 mm. Alinear y perforar con la broca de 5 mm y de 8 mm de diámetro para la caja según dibujo de la base. Rectificar la base por la parte superior e inferior dejándola a las dimensiones requeridas de 10 mm.

Trasladar la pieza para su posterior ensamble

NOTA: Las piezas laterales, frótales y posteriores tienen el mismo proceso, solamente cambian las dimensiones de tal manera se deben consultar las dimensiones de los dibujos para su fabricación.

1 49


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IONBRE DE LA PIEZA

‘ROCESOS ADICONALES

IATERIALES EMPLEDOS

;OPORTE DEL EJE “Y

’ERFORADO

iOLERA DE CALUMlNlO 1060 SECUENCIA DE

O I D

PROCESO FUNDAMENTAL

MAQUINARIA EMPLEADA

CANTIDAD A FABRICAR

FRESADO

FRESADO

CUATRO PIEZAS OPERACION

OPERACION

Material en el almacén.

7-

X

c

Dos piezas de 360 X 60 X 12.5 mm Una pieza de 170 X 70 X 12.5 rnrn Una pieza de 170 X 80 X 12.5 rnrn

Sujetar pieza en la mesa de trabajo y colocar Face mil de 100 rnrn.

X

X Desbaste de la superficie superior e inferior a un espesor de 1 O mrn Asentar las piezas el las paralelas de la prensa y colocar el cortador de dos filos de 20 mm Desbastar escuadrando las cuatro caras

, X

X

X de la pieza a una medida de 170.5 X 60.5 mrn Colocar el cortador de cuatro filos Y dar

X

X

X

Trasladar la pieza para su posterioi I 1 ensamble

acabado a una dimensión de 170 X 60 mrn. Alinear y perforar la pieza con una broca de 3.2 mrn de diámetro y de 5 rnrn.

X

X

NOTA: Todas las piezas tienen el mismo proceso, solamente cambian las dimensiones de tal manera se deben consultar las dimensiones de los dibujos para su fabricación.

X

50


Hacer rosca con un machuelo M-4 X

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NONBRE DE LA PIEZA PIEZAS LATERALES PROCESOS ADICONALES RECFTIFICADO MATERIALES EMPLEDOS PLACA DE ACERO 1045

PROCESO FUNDAMENTAL FRESADO MAQUINARIA EMPLEADA FRESADORA Y RECTIFIDARORA CANTIDAD A FABRICAR UNA PIEZA

i In i OPERA C I O N

X

X

I I U I I Material en el almacén. Largo 150 mm. ancho 90 rnm, espesor 25.4 mm.

Sujetar pieza en la mesa de trabajo y colocar Face mil de 100 mm. Desbaste de la superficie superior e inferior de jando la pieza a un espesor

X

X

X

X

X

.. I de 20.5 mm I IEscuadrar la Pieza con un cortador de

desbaste de 2 filos End Mill, dejándola a 145 X 85 mm. Darle el acabado con un cortador de 4 filos End Mill y dejarlo a la dimensión de 140 X 80 mm. Trasladar la pieza al centro de maquinad Sujete la pieza en la prensa del centro de maquinado. establecerá el sistema de coordenadas de trabajo, meter y correr el programa en vacío Verificar que no tenga error el programa cuando se corre en vació

Correr el programa y maquinar los orificios Desmontar la pieza. Llevarla al cuarto de ensamble

Nota: los cuatro orificios que se hacen en las piezas laterales en el centro de maquinado deben de llevar un ajuste exacto con los rodamientos axiales y además deben de quedar alineados entre si. Para que cuando se desplacé la caja en el eje x. No exista forzamiento alguno en la alineación.

51


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3.1.3 Proceso de ensamble.

Por las características de este prototipo el ensamble se divide de la siguiente forma

A ) Ensamble del chasis. B ) Ensamble de la caja graficadora. C ) Ensamble del portagraficador D ) Ensamble de los componentes del eje "X". E ) Ensamble de los componentes del eje " Y . F ) Ensamble de la cubierta y tapa del chasis.

Herramientas, equipos y accesorios que se utilizan para el ensamble, ajuste y alineación.

1 .- Llaves allen milimétricas. , 2.- Prensa hidráulica. 3.- Pinzas para seguros 4.- Calibrador de alturas. 5.- Indicador de carátula. 6.- Nivel de precisión de gota. 7.- Tornillos m3, m4, m6. 8.- Opresores m4. 9.- Desarmado de paleta. 10.- Escuadra universal. 11 .- Mármol de trazo.

A ) Ensamble del chasis.

El chasis está formado por cinco partes, base, piezas laterales, frontal y posterior. Y su ensamble se describe de la siguiente manera.

Primero.- En la pieza lateral derecha se empotra el rodamiento radial utilizando la prensa hidráulica.

Segundo.- Sobre la base se montan las piezas laterales, frontal y posterior, para este montaje se utilizan tornillos m4.

Tercero.- Una vez atornilladas todas las partes, los tornillos deben dejarse flojos con el fin de poder alinear y escuadrar las piezas

Cuarto.- Con el indicador de carátula se alinea la parte frontal tomando como referencia el canto de la base y se aprietan en forma moderada los tornillos inferiores de la base.

Quinto.- Con la escuadra universal tomando como referencia la base y las piezas laterales se escuadran ambas piezas en forma vertical y horizontal. Apretando en forma moderada los tornillos inferiores y laterales de las piezas.

52


~

CNAD 99

Sexto.- Se procede a escuadrar la pieza posterior siguiendo el paso No 4

Séptimo.- Una vez que ya se escuadraron las piezas se aprietan todos los tornillos en forma gradual, para evitar que las piezas se muevan.

B ) Ensamble de la caja graficadora.

Está caja tiene los siguientes klementos

J Dos piezas laterales. J Una pieza inferior. J Una pieza superior. J Una pieza posterior. J Cuatro rodamientos axiales a-61014. J Dos flechas de diámetro 9.525 mm. J Una base para el núcleo del solenoide.

Procedimiento.

Primero.- Se empotran los rodamientos axiales sobre las piezas laterales, colocando un seguro de presión para evitar que tengan movimiento.

Segundo.- Se sujeta con tornillos m4 la pieza inferior y superior, sin apretar los tornillos.

Tercero,- En el mármol de trazo se escuadran las piezas tomando como referencia la superficie del mármol. I!

Cuarto.- Se aprietan los tornillos gradualmente.

Quinto.- Se sujeta con tornillos m4 el núcleo del solenoide sobre la base de la pieza inferior.

Sexto.- Se atornilla la pieza posterior sobre las piezas laterales con tornillos m4

Séptimo.- Se colocan las flechas pasándolas por los orificios de la pieza superior y asentándolas en los orificios de la pieza inferior.

Octavo.- Fijar las flechas con dos tornillos m4 que pasan las piezas laterales y la pieza inferior.

Noveno.- Fijar la tuerca sobre la pieza lateral izquierda con tornillos m4.

C ) Ensamble del portagraficador.

El portagraticador está compuesto de las siguientes partes. 53

MESA DiDACTlCA "x" "Y"

1,

CNAD 99

J Una pieza superior. J Una pieza frontal J Dos piezas rectangulares. J Cuatro rodamientos axiales. J Dos pernos.

Procedimiento.

Primero.- Se ensamblan dos rodarnientos sobre la pieza superior asegurando con un seguro de presión para evitar el movimiento.

Segundo.- Se ensamblan dos rodamientos axiales sobre las dos piezas rectangulares.

Tercero.- Se ensamblan las piezas rectangulares con tornillos rn3 y la superior con tornillos m4 a la pieza frontal.

Cuarto.- Se sujetan los pernos en la parte superior de la pieza superior por medio de dos tuercas m l O.

Quinto.- Se ensambla el portagraficador sobre las flechas de la caja graficadora

Sexto.- Se ajustan la altura de los pernos, uno de los pernos entra en el núcleo del solenoide, que cuando este se activa atrae al perno que está fijo en el portagraficador, el otro sirve de amortiguamiento para controlar la bajada del portagraficador, los dos pernos tienen el la parte interior un resorte.

D ) Ensamble de los componentes en el eje “X”.

J Lo componen los siguientes elementos. J Tres flechas con un diámetro de 19.05 mm J Un tornillo rosca ACME paso 2.1 mm. J Una tuerca rosca ACME paso 2.1 mrn. J Una caja graficadora. J Dos acoplamientos. J Motor a pasos.

Procedimiento.

Primero.- Se empotran las flechas dentro de los rodamientos axiales que están en la caja graficadora.

Segundo.- Se ensambla el tornillo sobre la tuerca que está fija en la pieza lateral de la caja graficadora. Tercero.- Se sujetan las flechas sobre las piezas laterales del chasis.

Cuarto.- Se introduce la espiga del tornillo dentro del rodamiento radial. 54

MESA DlDACTlCA “ X “ Y

CNAD 99

Quinto.- Del otro lado del tornillo se coloca el acoplamiento que acoplara al motor y al tornillo. ‘1

Sexto.- Se alinean las flechas y el tornillo

Séptimo.- Se sujeta la tercera-flecha sobre las .piezas laterales del chasis

E ) Ensamble de los elementos del eje “ Y .

J Cuatro piezas rectangulares. J Cuatro rodamiento axiales: J Dos flechas diámetro de 91525 mm. J Un tornillo rosca ACME paso 2.1 mm. J Una tuerca rosca ACME paso 2.1 mm. J Un acoplamiento. J Un motor a pasos. J Un rodamiento radial.

Procedimiento.

Primero.- Se ensamblan los cuatro rodamientos sobre las piezas frontal y posterior colocando un seguro de presión.

Segundo.- Se sujeta la tuerca en la pieza posterior del chasis.

Tercero.- Se introducen las flechas dentro de los rodamientos axiales.

Cuarto.- Se introduce el tornillo dentro de la tuerca

i!

11

I!

Quinto.- Se empotra el rodamiento radial en una pieza rectangular.

Sexto.- Se sujetan dos piezas rectangulares con las flechas por medio de tornillos m4.

Séptimo.- Se introduce el extremo del tornillo en el rodamiento radial

Octavo.- Se sujeta el motor en la parte trasera de otra pieza rectangular.

Noveno.- Por medio del acoplamiento se fija el husillo del tornillo y la flecha del motor.

Décimo.- Se alinean las flechas y el tornillo

Decimo primero.- Se sujetan dos piezas rectangulares sobre la superficie superior de las otras dos piezas rectangulares.

Decimo segundo.- Se sujeta el acrílico sobre las piezas rectangulares del paso anterior.

I)

‘I

55

MESA DIDACTICA “ x “Y”

CNAD 99

F ) Ensamble de la cubierta y la tapa

Primero.- Se sujeta la cubierta con tornillos m4 sobre las piezas laterales del chasis

Segundo.- Se atornilla con m4 'la tapa del chasis sobre las piezas frontal y posterior del chasis..

Mantenimiento mecánico

EI mantenimiento que se requiere para está maquina es:

1 .- Limpiar y engrasar el husillo. 2.- Limpiar las flechas con un paño que contenga aceite delgado.

Costo del prototipo mecatrónico. I/

Se muestra en forma detallada una lista de los costos de los diferentes materiales que se utilizaron para la elaboración del prototipo mecatrónico.

11

Eotal 11986.93 .. 1

,I

56

MESA DlDACTlCA ' X '"Y"

CNAD 99

Conector DB-25 Microswitch Cable multipar Base para C.I. Cable puerto paralelo I) Tablilla de fenol

I, Pruebas mecánicas.

Una vez que ya se tiene el ensamble total del prototipo mecatrónico se procede a realizar las diferentes pruebas mecánicas poniendo en funcionamiento la maquina con el fin de poder observar el comportamiento de los diferentes mecanismos que se ponen en movimiento. Estas pruebas sirven para poder corregir lo siguiente:

Alineación de los ejes "X" " Y Nivelación de la superficie de trabajo. Alineación del perno del solenoide Ajuste de los resortes para el amortiguamiento del graficador.

Después de repetidas pruebas se logró el buen funcionamiento del prototipo mecatrónico.

1

1

Tipo hembra Angulo recto 1 4 interruptores. Tipo Dip 1 De colores 1 16 pines Tipo Dip 2 Conector macho Ambos extremos 1 8 crns X 12 crns Dos caras 1

3.2 Proceso de ensamble eléctrico y electrónico

3.2.1 Materiales requeridos

Los requerimientos de componentes y materiales de cada etapa del sistema de control, son mostrados en tablas para cada una de dichas etapas, de esta manera se pueden obtener valores y características de los componentes por sección.

II

'I

Circuito de interface

Manejadores (drives)

LResistencia 10K I Capacitor 4.7mf, 10Vcd I Tipo electrolitico I 11 Microswitch I 4 interruotores I Tioo Dio I 1 Tablilla de fenol [ 8 cms X'12 cms i Dos caias 11 Base para C.I. I) I16 pines I Tipo Dip 12

MESA DlDACTiCA'X" "Y"

I

CNAD 99

Circuito de potencia.

Circuito de solenoide.

Vca

I Componente), ; <:, !* Características i .!I Observaciones: I Cantidad I

I central

I Kesisiencia AK Bobina Solenoide

Circuito de la fuente de alimentación

Componente. . . . . .. , . . ' -. ,.. . . I Características I Observaciones I Cantidad Transformador de 110 Vca a 24 15 Amperes I Con derivacion I 1

58


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3.2.2 Proceso de ensamble.

// 1. Cableado Eléctrico.

A) Para alambrar el prototipo, se utilizaron cables de diferente número, en función de su aplicación, por ejemplo, en la fuente de alimentación, se utilizó cable del número 22 color negro, para su rápida identificación si como cable de diferente color, en la conexión de tarjetas, para una identificación rápida. Se cablearon también los Limit Switch bon cables color gris y negro, del número 24. Se utilizaron sinchos para evitar cableado suelto.

B) En la unión de tarjetas se utilizaron conectores de tipo Molex, con el objeto de ser fácil su desensamble, y evitar uniones por medio de soldadura. Fácil reemplazo de alguna tarjeta.

C) Se cubrieron los cables can gusanos plásticos, para evitar su maltrato por el movimiento de la mesa, y fines de presentación.

!I

2. Tarjetas.

A) Para la etapa de potencia se utilizó tablilla fenólica de dos caras, se utilizó el método de mecanorma y se considero conductores adecuados a la corriente que maneja está etapa. !! Se probó antes la etapa de potencia, y se armó en tablilla universal. Se hicieron los barrenos de 1/16”, para los elementos de potencia, resistencias y diodos de protección. Los transistores se unieron a un disipador de potencia, por medio de aislantes plásticos de la medida de 3 / 4 de longitud, y tornillos de 1/8” de diámetro. Se consideró hacer dos módulos be potencia separados, para un mantenimiento más rápido, en caso de ser necesario.

B) Para la tarjeta de la interface, se utilizó una técnica llamada de desbaste, logrando estilizar en grado sumo su presentación, se utilizó una tarjeta de dos caras, y obviamente no fue necesario corroer la tablilla. Se Colocaron bases para integrado, y se hicieron barrenos de 1/32” para los circuitos integrados, y de 1/16” para los componentes discretds de ella. Así mismo, se hicieron perforaciones de 118” para sujetarla, está tablilla requirió de ser soldada con sumo cuidado, por la cercanía de sus componentes.

C) Para la tarjeta de la fuente’ de alimentación, se utilizó tablilla fenólica de dos caras, y se utilizó el método serigráfico para su realización, Se barrenó a 1/16, por ser elementos de mayor diámetro en sus terminales. Así mismo, se hicieron barrenos de 1/8” para su sujeción al chasis del prototipo. Los transformadores no fueron montados en está tablilla, sino sujetados directamente al chasis.

w

MESA DlDACTlCA “x” ‘ Y

ti CNAD 99 !!

Consideraciones generales

Todas las tablillas fueron realizadas en Trax Maker, lo que se conoce como el esquemático del circuito, sin embargo, solamente el de la fuente de alimentación se realizó con serigrafia, ya que la tablilla de potencia es bastante simple para realizarse.por este método, y tablilla de la interfaces se realizó por desbaste del

Se hicieron las perforaciones de los componentes, de acuerdo al diámetro de las terminales de éstos. Todos los circuitos utilizados, fueron primeramente ensamblados en tablilla universal, para la evaluación de su comportamiento. Se probaron en forma continua, y fueron sometidos a diversas pruebas.

No hay cables soldados entre tarjetas, sino conectores de tipo Molex,

cobre en sus superficies. I¡

!! Lista de dispositivos electrónicos utilizados en el desarrollo de la mesa "X" " Y

Costo del prototipo mecatrónico.

11

MESA DlDACTlCA "x"

60

" Y

CNAD 99

1 Total 9172.99

61

MESA DlDACTlCA "X 'Y"

,I

1

CNAD 99 I1

Pruebas del sistema.

En el desarrollo de un prototi,po, es importante corroborar los resultados que fueron considerados como parte del diseño. Y para la evaluación de estos resultados, los módulos del sistema han sido probados en repetidas ocasiones y bajo diferentes condiciones de operación.

En primer término, los motores a paso fueron probados como elementos separados y en forma individual, se probaron con tres tipos diferentes de etapas de potencia, y se determinó en base a los resultados obtenidos, el circuito de control de potencia utilizado.

También se hicieron pruebas con diferentes circuitos secuenciales, como el caso del registro de corrimiento SN74LS194 y el PMM8713, encontrando óptimo el comportamiento de este Último para las necesidades del prototipo,

Se consideraron varios elementos de potencia para el control de los motores de paso, diversos transistores, y se determinó utilizar el transistor Darlington TIP1 00, básicamente por la corriente de salida y su frecuencia de'operación.

Así mismo, para evitar ruidos y algunos otros efectos indeseables en la fuente, que pudiesen afectar el funcionamiento de la interface. o del elemento secuencial, se opto por manejar los motores con su propia fuente, en forma separada a las tarjetas de control secuencial y comunicación.

Se creó una rutina de prueba para operar el dispositivo en forma constante y bajo condiciones rigurosas de prueba, se dejó está rutina por algunas horas, encontrandose que tanto la parte mecánica, como de control operó en forma satisfactoria.

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I/

I

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62

MESA DlDACTlCA "X" "Y

1)

CNAD 99 I1 CONCLUSIONES.

Para la realización del prototi& Mecatrónico denominado mesa didáctica y’ “y” se conjunto un equip0 de trabajo multidiciplinario donde cada uno de 10s que integramos el equipo adquirimos conocimientos en el centro nacional de Actualización Docente, así como la experiencia profesional de cada uno de nosotros en las áreas de maquinas y control.

Con esto valoramos la idea de trabajar en equipo, donde el punto central es la interrelación de cada uno de los que integramos el equipo así como la responsabilidad grupa1 en el trabajo realizado.

Los mecanismos utilizados para los movimientos de los ejes “ X y “Y” son husillos normales ya que se pidieron autoembalodos pero por tiempo no llegaron, pero contando con ellos solo hay q i e remplazarlos y poner los otros puesto que los husilos son de las mismas dimenciones.

El proceso de maquinado se realizo en fresadora y torno convencional con el fin de

11

1

‘1

que en los planteles se solo dos piezas que son la lateral izquierda y derecha se realizaron en el centro de maquinado las cuales los cuales tienen que estar bien alineados puesto que de esto depende que tenga movimiento el eje “X”, para las piezas del chasis se utilizo una rectificadora con el fin de tener un buen acabado y presentación, la cuyerta y la tapa son de lamina negra a las cuales se les aplico una pintura industrial para evitar la oxidación.

Para lograr realizar el ensamble correctamente el acabado y dimensiones de las piezas maquinadas jugaron un papel muy importante ya que de lo contrario el ensamble no se hubiese re’alizado correctamente, contando con un buen maquinado a las dimensiones de los dibujos se logro un ensamble y ajuste requerido y la alineación a los 90’ de los eje “ X y “Y”.

Con respecto a las tarjetas coniique cuenta el prototipo cabe mencionar que tanto la etapa de control y la de potencia todo se realizo en este centro, as¡ como la programación en C para el control del prototipo.

Para lograr la resolución del prototipo se realizaron pruebas en ambos ejes, que consistieron en trazar líneas paralelas a una separación de 1 mm, obteniéndose repetibilidad entre linea y linea.

En referencia a nosotros, sentimos la satisfacción de un paso más en nuestra superación personal y profesihal. hemos adquirido conocimientos de apoyo a nuestras actividades docentes ‘y profesionales, los cuales compartiremos con los alumnos de cada uno de nuestros planteles.

63


II CNAD 99

BIBLIOGRAFIA.

Titulo: Autor: Editorial:



Como programar en C/C++ H. M. Deitel, P. J. Deitel. P.H.H.

Electrónica. Teoría de Circuitos. Robert. Boylestad. P.H.H.

Ingeniería de Control Moderno. Katsuhiko Ogata. P.H.H.

'I

Y

II Titulo: Sistemas Digitales. Apkaciones. Autor: Ronald J. Tocci. Editorial: P.H.H.

Titulo: Autor: Robert L. Mott. Editorial: P.H.H.

11 Diseño de Elementos de Máquinas.

¡I Manuales:

Advancer Linear.

Thompson.

Advanced Linear.

Thompson.

Motion Metric Products. 1

Actuator Guide. !I

64

ii MESA DlDACTlCA "X" "Y2

11

APÉNDICE

I/ A

PIBUJOS

MECANICOS

. /

'I

!. 1

I I Parte I Cantidad

F c c h a : i - 0 7 - 9 9 R e f e r e n c i o :

14 BARRENOS DE @ 4 PASADOS, CON

BASE ACERO Des igdac ion Material Obreriacioner CENTRO NAcKlrvAL DE Proy.EOUIP0 5

ACiüAjlzAcloly Wcmm Dib.EOU1PO 5

Acot . :m “lESA WDACTICA PARA INTERPOLACION Esc

o 5

Rev . R.RUIZ

No. 1 I!

SCALE O . I50

, 180 It

6 BARRENOS DE @ 4 PASADOS, CON CAJA DE 6 7

PROF, ‘4

. . . . ~ . . ..,

I/

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~. . . . , . . , . .. . .

NI

3 1 I LATERAL D E R K H A I ACERO P a r t e I C a n t i d a d D e s i g n a t i o n M a t e r i a l

e f e r e n c i a ACiüALRACñM WeONTr c o l . .mn

e c h a : 1-01-99 CEMRO NACIONAL DE

E S A DiDACTlCA PARA I' INTERPOLACION E s t

0 3

. . !I

Ob re r va( i one J

Proy t Q U l P O 5 D i b EOUlPO 5 RCI. R . R U I 2

No. 3

. .

. . . . .

SCALE 0 .150 I

.I

6 BARRENOS DE 0 4 PASADOS, CON CAJA DE @ 1

PROF. 4

., , 1.. ' ,. .. .. . . '.*. :.::; ' '

. . . . . . . . . " ' .li

4 I FRONTAL ACERO P a r t e I C a n t i d a d D e s tgnac i o n M a t e r i a l e c h a . 1-01-99 wNiRoNAcKMw.DE

t e l e r e n c i a AcfuAuzAcKMl MJcENTr

Icot.:m MESA MDACKA PARA, INTEWmACloN . Esc

O . ?

I70 I

I Obsertac tones

Proy.EBUIP0 5 Dib.EOUIP0 5 R e i . R.RUiZ

No. 4

4 4 0 J I

,-, . . .

http://wNiRoNAcKMw.DE

5 I TRASfRA ACERO Parte I C a n t i d a d D t r i g n b c i o n I H a t t r i a l

'tthü 1 - 0 7 - 9 9 CENTRoNAclONALDE k f t r c n c i o . AClll+IZAUW WCEME L c o t . : m n :MESA DlDACTiCA

PARA INTERPOLACION Ear: 0 . 2

I O b i e i i a c i o n e s

P r o y EOUIPO 5 D i b fOUIP0 5 R e i . R.RUIZ

No. 5

. .

E i: !!

6

SCALE 0 .200

. . ~

I CAJA IZOUIERDA ALUM IN IO

4

P a r t e I C a n t i d a d fecho.7-07-99 Re f c r e n c l a .

Oer ignac i o n H a t e r i a l O b x r r a c i o n e i CENTRO ruaw DE P r o y . E O U i P 0 5

AcluAuzAaoN DOCENTE Oib FOUlPO 5

Acot.:mn MESA DlDACTiCA PAR4 INTERPOLACION E S C . :

0.4

RCI. R . R U I Z

No. 6

: 11 . .

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1 1 I P a r t e 1 C a n t i d a d 'etha:1-01-99 l e f e r e nc i o :

. . . ., .

. . .

~ II

CAJA DERECHA ALUM I N IO I D e s ignac i o n M a t e r i a l O b s e r r a c i o n e s CENTaO NACIONAL DE P r o y . f O U I P 0 5

A C N A L E A U f f l WCENTr D i b . f O U i P 0 5

. . .

I c o t . : m E s c . : 0.4

SCALE 0 . 3 0 0 .

. MESA DlDACTlCA R e i . R.AUIZ PARA I INTERPOLACION No. 7

SCALE 0.400

I/

a l .I ' a r t e I C a n t i d a d : t h a : . l - 0 1 - 9 9 ' f c r e n c i a : 0 1 . :m I

CAJA IiNT. UNO I ALUM IN I O I De I i qnac i o n H a l e r ¡ a l O b r e r i a c i o n e s h o NACIONAL DE Proy.EOUlP0 5

ACTüAUZAflON DOCENTE Dib.EOUIP0 5

I I E s c . : MESA DiDACTlCA

PARA INTERPOLACION R e i . R .RUIZ k

. .. . . .

. .

9 1 I P a r t e I C a n t i d a d 'etha:7-0?-99 te i e r e n c ¡a:

- J

CAJA INN. DOS I ALUM1 H IO I D e s i g n a c i o n M o l e r i a I O b r e r r a c ¡ o n e s

CpciRoNACloNALDE Proy.EOUIP0 5 AClüWZAClON DOCENTE Dib.EOUIP0 5

I

ME& WDACTiCA . PARA 1 ' ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

Icol.:mn Esc:

0 .5

SCALE I .O00

,Q!# tpiz , I No. 9

I . . . . .*.: .. . F

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J I 05

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I ¡ I I ' a r l e I C a n t i d a d c h a . ] - 0 7 - 9 9 f t r t n c i a .

ol.:mn

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SOPORTC TRASEIRO t JE I I A l U l l l NI0 I Der ignoi i o n M a t e r 101 O b r e r r a c i o n e s CENTRoNAcmJALDE P r o y . E Q U I P 0 5

ACNALinACKñU Wcpm D i b EQUIPO 5 R e i . R . R U I 2

. . ' . ,/ . .

'I ' , ;,.. :., ...>,,; .< ~ . , ~ , . . ~.... :>:. , : . . . . ..:,. , I . ,..

c j lllEsA 1 DñIACTICA PARA MTERFOLACION Erc . :

0 .5

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No. 11

85 'I

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I n 44 .. I u J I1

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I2 I 2 Parle I Cantidad

Fechü. 1-01-99 R e f e r e n c io

SOPORTE BASE EJE Y I ALUM I N I O I Derígnac ion Hater ial Ob3criacioner

CENTRO M a o w E Proy.EOUIP0 5 ACiüALEAcloN DOCENTE Oib EOUIPO 5

!I . . . . . .

. .

13 1 I k l e I C a n t i d a d i c h a 7 - 0 7 - 9 9 i f e r e n c i a : o t . . m

c '1 90 -

TAPA CAJA I ALUHl N 10 I Der i g n a c i o n H a t e r i a l O b r e r r a c i o n e r cPs IR0"ALDE Proy.EQUIP0 5

A C l U V A m üUXNi'E Dib.EQUIP0 5 :!MESA UDACTKA Rev. R.RUIZ

PARA INTERPOLACION No. 13

I!

14 I I SUPERIOR CAJA ALUU I N IO P a r t e I C a n t i d a d Designacion ü a t e r i a l I

f e c h a . 7 - 0 7 - 9 9 &o NACIONAL DE R e f e r e n c i a ActUAuzAcloN M)cENTE A t o t. :mn E $ A WDACTKA

PAM'' INTERWLAUON E s c . 0 5

,. . . : .~ ' . . . , .

I O b r e r i a c i o n e s

P r o y . E Q U I P 0 5 Oib EOUIPO 5 R e i . R R U l Z

No. 14

u 45 J 30

I!

!I . . .

15 1 2 c u m CAJA ALUM IN IO P a r t e I C a n t i d a d D e s ignac i o n Water i o 1

e c h a . 7 - 0 7 - 9 9 CENlRONAcHiNALDE e f e r e n c I a: ACTüAüZACION 00CE"E

, c o t . mn MESA CHDACTICA PARA INTERPOLACION E S C .

z

J . . . , ,.. , . . . . . . .

I O b s e r v a c i o n e s

Proy.EOUIP0 5 D i b EQUIPO 5 R e i . R.RUIZ

No. 15

SCALE I . O00

SCALE 2.000

5 1 1

'1

16 I 2 FLECHA EJE X ACERO I I P a r t e I C a n t i d a d I Der i g n a c i o n M a t e r i a l O b s e r i a c i o n e r -

I SCALE O . 300

f e c h a : 1-01-99 Re f e r e n c io

't

coNTRoNAaoNALD€ Proy.EQUiP0 5 ACTüALRAUON LUCENTE Dib.EOUIP0 5

4' 19.05

A c o l . : m n ESA5UDACllCA PW INTERPOLACI6N E x . :

0.3

~- SCALE 0.200

Rev. R.*UlZ

No. 16

. . 1

FLECHA E J E Y ACE A0 Des ignac ion CENTRO NAamAL DE

ACTüAiJZACION Wcpm

Ma t e r I a I

. .200

I .. : - 'IOC i o n c i _. '9 5 . . Pr:. _._

0,: :: z : 5 ~

MESA DlDACTlCA 'I

PARA lNTERpocACloN

- - . Rei : . I

No. 1. I

¡I . . -

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7

8 , 2 P o r l e C a n t i d a d

f e c i a 1-07-99 R e r : r e i c o Atoi mn

fLECHA EJE 2 ACERO I D e s I g i a c i o n I M a t e r i a l O b i e r r a t i o n e l cEMRoNAcloNAL# Pray EQUIPO 5

- AC/MJZACKIIY WCENTE D i b fOUlPO 5 R e i . R .RUI2 MESA DIDACTlCA

PARA m u 0 N No. 18

I!

19 I I P a r t e 1 Can l idad

f e c h a 1-01-99 ? e f e r e i c ta

- l i . 620 ,-J

CUEi E R I A AlUHl W I O I Des ignac I on U a t e r i a l Obscr l a c nones

CoMRONAaoNALDE Proy.EQUiP0 5 ACTUAUZACKIN DOCENTE D i b EQUIPO 5

A c o t mn

E s c O I5

MESA DIDACTKA R e i . A AUIZ

PA@ lMERpoLACl0N No. 19

1

f e c h a 1 - 0 1 - 9 3 Qe f e r e r c ia A c o t .mn

SCALE 0 . 3 0 0

C m NAcloNAL DE P r o y EQUIPO 5 ACNAUZAClON #IcENTE Oib EQUIPO 5

I E C A NnAFTlFA A,. P P I I I I man uumiltn PARA i m a m Est .

0 4

.... No. 20

li

I I CAJA GAAF ICADORA I : i r l e Cantidad D e s ignac i o n Ma ter I al ::no 7.01.99 CEnrpoNACKmwDE

I : . : - : * : a ACTüAUZAClON DOCOME

S C A L t I J O Y

I Obser i a c i o n e l

Pro! EQUIPO 5 D i b EOUIPO 5

MESA DIDACICA PARA INTERPOLACION

R e t R RUIZ

No. 21

i

I I ICAJA GRAf ICADORA A L JMI N I O P o r t e 1 C a n l i d o d Oesignac i on Y i l e r i a l

f e c h o : 1-01.99 C E h O NACIONAL DE ! le!erencio: A C T L k Z A ~ OOCEME

l i ' .. .

I O b s e r i o c t o n e s

Proy.fOUIP0 5 Dib.fOUiP0 5

MESA DlDACTlCA PARA INTERPOLACION E I C

O S

R e v R RUIZ

No. 22

I! I --.

I1

A ~ N D I C E

'' B

DIAGRAMAS

CON DB-25 _ _ _ - -

dYb3 Ib3- Yb2 Ib2-0 Ybl Ibl- YbO IbO-

5 Vcd

Limit

Limit

Limit

Switch 3

Switch 2

Switch 1

4 I Limit Switch O

REG1 I NTER FACE DIODE

DIODE COM

- Source - - -REG2 =~

IN OUT-; ACTÜTDORES

- - COM

T I D I D2 0 3 D4 REG1 REG2 c 1 c 2 c 3 Sw l F

Transformador 127112 Vca, 5 Amp 1 O Amp Puente 250 Vca, 10 Amp Regulador LM7805 Regulador LM7812 Capacitor 4,700 mF, 25 Vcd 700MF, 25 Vcd Capacitor 100 rnF, 25 Vcd Capacitor 100 mF, 25 Vcd Interruptor 250 Vca, 3 Amp Fusible 250 Vca, 3 Amp

I FUENTE DE ALIMENTACION DE INTERFADE Y

Control A I Signal - -

Q1 T I D I D2 D3 D4 c 1 Rb S D I sw 1 F

Transistor TIP 1 O0 Transformador 127/24 Vca. 5 Amp. Puente 250 Vca, 10 Amp Filtro 4,700 mF, 50 Vcd Resistencia de 330 Ohms. %watt Selenoide 30 Ohms. Diodo 1 N4001 Interruptor 250Vca. 5 Amp. U.P.U.T Fusible 50 Vca. 3 Amp.

FUENTE DE ALIMENTACION DEL CIRCUITO SOLENOIDE

-0 Limit Switch O e I

Sistema de control.

Limit Switch 1

Limit Swrtch 2 w Limit Switch 3 w

41

5 V d PMM8113 5 Vcd 5 Vcd - T N P N l

Vdd .Mode2

Model

10k Vdd

R - - * c w / c c w

*Clock o1 * o2 O I 03 * NPNl CU

Cd 04 * vss

P h

t'

A N P N l

D I O D E ZENER

1 m H

3 3 0 I/ P h a s e A ' -= N P N l

D I O D E ZENER

1 m H I)

P h a s e B N P N l

ZENER I1

I/ 1mH

3 3 0 4 P h a s e 6' -; f i P N 1

D I O D E ZENER 11

v ) I 5 Vcd

!

ETAPA DE POTENCIA

1 /

I1

APÉNDICE

C

DIAGRAMAS

DE FLUJO

.PROGRAMA PRINCIPAL

El programa de control del prototipo Mesa de Prácticas X-Y. está elaborado en un lenguaje de programación llamado Lenguaje C++, de Borland. Existe un programa principal y varios subprogramas. se muestra el diagrama de flujo del programa principal, así como los programas que a su vez, son subprogramas de éste. El programa principal es un programa diseñado para la interpolación de los ejes X y Y, tanto para líneas rectas a diferentes ángulos, con respecto al eje X, o sea la pendiente, así como circulos o cualquier otra figura geométrica. El programa principal, más un pequeño subprograma, nos permite generar también letras o palabras.

/

INICIO

X=XmmiRESOL

I

CALCULAR POSICION RELATIVA

DIRMOTZ = CW DIR-MOT2 = CCW

SI

1 NO

1 DlR-MOT1 = CW DlRMOTl = CCW

I I

1 CALCULAR ABSOLUTO X. Y +

I X=ABS(X) I

rii Y= ABS(Y)

SI

/ .

2 MIN = Y

MAX=X

DIR-MAX = DIR-MOT1 CW

DlRMlN = DIR-MOT2 MOTOR1 = O MOTOR2 = 1

I

Q MAX =Y

DlR-MAX = DIR-MOT2 CW

DIR-MIN = DIRMOTZ MOTOR1 = 1 MOTOR2 = O

I

I PENDIENTE = M M M I N w

CALCULAR FRACCION DE I PENDIENTE

ACUMULA-FRACCION = O w PULSO(MOT1.

DIR-MIN)

D=1. Dc=PENDIENTE. ;:--h--

ACUM-FRACCION = ACUM-FRACCION + FRACCiON

I

.

APÉNDICE

D

PROGRAMACION

EN C++

/ / PROGRAMA DE INTERPOLACION LINEAL

//DESPLAZA MOTORES SOBRE LOS EJES "X" Y "Y" EN SENTIDO CW,CCW. #include<dos.h> #include<math.h> #include<conio.h> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #define puerto-out 0x378 #define puerto in 0x379 #define puerto-cont Ox37A #define res 0.51249 #define tiempo 1 #define cw 1 #define ccw O void pulso1 (int mot, int dir) ; void pulso(int mot,int dir); float y, xmm, ymm, x; float d, slope,min,max, fraccion, acum, c; unsigned char motl,mot2,dir - max,dir - rnin,dirx,diry,salida; double entero;

void main() [

clrscr ( ) ; printf ("digite el valor de home xmm \n"); scanf ("%f", &xmm);

printf("digite el valor de home ymm \n"); scanf ("%f", &ymm); . _ x=xmm/res; y=ymm/res ;

if (y<O) diry=cw; else diry=ccw; if (x<O) dirx=cw; else dirx=ccw; y=abs (y) ; x=abs (x) ; if(!x) x=l; if(!y) y=l; if (y<x)

( min=y; max=x; mo t 1 =O ; mot2=l:

Página 1

dir max=dirx; dir-min=diry; -

1 else ( min=x; max=y; mot 1=1; mot 2=0 ; dir max=diry; dir-min=dirx; - ) slope=max/min; acum=O; fraccion=modf(slope, & entero); for (c=l;c<=rnin;c++) (

pulso(rnot1,dir min) ; for (d=l; d<=slose; d++)

pulso(mot2,dir max) ; acurn=acurn+fracCion;

if (acum>=l) pulso(rnot2,dir-max); acum=acum-1; )

printf("digite el valor de desplazamiento en xmm \n"); scanf ("%f", &xmm) ;

printf("digite el valor de desplazamiento en ymm \n"i; scanf ("%f", hymm) ; x=xmm/res ; y= ymm/ res ;

if(yc0) diry=cw; else diry=ccw; if (x<O) dirx=cw; else dirx=ccw; y=abs (y) ; x=abs (x) ; if(!x) x=l; if ( ! y ) y=l; if (y<x)

Página 2

1 min=y; max=x; motl=O; mot 2=1; dir max=dirx; dir-min=diry; -

1 else ( min=x; max=y; mot 1= 1 ; mot2=0; dir - max=diry; dir - min=dirx; 1 slope=max/min; acum=O ; fraccion=modf(slope, & entero); for(c=l;c<=min;c++) , (

pulsol (mot1,dirmin) ; for(d=l;d<=slope;d++)

pulsol (mot2,dir - max) ; acum=acum+fraccion;

if (acurn>=l) ( pulsol(mot2,dir - max); acum=acum-1;)

getch ( ) ; 1 void pulso(int rnot.int dir) (

switch (mot) (

case O: salida=OxOl; if(dir)(outportb(puerto-out,O XO1) ;

delay (tiempo) ;

outportb(puert0 - out,OxOO);

delay(tiemp0) ;

Página 3

http://rnot.int

XOC) ;

delay (tiempo) ;


delay (tiempo) ;

while(! (inportb(puert0 - in)

outportb(puert0-out,OxOO);

ortb(puert0 - out,Ox04);

delay (tiempo) ;

outportb(puert0 - out, 0x00) ;

delay (tiempo) ;

else out outportb(puerto-out,OxOO);l

portb(puert0 - out,Ox03);

delay(tiemp0) ;

outportb(puert0-out,OxOO);

delay (tiempo) ;

while(! (inportb (puerto-in) &Oxlo) ) outportb(puert0 out, 0x03) ;

outportb (puerto - out, 0x00) ; )break;

-

case 1: salida=Ox04; if(dir)[outportb(puerto-out,O

0x40) )outportb(puerto - out, OxOc) ;

else( outp

while(! (inportb(puert0 - in)&Ox80)) outportb(puert0 - out,Ox04);

outportbípuerto - out,OxOO);)break; default: break;

1 \

void pulsol(int mot,int dir) I

switch(mot) (

case O: salida=Oxll; if(dir)(outportb(puerto-out,O xll) ;

Página 4

outportb(puert0 - out,OxOO);)

portb (puerto - out, 0x13) ; else( out

delay (tiempo) ;

outportb(puert0 - out,OxlO);

delay(tiemp0) ;

while(! (inportb(puert0 - in)&OxlO)) outportb(puerto-out,O~l3);

outportb (puerto - out, 0x00) ; )break; case 1: salida=Oxl4; if(dir) (outportb(puert0 - out,0

xlc) ;

delay (tiempo) ;


delay (tiempo) ;

while( ! (inportb(puert0 - in) &Ox40) )outportb(puerto - out, Oxlc) ;


ortb(puerto - out,Oxl4); else( outp

delay (tiempo) ;


delay(tiemp0) ;

while(!(inportb(puerto - in)&Ox80)) outportb(puert0 - out,Oxl4);

outportb(puert0 - out,OxOO);lbreak; defau1t:break;

I I

Página 5

/ / PROGRAMA DE INTERPOLACION Y GRAFICADO DE' UNA CIRCUNFERENCIA

//DESPLAZA MOTORES SOBRE LOS EJES "X" Y "Y" EN SENTIDO CW,CCW //Y TRAZA CIRCUNFERENCIA #include<dos.h> #include<math.h> #include<conio.h> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #define puerto out 0x378 #define puerto-in 0x379 #define puerto-cont Ox37A #define re sol-0.0105 #define tiempo 1 #define pi 3.1459 #define cw 1 #define ccw O

void pulso1 (int mot,int dir) ; void pulso (int mot, int dir) ; float y , xmm, ymm, x; float d,slope,min,max, fraccion,acum, c; unsigned char motl,mot2,dir - max,dir - min,dirx,diry,salida; double entero; float a, b, h, k, radio; .float teta; .-rnt i; void main ( )

. .

clrscr ( ) ; printf("digite el valor de home xmm \n"); scanf ("%fa', hxmm) ;

printf ("digite el valor de home ymm \n") ; scanf ("%f", & y m ) ; x=xmm/O. 01249; y=ymm/O.O1249;

if (y<O) diry=cw; else diry=ccw; if (x<O) dirx=cw; else dirx=ccw; y=abs ( y ) ; x=abs (x) ;

':Página 1

if(!x) x=l; if(!y) y=i; if (y<x)

( min=y; max=x; rnotl=O; mot2=l; dir max=dirx; dir-min=diry; -

1 else ( min=x; max=y; motl=l; mot2=0; dir max=diry; dirmin=dirx; - 1 slope=max/min; acum=O; fraccion=modf(slope, & entero); for (c=l; c<=min; c++) (

pulso(mot1,dirmin); for (d=l; d<=slope; d++)

pulso(mot2,dir-max); acum=acum+fraccion;

if (acum>=l) ( pulso (mot2, dir - maxi ; acum=acum-l;l

1

printf ("dame el valor del radio\n") ; scanf ("%f",&radio) ; h=a; k=b;

for(i=O;i<=360;i++) I teta=i*pi/l80; a=radio*cos(teta)*l.43; b=radio*sin(teta)*l.43; x=h+a; y=ktb; if (y<O) diry=cw;

Página 2

else diry=ccw; if (x<O) dirx=cw; else dirx=ccw; y=abs (y) ; x=abs (x) ; if (!x)x=l; if(!y)y=l; if (y<x) 1 min=y;max=x;

.I

motl=O; mot2=1; dir max=dirx; dir-min=diry; -

mot 1=1; mot2=0; dir max=diry; dirmin=dirx; -

)else( min=x;max=y;

siope=max/min; acum=O ; fraccion=modf(slope,&entero);

for (c=l;c<=min;ct+) (

pulsol(mot1,dir - min); for (d=l; d<=slope; dt+)

pulsol(mot2,dir-max); acum=acum+fraccion; if (acum>=l) (

pulsol(mot2,dir - max); acum=acum-1; 1

1 getch í 1

1 void pulso (

int mot,int dir) ,,

switch(mot)

( case O: salida=OxOl; if(dir)(outportb(puerto-out,O

XO1) ;

delay í tiempo) ;

Página 3


delay (tiempo) ; I1

while(! (inportb(puert0 - in) &Ox20) )outportb(puerto - out, 0x01) ; .I


portb (puerto - out, 0x03) ; 'f

else( out

delay(tiernp0);

outportb(puerto-out,OxOO);

delay(tiernp0) ;

while ( ! (inportb(puert0 - in) &Oxlo) ) outportb (puerto-out, 0x03) ;

outportb(puert0 - out,OxOO);)break; case 1: salida=Ox04; if(dir) loutportb(puerto-out,O

XOC) ;

delay(tiemp0) ;

outportb (puerto-out, 0x00) ;

delay (tiempo) ;

while(!(inportb(puerto - i n ) & O x 4 0 ) ) o u t p o r t b ( p ~ ~ ~ t o - ~ ~ t ~ ~ X ~ C ) ;

I

else( outp

delay(tiemp0) ;

outportb(puert0 - out.Ox00) ;

delay(tiemp0) ;

while(! (inportb(puert0 - in)&Ox80)) outportb(puerto~out,OxO4);

I/

outportb(puert0 - out,OxOO);break; default :break;

1 I void pulsol(int mot,int dir)

Página 4

1

switch (mot) (

case O: salida=Oxll; if(dir) (outportb(puerto-out,O xll) ;

delay(tiemp0) ;

outportb(puert0 - out, 0x10) ;

delay (tiempo) ;

while(! (inportb(puert0 - in)&Ox2O))outportb(puerto - out, 0x11); II

outportb (puerto - out, 0x00) ; ) 1

portb (puerto - out, 0x13) ; else( out

delay(tiemp0);

outportb (puerto-out, 0x10) ;

delay(tiemp0);

while(!(inportb(puerto - in)&OxlO)) outportb(~uerto_out,Ox~3);

outportb(puert0 - out,OxOO);)break;

i

case 1: salida=Oxl4; if(dir)(outportb(puerto-out,O xlc) ;

delay (tiempo) ;


delay(tiempo1 ;

while(! (inportb(puert0 - in)&0x40))outportb(puerto~0ut,O~l~);

I

11

outportb(puert0-out,OxOO);)

ortb(puert0 - out,Oxl4); 11

delay (tiempo) ; 1

outportb(puert0 - out,OxlOi;

delay (tiempo) ;

else( outp

Página 5

while(! (inportb(puert0 in)&Ox80)) outportb(puerto-out,Oxl4);

outportb(puerto - out,OxOO);)break; II -

default :break; 1 I1

1

,página 6

APÉNDICE

E

P’RACTICAS 11

DE LA MESA

I1 “X” ‘Y’’

SEP ’ DGETI SElT

CENTRO NACIONAL DE ACTUALIZACIÓN DOCENTE

EN MECATR~NICA

CNAD - CenideT I/

MA -NUAL DE PRACTIC. -S

MESA DIDÁCTICA “x” ‘‘Y” f

Prototipo Mecatrónico

1

CNAD 99 1)

COMPUTADORA PERSONAL COMPATIBLE

1.1.1. Hardware. !t

La parte primera de este folleto tiene por objetivo, realizar un estudio genérico de un sistema de cómputo, los módulos que lo conforman, como está organizada internamente, como ejecuta sus operaciones e instrucciones, su comunicación con los demás componentes e interfaces al medio exterior. Se verán los componentes principales: La unidad de central de pro&so, esto es, el microprocesador, la memoria y otras partes importantes, como son los canales de entrada salida, y las interfaces con los dispositivos periféricos.

I1

Arquitectura.

La figura No. 1, muestra un diagrama funcional a bloques de las partes constitutivas de una computadora en su forma más simple. Como lo indica la línea punteada, lo que está internamente, es parte del sistema de cómputo, y lo que está fuera de la linea punteada es el mundo exterior.

Toda la información que recibe la computadora desde fuera, se le llama datos de entrada independientemente del periférico de entrada. Y toda la información que genera el sistema de cómputo, y se envía hacia fuera del sistema se le nombra datos de salida. La función básica de la computadora es recibir los datos de entrada, procesar estos datos y producir los datos de salida.

La Unidad Central de Proceso (CPU), la memoria (Varios tipos), y el adaptador de interfaces están conectados por medio de tres canales O buses (barra o vía de enlace), sirve de trayectoria de comunicaciones y son: El bus de direcciones, el bus de datos, y el bus de control.

Observe la figura No. 1,1, e identifique cada una de las etapas mencionadas, así como la parte que conforma el CPU, con respecto al mundo exterior, observará también los buses.

It

II .

I/

2


'I

CNAD 99 I1

RELOJ UNIDAD CENTRAL DE

PROCESO ' UCP BUSDEDATOS

BUS DE

DIRECCIONES

BUS

CON.

¡I t ' " , , , PUERTO EiS .._.. +

DISPOSITIVO

SALIDA

MUNDO EXTERIOR I/ DE

;I :.

+ _cc

3t MEMORIA ' ROL

Figura No. 1. DIAGRAMA,A BLOQUES DE UNA COMPUTADORA.

11

LA UNIDAD CENTRAL DE PROCESO

La Unidad Central de Proceso de una computadora, está a su vez conformada por tres bloques básicos funcionales:

1. Control de operaciones aritméticas y lógicas. 2. Interpretación de datos de entrada. 3. Ejecución de instrucciones recibidas.

Todos los microprocesadores tienen una unidad de aritmética lógica que con frecuencia se conoce simplemente como ALU, (arithmetic Logic Unit). La ALU, como lsu nombre lo indica, es la parte del

3

1 MESA DlDACTlCA "X" " Y

'1

I/

'1

'ADAPTADOR DE

INTERFACES

CNAD 99

microprocesador que lleva a cabo las operaciones aritméticas y lógicas de los datos binarios, algunas de ellas se aplican sobre dos operandos, mientras que otras requieren solamente uno. La ALU generalmente es capaz de ejecutar las siguientes operaciones.

1. Suma aritmética. 2. Funciones lógicas AND, OR, XOR. 3. Complemento. 4. Rotación hacia la derecha o izquierda

Además la ALU contiene "un conjunto de registros llamados banderas (flags), los cuales guardan información relacionada con el resultado de una operación aritmética o lógica. .Por ejemplo, una de las banderas Sirve para indicar si el resu'ltado de la operación fue cero.

LA UNIDAD DE CONTROL

La circuiteria de control es la unidad fundamental primaria dentro del microprocesador. Utilizando señales de reloj, la unidad de control mantiene la secuencia de eventos apropiada para llevar a cabo cualquier tarea de procesamiento. Es decir el microprocesador es un dispositivo sincrono. Frecuentemente la unidadlide control es capaz de responder a señales externas que alteran el estado del microprocesador, ya sea interrumpiendo temporalmente su funcionamiento o provocando la ejecución de instrucciones especiales. El corazón de la unidad de control lo constituye el Generador de Ciclo Máquina (OCM), que se encarga de producir las señales de control, derivandolas de un reloj u oscilador maestro como referencia.

REGISTROS INTERNOS

Los registros internos son Unidades de almacenamiento temporal dentro de la CPU. Algunos de ellos tienen usos especificos, mientras que otros son de propósito general. ,rara llevar cuenta de cual instrucción es la que debe ejecutar enseguida, la unidad de control mantiene un registro con la dirección de la siguiente instrucción en el programa. A este registro se le llama Contador de Programa (Program Counter) o PC. El

1

4

I! MESA DlDACTlCA " X " Y

I/ CNAD 99

microprocesador actualiza el contenido del PC incrementándolo cada vez que obtiene una instrucción de memoria.

Una de las entradas de control al microprocesador es la entrada de RESET (restablecer). Cuando se restablece el microprocesador, la unidad de control carga &I contador de programa con ceros. Este valor inicial establece la dirección de memoria de donde se va a obtener la Primera instrucción.

'1

U N I D A D ARITHET ICO/

B Y S .at 0 I I E C C I O " E S

UNIDAD

CONTROL R O M R A M

D " 6 D E D I T O S

REGISTROS ."I or C0"T"c.L

8ICROPROCESADOR ICPU'

MICROCOMPUTAOORA E N UNA PASTILLA

Figura No. 2. COMPONENTES DEL MICROPROCESADO

LOS DISPOSITIVOS DE MEMORIA. 11 La memoria es la bodega o casillero de la computadora, donde son

guardados o almacenados los datos o instrucciones de los programas y c


/I

CNAD 99

10s datos, que son leidos ,~Y almacenados a medida que se ejecutan las instrucciones de los programas. Esto se logra. organizando la memoria en celdas y casillas donde se almacenan datos en forma de caracteres o bytes representados por cadenas o trenes de bits O o 1, que son ubicados e identificados en la memoria por medio de direcciones, en forma similar a un casillero de correos;

La memoria principal se denomina Memoria de IecturalEscritura (RAM), o sea memoria de acceso aleatorio y lo que significa es que cada celda o byte puede ser direccionado en forma directa, a la misma velocidad y con la misma facilidad qde cualquier otra celda dentro de todas las casillas disponibles, pudiendo ya sea almacenar un dato, es decir, escribir un dato, o bien retirarlo, es decir, leerlo. Esta memoria es volátil o no permanente, lo que significa que su contenido se pierde cuando se apaga la computadora. La memoria de lectura solamente (ROM) puede ser leida, pero no puede ser escrita, se utiliza para almacenar el programa de arranque o Bootstrap, que utiliza la "computadora al momento de ponerlo en operación e inicia la lectura desde el diskette para cargar a memoria el sistema operacional. También almacenan en' ROM otros programas, tales como autodiagnostico, y chequeo de la computadora al momento de arranque, llamado Power, On, Self-Test. Estas memorias son no- volatiles y usualmente I/ borrables mediante luz ultravioleta y programables eléctricamente. En la figura No. 2, se observa la posición y relación de las diferentes memorias dentro de un sistema de cómputo.

i

II

GENERADOR DE CICLO DE MAQUINA,

Un elemento primordial en.los sistemas de cómputo, son los llamados relojes, su función es generar las señales de temporizaron de reloj maestro, llamado también, Master Clock, en forma de pulsos controlados con gran precisión pues de ello depende la exacta sincronización de todas las operaciones de la computadora, cualesquiera que sean. Para garantizar la precisión se utiliza como elemento generador de pulsos, un cristal de cuarzo, con el cual se logra una oscilación extremadamente estable y precisa.

I/

6

'1 MESA DlDACTlCA " X "Y"

'1 CNAD 99

Las oscilaciones del cristal son medidas en megahertz, o sea millones de ciclos por segundo y miden la frecuencia llevando información significativa a cada circuito, de acuerdo a la sincronización y codificación que van recibiendo a medida que se trasladan de un lugar a otro de la computadora?

Existen otros circuitos asociados al reloj para dividir la frecuencia o setial maestra de acuerdo a los requerimientos de sincronización de los diferentes circuitos de la Eomputadora.

La figura No. 3, muestra la posición del Generador de ciclo maestro, o bien reloj, y la posición/que guarda con respecto a otras etapas o módulos del sistema de cómputo.

7

I/ MESA DlDACTlCA "x" '"Y"

CNAD 99 I/

B U S E X T E R N O

INSTRUCCIONES

1 DECOD I FIC ADOR

DE INSTRUCCIONES

I I , U N I D A D

D E

- L

- S E Ñ A L E S

. INTE 'RNAS C O N T R O L , .

1 ENTRADAS SALIDAS

D E L A L :i E X T E R I O R EXTERIOR

'I Figura No. 3. GENERADOR DE CICLO MAQUINA CANAL O BUS.

Un canal o bus, es por definición, un conjunto de conductores y conectores a través de los cuales se envía información a todos los

11

8


CNAD 99

I1 subsistemas que conforman la computadora. La información enviada por el bus, incluye por supuesto, desde direcciones, datos, hasta señales de control. Algunos de los conductores del bus son usados para llevar voltajes de alimentación a otros circuitos de la computadora y de las tarjetas de internase. La figura No. 4, muestra los buses internos que conforman un rnicroprocesador. Su simbología es similar a cualquier bus que se encuentre formando parte del sistema de cómputo. I1

!

I

I

Figura No. 4. REPRESENTACION DE LOS BUSES.

I1

a

MESA DlDACTlCA "X" " Y I/

,I

CNAD 99

OPERACIÓN BASICA DE LA CPU.

Un CPU cuenta con un Controlador Secuenciador y un Decodificador de instrucciones en su Unidad de Control. El Controlador Secuenciador coordina la actividad del Sistema produciendo las seriales de control del sistema, mientras que el decodificador de instrucciones decodifica las instrucciones del programa.

CICLO DE OPERACIdN.

I1

//

ii BUSCA UNA

INSTRUCCION

i

Una de las caracteristicas distintivas de la CPU es su capacidad de ejecutar una serie de instrucciones llamadas programa. A medida que ejecuta estas instrucciones, la CPU recorre un Ciclo de operación. Este ciclo consiste en dos fases. Como se observa en la figura No. 5, estas dos fases son, la fase de BUSQUEDA y la fase ''de EJECUCION, realizadas en secuencia

La velocidad a la cual estps dos fases de operación se determinan por la frecuencia de operación (reloj) del sistema. El tiempo requerido para que estos eventos tengan lugar es llamado Ciclo de Máquina.

BUSQUEDA-EJECUCION.

n

EJECUTA LA INSTRUCCION

Figura No. 5. CICLO DE BUSQUEDA Y EJECUCION I1

AI momento de encenderjlel sistema de cómputo, la CPU ejecuta una instrucción intrínseca de ella, llamada un vector forzado. El vector

IO

I1 MESA DlDACTlCA " X "Y"

11 CNAD 99

forzado es una instrucción que informa a la CPU la localización de la primera instrucción a ser gjecutada cargando su dirección en el registro de direcciones.

NOMBRE MNEMONIC0 OPCODE Load LDA 11 1000 O110 Acumulador

Esta dirección es entonces cargada en el Contador de programa CP. El controlador-Secuenciador '!activa las lineas de control haciendo que la memoria envie una instrucción por el bu de datos la registro de datos. Después de que la instrucción es traída al CPU, el Decodificador de instrucciones la decodifiq, es decir, la interpreta para determinar que debe de hacer, y la CPU entra en su fase de ejecución, es decir, procede a realizar la instrucción que esta instrucción le indica. Durante esta fase, el Controlador-Secuenciador controla la ejecución del procedimiento definido PO! la instrucción. Entonces, la dirección de la siguiente instrucción a ser ejecutada es cargada en el Contador de Programa. Normalmente esta es la siguiente dirección que esta en la secuencia.

AI final de la fase de ejecución, la CPU entra de nuevo en la fase de búsqueda y el ciclo se repite. La búsqueda de una instrucción siempre consiste en la misma secuencia de operaciones. Por esto, la fase de búsqueda siempre toma dmisma longitud de tiempo.

Por otra parte, la secuencia de eventos durante la fase de ejecución de cada instrucción es diferente por lo que el número de ciclos de máquina requeridos a menudo vada considerablemente de una instrucción a otra

II

II EJECUCION DE UN PROGRAMA.

DESCRIPCION Carga al contenido de la

Para empezar, veamos como la 7+10=?. 11

CPU resuelve un problema como

El listado de instrucciones se muestra en el cuadro de la tabla No. 1 . l . As¡ como una descripción ge lo que hacen cada una de ellas.

. .

11 MESA DlDACTlCA "X" " Y

CNAD 99

1000 1011

O011 1110

siguiente posición de memoria en el acumulador.

Suma el contenido de la siguiente posición de memoria al contenido del acumulador. Deja la suma en el acumulador.

Detiene todas las operaciones.

Tabla No. 1. Tabla de códigos de operación y su función.

I/ La primera columna del cuadro muestra el nombre de la instrucción. Cuando se escriben programas, usualmente es muy conveniente escribir la instrucción completa. Por esta razón, a cada instrucción se le asigna una abreviatura llamada MNEMONIC0 que significa ayuda de memoria, ~ porque su nombre ayuda a recordar el significado. Los rnnemónicos son mostrados en la segunda columna.

La tercera columna contiene el código de operaciones llamado OPCODE (Operación CODE). Este es el código binario que el computador y el programador usan para representar la instrucción. El Opcode se muestra en notación tanto binaria como hexadecimal.

La última columna describe la operación efectuada cuando la instrucción es ejecutada. El programa es bastante elemental. Primero, se carga el 7 en el acumulador mediante la instrucción LDA. Enseguida sumaremos 10 al contenido del acumulador, que es 7 ya almacenado alli. usando la instrucción ADD (Sume).

I!

MESA DlDACTlCA " X " Y I!

!I

CNAD 99

Finalmente detendremos la' CPU con la instrucción HLT (HALT o Parar). Los registros más importantes de la CPU se muestran en la figura No. 6. Observe que nuestro programa que tiene 5 bytes de longitud para sumar los números 7 y 10 está almacenado en la memoria.

I/

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I

Para ejecutar el programa, el contador de programa, CP, debe ser cargado con la dirección de la primera instrucción. En este caso, la primera instrucción está en'la dirección de memoria 0000, así que esta dirección es llevada al CP.

13


w 1 I

I I

.. .. .. . .

66 avN3 -.. 11

Fig. No. 10. CHASIS O CdJA ESTANDAR DEL PC.

La base tiene una cubiertaitambién de metal en forma de U alargada. Que se retira fácilmente para tener acceso al interior del sistema como lo muestra la figura 20. La base tiene en su parte frontal un panel donde se encuentran los botones de control y luces indicadoras de operación del equipo. Así mismo, este panel facilita el acceso a las unidades de disquete.

Los módulos y componentes internos se acomodan ampliamente dentro de la unidad como se obse&a en la figura No. 11, que es representativa de la organización o Lay Out, actual de los equipos PC.

15


/I

CNAD 99

TORNILLO 1 I FUENTE M PoTENclA

CONECTOR DELSLOT I)

I TARJETA DE INTERFACE

Figura No. 11. ORGANIZAbION INTERNA DE UN EQUIPO PC.

El conector estandar como,i se muestra en la figura No. 12, muestra en conector de ranura y las señales de cada linea.

Todas las líneas que empiezan con D, se refieren a datos o Data, y las que empiezan con A, se refieren a Direcciones o Address. Así vemos desde DO hasta D7, al lad& superior derecho, de abajo ,hacia arriba, o sea las 8 líneas, una por cada bit, del bus de datos de 8 bits. Esto significa que por este bus se puede mover un byte completo, cada vez que se colocan datos de ese byte en las líneas del bus.

I/

Luego, del mismo lado, y de arriba hacia abajo, tenemos desde AO, hasta A19. o sea las 20"líneas de direcciones para direccionar la .memoria y los dispositivos de entradakalida. Con 20 lineas de capacidad de direccionamiento de lmegabyte o sea de i millón de bytes o casillas, cada una de 8 bits, o bien un byte.

, 16

I) MESA DlDACTlCA " X " Y

11 CNAD 99

Las otras setiales como IRQ2 a IRQI. I/O CHRDY, ALE; AEN; -VOW, - IlOR. y otras, son señales de control. algunas de ellas mediante mecanismos de interrupción y prioridades que permiten la perfecta sincronizacion y secuenciación de todas las 'actividades de computadora.

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FRENTE DEL COMPUTADOR

ii 17


'I CNAD 99

Figura No. 12. Lineas de setiales del bus de la PC

TARJETA MAESTRA.

En la figura No. 8, se muestra una tarjeta madre, conocida también como maestra, que incluye un conector de 8 bits, siete de 16 bits, y uno de expansión de memoria de 32 bits, de propósito exclusivo para esa función. Se muestran así mismo los principales chips de soporte, el chip de memoria ROM con el BIOS del sistema, los conectores para el teclado y la fuente de potencia, así como para el parlante, los indicadores sobre el panel de control y la llave de bloqueo.

I / I h I

18

MESA DlDACTlCA " X " Y 't

11 CNAD 99

En la figura No. 9. se representa un sistema típico de equipo de cómputo, en el cual podem'bs observar: la unidad del sistema, que es el chasis o caja dentro del cual se encuentra el CPU, las memorias RAM y ROM. tarjetas de interface y unidades de almacenamiento en discos flexibles y disco duro. La pantalla de despliegue visual ubicada sobre la caja, con el teclado l!al frente. Los dispositivos periféricos convencionales como son, matriz de puntos o láser, Mouse, y módem de comunicaciones.

. . . .

lPico . . . . . 19

MESA D1DACTlCA"X" " Y

t CNAD 99

Figura No. 9. SISTEMA TlPlCO DE PC

PRACTICA No: 1. !I

DESPLAZAMIENTO EN EL EJE X

Objetivo. II El alumno se familiarizará con el equipo llamado Mesa de Prácticas X- Y , mediante el desarrollo de un programa en Lenguaje C++, elaborando surrespectivo diagrama de flujo.

Equipo y material. I. Equipo de cómputo PC 386, o posterior. 2. Mesa de prácticas X-Y. 3. Folleto de prácticas. 'I

11 Desarrollo. 1. El alumno desarrollará un programa que logre el desplazamiento del

graficador en el eje X, de tal manera que el motor que provoca el movimiento gire en sentido CW (Counter wise) sentido de las manecillas del reloj.

2. El motor deberá detenerse en el momento de tocar el Limit Switch, posicionado en el extremo del eje X, en la dirección CW.

I/

3. Este programa deberá contar con una interrupción por teclado, de tal forma, que cuando el programa es ejecutado, y el motor se halle en movimiento, pueda ser detenido en el momynto de oprimir cualquier tecla.

4. Una vez que el graficador halla entrado en contacto con el Limit Switch, el alumno deberá regresar el graficador a ,su posición de origen, para ello provocará el desplazamiento del motor en sentido CCW.

20


I1

'I

CNAD 99 1

5. Se deberá elaborar el seudocodigo del programa, el programa fuente, así como el respectivo diagrama de flujo.

ii Nota. Toda información referente a ubicación de puertos de entrada y salida, así como direcciones de actuadores y censores que requiera, deberá consultarla en el apéndice de este manual.

'I

PRACTICA No. 2.

DESPLAZAMIENTO EN EL~EJE Y.

II Objetivo. El alumno se familiarizará con el equipo llamado Mesa de Prácticas X- Y, mediante el desarrollo de un programa en Lenguaje C++, para la manipulación de ejes elaborando su respectivo diagrama de flujo.

I, I!

Equipo y material. I. Equipo de PC 386, o posterior. 2. Mesa de Prácticas X-Y. jj 3. Folleto de prácticas.

Desarrollo. 11 I. El alumno logrará mediante el desarrollo de un programa, producir

un movimiento del graficador en el eje Y, cuyo sentido de giro sea cw.

'! 2. Una vez producido este movimiento, el graficador deberá

desplazarse hasta que el el Limit Switch, colocado al final del eje, después que lo accione, el graficador deberá girar en sentido CCW.

3. Cuando el graficador llegue al extremo opuesto del eje Y, y entre en contacto con el segundo Limit Switch, deberá regresar nuevamente manteniendo un movimiento repetido de ida y retorno.

^. LI

I .I MESA DlDACTlCA " X " Y

11

CNAD 99

4. teclado para poder salir I(

El programa deberá contar con una instrucción de interrupción por

del ciclo, e interrumpir el programa.

5. programa fuente y su respectivo diagrama de flujo.

El alumno deberá elaborar el pseudo código del programa, el

Nota. Toda información referente a ubicación de puertos de entrada y salida, así como djrecciones de actuadores y censores que requiera, deberá consultarla en el apéndice de este manual.

PRACTICA No.3

RESOLUCION Y AVANCEIDEL SISTEMA.

-._ Objetivo. II - El alumno determinará la resolución y avance de los ejes por medio de

desplazamientos calculados. Logrará desplazar el motor distancias determinadas en centímetros, en base a los cálculos realizados en función de la resolución del'sistema y avance del graficador.

I/

Equipo y material. 1. Equipo de cómputo PC 386, o posterior. 2. Mesa de prácticas X-Y. ' 3. Folleto de prácticas.

i

Desarrollo. 1. El alumno desarrollará un programa capaz de desplazar el

graficador en el eje X, yna distancia dada en centímetros. 2. Este programa deberá considerar los interruptores Limit Switch

como elementos de seguridad. Y deberá prever que el graficador pudiera ejecutará una ación no esperada. El programa deberá contener una instrucción de interrupción por teclado, como medida be precaución hacia el equipo. Deberá elaborar el pseudo código del programa, el programa fuente, así como el diagrama de flujo respectivo.

:3.

4.

22


CNAD 99

Nota. Toda informahón referente a ubicación de puertos de entrada y salida, así como direcciones de actuados y sensores que requiera, deberá consultarla en el apéndice de este manual

'1

PRACTICA No. 4.

DESPLAZAMIENTO EN DOS EJES

Objetivo. I1

El alumno manipulará al graficador en dos ejes, primero en el eje X. posteriormente en el eje Y.

I/

Equipo y material. 1. Equipo de computo PC 386, o posterior. 2. Mesa de prácticas X;Y. 3. Folleto de prácticas.

Desarrollo. I. El alumno desarrolla!rá un programa en Lenguaje C++ que logre

el desplazamiento del graficador en el eje X, en sentido de giro CW. Este desplazamiento tendrá una longitud de 8 centímetros

2. Una vez llegado 7 este punto, el graficador deberá ser desplazado en el eje Y, sentido de giro CW, una distancia de 7 centímetros, y ai llegar, deberá detenerse.

3. El programa deberá considerar los Limit Switch, como elementos de seguridad en la ejecución de este programa.

I1 23


/I

11 CNAD 99

4. Se deberá incluir una instrucción de interrupción por teclado en el programa, comd medida de seguridad para el equipo.

11 Nota. Toda información referente a ubicación de puertos de entrada y salida, así como direcciones de actuadores y sensorec que requiera, deberá consultarla en el apéndice de este manual.

I)

PROGRAMA No. 5.

GRAFICADO DE ÜN CUADRADO

Objetivo. 1

En base a la práctica anterior, el alumno desplazará el elemento graficador en los dos ejes, y en ambas direcciones cada eje. Con esto, lograra graficar un cuadrado.

11

Equipo y material. 1. Equipo de cóm$uto PC 386, o posterior 2. Mesa de prácticas X-Y. 3. Folleto de prácticas.

Desarrollo. I. El alumno desarrollará un programa por medio del Lenguaje

C++, donde //en primer término, logrará desplazar el graficador sobre el eje X, en sentido de giro CW, una longitud de 8 centímetros.

2. Una vez ubicado el graficador en este punto, el alumno deberá desplazarlo sobre el eje Y, con un sentido de giro CW, y una longitud de 8 centímetros.

24

MESA DlDACTlCA " X "Y" ,

11 CNAD 99

3. Llegado a este' punto, el alumno desplazará el graficador nuevamente enlel eje X, pero con un sentido de giro CCW, una longitud de'5 centímetros.

4. Finalmente, al (legar al punto definido sobre el eje X en sentido CCW. el alumno desplazará el graficador sobre el eje Y, en sehdo de giro CCW, una longitud de 8 centímetros.

5. El programa deberá considerar los Limit Switch, como elementos de seguridad para protección del equipo.

6. Se deberá con& con una instrucción en el programa, de interrupción por'teclado para suspender el programa en el momento que así sea requerido.

11. Nota. Toda la información referente a ubicación de puertos de entrada y salida, así como direcciones de actuadores y censores que requiera, deberá consultarla en el apéndice de este manual. ¡I PRACTICA No. 6.

GRAFICADO DE UN RECTANGULO.

/j Objetivo. El alumno desarrollará un programa en Lenguaje C++, que manipule el elemento graficador ,de tal manera que se logre graficar un rectángulo. Apóyese para lograr esta rutina, en el programa de la práctica anterior.

/I

I! Equipo y material. I . Equipo de cómputo PC,386, o posterior. 2. Mesa de prácticas X-Y., 3. Folleto de prácticas. I'

Desarrollo. I . El alumno loarará un del graficador en el eje X. en

sentido de giro CW, una longitud de 5 centimetros, alcanzada esa posición deberá detenerse

25


It

CNAD 99 I1

2. Posteriormente el alumno lograra el desplazamiento del graficador sobre el eje Y, en sentido de giro CW, una distancia de 8 centímetros, alcanzado este punto, se deberá detener.

3. El alumno desplazara nuevamente el graficador sobre el eje X, pero ahora en sentido de giro CCW, una longitud de 5 centímetros, y detendrá el graficado.

4. Como parte final de la, gráfica, el alumno logrará desplazar el motor nuevamente sobre el eje Y, pero ahora con un sentido de giro

; CCW, y una longitud de 8 centimetros. En este punto se detendrá, debiendo coincidir con el punto de partida.

5.. El alumno deberá considerar los Limit Switch del equipo como >: elementos de proteccibn al dispositivo en su programa. 6. Deberá programar una instrucción de interrupción por teclado,

como medida de seguridad.

I! , Nota. Toda información referente a ubicación de puertos de entrada y salida, así como direcciones de actuadores y sensores que requiera, deberá /onsultarla en el apéndice de este manual.

PRACTICA No. 7 I! INTERPOLACION DE EJES.

I1

Objetivo. El alumno comprenderá el concepto de Interpolación, mediante el desarrollo de un programa' en Lenguaje C++, capaz de direccionar y activar dos motores a paso, a diferentes velocidades.

I1 Equipo y material. I. Equipo de cómputo PC 386, o posterior. 2. Mesa de prácticas X-Y. 3. Folleto de prácticas. ,

26

1 MESA DlDACTlCA "x" "Y"

il CNAD 99

desarrollo^ 1. El alumno desarrollara un programa capaz de desplazar el

graficador sobre el eje X, en sentido de giro CW, con una longitud de 8 centímetros. AI llegar a esta posición, el graficador se detendrá.

2. El alumno desplazara ahora el motor sobre el eje Y, en sentido de giro CW, con una longit%d de 6 centímetros. AI liegar a este punto el graficador se detendrá.

3. Estando en el punto anterior, el graficador interpolará su posición actual con el punto deilorigen, debiendo para ello desplazarse en forma perpendicular entre ambos puntos, a un ángulo diferente de 45 grados.

4. Considere a los Limit Switch, en su programación como elementos de seguridad del dispositivo.

5. Incluya en su programai una instrucción de interrupción por teclado como medida de seguridad, o bien, suspención de la ejecución del programa.

II

Nota. Toda la información referente a la ubicación de puertos de entrada y salida, así como direcciones de actuadores y censores que requiera, deberá co&ultarla en el apéndice de este manual.

PRACTICA No. 8.

CIRCULO. /I

Objetivo. El alumno desarrollará un Droqrama de interpolación, mediante el . - Lenguaje C++, apoyándose en la practica anterior, capaz de direccionar y desplazar dos motores en una continua interpolación de ejes. Donde el resultado final de esta interpolación es el graficado de un círculo. 4

Equipo y material. 11 I. Equipo de cómputo PC 386, o posterior. 2. Mesa de prácticas X-Y. 3. Folleto de prácticas.

11 21


X r Counter clock wise I OCH 11 eie Y I Clockwise 101H

11 CNAD 99

Desarrollo. I. Calcule la resolución de desplazamiento de los motores a paso con

respecto al avance del.tornillo. 2. Desarrolle un program+ utilizando funciones de Seno y Coseno para

la interpolación de ejes X y Y, para el graficado de un círculo. En su programa, pida mediante teclado, el valor del radio.

3. Considere los Limit Switch, como elementos de protección al dispositivo e incluyalosjen el programa.

4. Desarrolle una instrucción en su programa, para una interrupción por ,teclado, como medida de seguridad o suspención de la ejecución del

.:.programa.

li Nota. Toda información referente a ubicación de puertos de entrada o salida, así qomo direcciones de actuadores y sensores que requiera, deberá consultarla en el apéndice de este manual.

1)

It

APENDICE

En función de los actuadofes que forman parte del sistema, como son motores a paso, solenoide, así como sensores, se establecen las líneas de dirección en hexadecimal. Tanto para la entrada como salida de datos.

MESA DlDACTlCA " X ' "Y

./I

CNAD 99

Archivo de cabecera Define puerto-out Define puerto -in Define puerto-cont

.. .

UC CJC L. I Down. lOlH D11 D1U UY

Función Puerto Salida de datos 0x378 Entrada de datos 0x379 Control de datos Ox37A

!I En función de los comandos utilizados por Lenguaje C++. para la entrada y salida de datos, vía puerto paralelo:

PUERTO DE COMUNiCACfóN PARALELO (LPT 1)

Se describirá el puerto paralelo, su arquitectura, asignación de patillas, su significado y utilización de estas patillas, esto con el fin de permitir que se comprenda fácilmdnte como el periférico de la máquina fue utilizado para controlar el sistema. En la figura No.l., se muestra una representación del conector DB-25 tipo hembra, donde aparecen los terminales de dicho puerto.

1

Figura No. 1. Puerto Paralelo. Conector DB-25.

Dado que el puerto paralel,p fue diseñado para comunicarse con una impresora, observará que la mayoría de sus seiíales están orientadas a éste periférico. Tiene 17 terminales para senales. así como 8 conectadas a tierra.

29

MESA DlDACTlCA " X ' "Y

CNAD 99

li Terminal Strobe: Esta linea activa a nivel bajo indica a la impresora que 10s datos están presentes sobre las líneas DO a D7, y que es preciso leer.

Terminales DO a D7: Es dl bus de datos sobre el que pasa el valor del carácter que se va a imprimir. No se puede escribir sobre este puerto, a menos que se trate de un puerto paralelo extendido (como ocurre con los puertos de tipo ECPIETP).

Terminal ACK: La impresora pone a cero esta línea para indicarle al ordenador que ha recibido correctamente el carácter transmitido y que puede continuar con la transmisión de datos.

Terminal 8USY: Esta línea es puesta a cero por la impresora cuando su memoria intermedia (buffer) está llena. De este modo, el ordenador sabe que la impresora no puede recibir datos. Debe de esperar a que esta línea vuelva a uno para reanudar el envío de datos.

Terminal PE: Significa "paper error". La impresora le indica al ordenador por esta línea Que se ha interrumpido la alimentación de

I1

papel. I/

Terminal SELECT: Esta linea le dice al ordenador si la impresora está "on line" u "off line".

Terminal AUTOFEED: Cuando esta señal está a uno, la impresora debe efectuar un salto de linea con cada carácter 2return" recibido. En efecto, algunas impresoras solo 'efectúan un simple retorno de carro en presencia de este carácter. ii Terminal ERROR: Indica al ordenador .que la impresora ha detectado un error.

Terminal INIT: A través de esta línea, el ordenador puede inicializar la impresora.

Terminal SELECT IN: Porpnedio de esta señal. el ordenador puede poner fuera de línea la impresora.

I!

..

MESA DlDACTlCA"X "Y"

CNAD 99 11 Terminal MASA: ES de la terminal 18, hasta la terminal 25, se refiere a la tierra del sistema de cótqputo.

La velocidad máxima de transmisión que cabe esperar con este puerto es del orden de los 150 Kbls. Los puertos más modernos de tipo EPP (que viene de Enhanced Parallel Port, desarrollado por Xircom, Zenith e Intel en 1991), permiten blcanzar un flujo de 2 Mbls, es decir, un volumen de datos unas t r e k veces mayor. Si bien, sigue siendo inferior al flujo del bus ISA (8 Mbls). permite, no obstante, conectar periféricos como lectores de CD-RqM o discos duros. Además de un flujo superior, los puertos EPP, son bidireccionales. El aún más reciente puerto ECP (Extended Cap,acity Port) tiene la particularidad de ser "plug and Play" (literalmente: conecta y utiliza). Se deriva del puerto EPP y se posee las mismas características. Su particularidad es que permite al periférico conectado a d q u e se identifique a la máquina en el momento de ejecutarse el programa lógico, haciendo que la impresora pueda autoconfigurarse (con la condición de que el BIOS del sistema y de la impresora sean también compatibles Plug and Play). Aunque desde el punto de vista del electrónico aficionado, la ventaja de estos puertos es. sin duda. su bidireccionalidad. La figura No. 2., muestra los estados lógicos del puerto paralelo, así como la asignación de patillas.

i/

11

3 1

MESA DlDACTlCA " X '"Y" 'I

ii

It CNAD 99

Comando Instrucción Outportb(puerto-out, OXO+) Giro motor eje X, CW Outportb(puertoout, OxOC) Giro motor eje X, CCW Outportb(puert0-out, 0x01) Giro motor eje Y, CW Outportb(puert0-out, 0x03) Giro motor eje Y, CCW Inportb(puerto-in, 0x80) '11 Estado Limit Switch Eje X, CW. inportb(puerto-in, 0x40) Estado Limit Switch Eje X. CCW Inportb(puertojn, 0x20) , Estado Limit Switch Eje Y, CW inportb(puerto-in, 0x10) 11. Estado Limit Switch Eje Y, CCW Outportb(puertoout, 0x10) Actuador solenoide Down -

Figura No. 2. Asignación de terminales del puerto paralelo

En base a lo anterior, se'ldeduce que el control de dirección de giro de los motores, posición de solenoide y lectura de datos proporcionada por los Limit Switch, obedecen a direcciones de puertos de entrada y de salida, ya definidos en l[el Hardware del equipo de cómputo. Con instrucciones en hexadecimal que fueron definidas para cada elemento actuador. La siguiente tabla muestra instrucciones que forman parte del Lenguaje C++, donde se controlan los actuadores del sistema y se leen los estados de los Limit Shitch.

D I 1 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D I D I O II

DO

La figura No. 3., muestra dna representación de los doce bits utilizados para el control de este sistema, así mismo se da una descripción del modo que operan en el sistema. Se dividió en tres partes, de cuatro bits cada parte, para identificar mejor las líneas de entrada, de salida y control. I)

Los primeros cuatro bits de dato, se asignan a los motores a paso, DO hasta D3. Los siguientes,icuatro datos se asignan a otros actuadores. como el solenoide, desde D4 hasta D7, todas estas líneas son salidas del puerto paralelo. Finalmente, de D8, hasta D I 1 son lineas asignadas

32

MESA DlDACTiCA "X" "Y"

'1

APÉNDICE I/

F I

OPERACIÓN DE LA I/

MESA DE

PRACTICAS I1 X-Y.

ii

OPERACIÓN DE LA MESA DE'PRACTICAS x-Y.

El USO correcto de Cualquier equipo, da como resultado una vida más larga de este, Y un mejor aprovechamiento de todos sus recursos. Se consideró adecuado incluir una relación de puntos de consideración en el momento de utilizar la Mesa de Prácticas X-Y. Se traia de una serie de recomendaciones generales sobre su puesta en marcha y operación.

1. Conecte la Mesa de Prácticas X - Y, a una toma de energía eléctrica de 117 Vca, a 60 Hz, considere la 'necesidad de contar con una tierra física en su toma de alimentación.

4 .

2. Conecte el cable de comunicación disetiado para este equipo al puerto paralelo de su computadora personal LPTl, debe ser 386 o posterior.

3. El otro extremo del cable congctelo al conector DB25 tipo hembra, ubicado en la parte de atrás del equipo de prácticas.

4. Asegure bien las conexiones mediante una tornilleria adecuada, esto con el fin de evitar falsos contactos, i$specialmente en este tipo de situaciones, en extremo delicadas para los puertos de las computadoras.

5. Encienda en primer término,,, su equipo de cómputo, y cargue el sistema operativo que va ha utilizar. Asegúrese que su computadora tenga habilitado el puerto de comunicación paralela.

Prácticas X -Y. Asegúrese que se halla energizado.

del dispositivo, esta deberá edtar libre de objetos y perfectamente limpia.

6. Posteriormente encienda su equipo mecatrónico denominado Mesa de

7. Verifique el estado del graficador, su ajuste, así como la superficie de trabajo

8. Una vez concluidos los pasos anteriores, cargue el directorio de Lenguaje

9. En ese momento se abre el:paquete de programación para trabajar en los

I O . El equipo está diseriado para trabajar en forma ininterrumpida por espacio de

11. Una vez que terminó de trabdjar con él, deberá apagar primero el sistema de

C++, y llame su programa de trabajo: TC\BIN\TC.

programas ejecutables que han de mover el graficador.

varias horas, pero no deberá apagarse y encenderse en forma continua.

!!

cómputo, saliendo en forma apropiada de su programa de trabajo.

12. Posteriormente cierre el sistema operativo que halla utilizado.

I!

73.Asegure que el graficador quede en su posición inicial de trabajo, as¡ mismo que no halla habido algún in~dicio de desajuste.

14.Apague el equipo de prácticas Mesa de Prácticas X-Y ,

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