MAíquina-fresadora-de-control-CNC-tipo-cartesiano-para-materiales-plAísticos-y-madera

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
Unidad Profesional Interdisciplinaria en 
Ingeniería y Tecnologías Avanzadas 
 
 
 
UPIITA 
 
 
 
“Maquina fresadora de control CNC 
tipo cartesiano para materiales 
plásticos y madera” 
Que para obtener el título de 
 
Ingeniero en Mecatrónica 
 
Presenta: 
 
Michael David Pérez Valdez 
 
 
Asesores 
 
M. en C. Cecilia Fernández Nava 
M. en C. Juan Roberto Rodríguez Bello 
 
M. en C. Mauricio Méndez Martínez 
 
 
México D.F. Febrero 2016 
 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
Dedico este proyecto de titulación; primero a mi madre por su incesante e incondicional apoyo, a 
mi familia como fuente inagotable de formación de carácter, a Yadira por su cariñoso soporte en 
tiempos difíciles, a los profesores de la UPIITA que formaron mis conocimientos, al IPN y al pueblo 
de México. 
 
I 
 
Indice de contenido 
 
Capítulo 1: Introducción a las máquinas de control CNC………………………....….1 
 
 1.1 La importancia del uso de máquinas de control CNC en pequeñas empresas 
e instituciones de educación pública…………..........................................................1 
 1.2 Conceptos básicos: fresa, fresado y fresadora………………..……………….4 
 1.3 Evolución de la fresadora……………....................……………………………..6 
 1.4 La introducción del control numérico a la fresadora…..............................…..6 
 1.6 Características del control CNC actual…………………….....…………………8 
 1.7 Estado del arte…………………………….....…………………………………….9 
 
Capítulo 2: Planteamiento del problema………………….....................……………..12 
 2.1 Administración del proyecto……………......……………………………………12 
 2.2 Descripción de los sistemas que componen el diseño…………….…………17 
 2.2.1 Tipos de desplazamientos..…………………………………………………18 
 2.2.2 Sistema de control de posición……………………………………......……18 
 2.2.3 Control de precisión………………………………....................…………...19 
 2.2.4 Control electrónico y diseño mecánico………………………………........21 
 
Capítulo 3: Propuesta de solución…………………...........................……………….22 
 3.1 diseño de selección………..........………………………………………………..23 
 3.1.1 Selección topología mecánica…………..…………………………………..23 
 3.1.2 Sistema de posicionamiento…………………………….............................28 
 3.1.3 Fuente de movimiento ………………………………………………....…...35 
 3.1.4 Conexión entre motor y husillo …………………………………….........….38 
 3.1.5 Motor de fresado………………………………….........…………………….40 
 3.1.6 Selección de control electrónico………………............................………..43 
 3.1.7 Fuente de poder…………………………………………........................…..46 
 3.1.8 Material de construcción para la estructura…………………….........…….47 
 3.2 Diseño mecánico……………………......……………………………………….48 
 
Capítulo 4: Validación del diseño………………………....……………………………55 
 4.1 Velocidad de corte………………………..………………………………………55 
 4.2 Esfuerzo de corte ……………….....………………………………………….58 
 4.3 Esfuerzo en eje Y…………………............……………………………………..61 
 4.4 Esfuerzo en eje X……………………….....……………………………………..64 
 4.5 Esfuerzo para el eje Z…………………………..………………………………..66 
 4.6 Análisis de esfuerzo…………………………….............………………………..67 
 4.7 Análisis de esfuerzo en tornillos……………………………….....……………..69 
 
Capítulo 5: Construcción de la estructura diseñada………...........................………72 
 5.1 Construcción de la estructura del diseño mecánico…………………………..72 
 5.2 Montaje de componentes mecánicos……..……..…………………………….76 
 
 
II 
 
Capítulo 6: Conclusiones y trabajo a futuro………………………………………….80 
 6.1 Conclusiones…………………………........…………………………………….80 
 6.2 Trabajo a futuro…………………………………....……………………………81 
 
Bibliografia……………………………...…….………………………………………….85 
 
APENDICE A : PLANOS A DETALLES …………………………..……….…………86 
 
APENDICE B: HOJAS DE ESPECIFICACIONES TECNICAS ………………...….94 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
III 
 
Índice de tablas 
 
Tabla 1.1 Evolución por fechas de la fresadora……………………………....……...…6 
Tabla 1.2 Características de máquinas industriales existentes...........................… .9 
Tabla 1.3 Características de máquinas existentes similares semiprofesionales......10 
Tabla 3.1 Tipos de coples de transmisión………….………………………………….40 
Tabla 4.2 Esfuerzo de corte……………………………………………………………..60 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
IV 
 
Índice de figuras 
Figura 1.1 Esquema básico del fresado …………….…………………...…….……… 4 
Figura 1.2 Varios tipos de fresas…..………………..……………………...…….…….. 5 
Figura 1.3 Evolución de la fresadora hasta llegar a CNC……………..………….…. 6 
Figura 1.4 Fresadora CNC actual…..………………………………………..……….. ..8 
Figura 1.5 MCU de una fresadora actual………………………………..……………. .8 
Figura 1.6 Prototipo UPIITA 2010 roturador PCB…………………..……………… .11 
Figura 2.1 Captura de EDT primera parte………………………………………..….. .12 
Figura 2.1 Captura de EDT segunda parte ……………….……………………..….. .13 
Figura 2.3 Captura de EDT tercera parte ……..……………………………………... .13 
Figura 2.4 Red de actividades primera parte ………………………………………… 14 
Figura 2.5 Red de actividades ultima parte ……………………………………..……. 15 
Figura 2.6 Captura de diagrama de Gantt hecho con Microsoft Project®….……. .16 
Figura 2.7 Diagrama a bloques de las funciones de una fresadora CNC………… 17 
Figura 2.8 Posicionamiento absoluto…..………………………………………….….. 18 
Figura 2.9 Posición de los ejes en una fresadora CNC.…………………………….. 19 
Figura 2.10 Esquema de la conexión de un eje lineal………………………………. 19 
Figura 2.11 Esquema de cómo sería un sistema con control de lazo cerrado.….. 20 
Figura 2.12 Funcionamiento de un encoder…………………………………………. 20 
Figura 2.13 Esquema de control de lazo abierto …………………………..………… 21 
Figura 3.1 Esquema de vibración y deformación de un sistema GPM.…………….24 
Figura 3.2 Maquina CNC usando un sistema GPM ………………………………… 25 
Figura 3.3 Esquema de vibración y deformación de un sistema WTM…………….26 
Figura 3.4 Fresadora CNC con sistema WTM en eje X y Y.…………………….…..27 
Figura 3.5 Fresadora CNC con sistema WTM en eje Y solamente……..…..…….. 27 
Figura 3.6 Sistema de piñón con cremallera……….……………………….……….. 28 
Figura 3.7 Sistema piñón con cremallera montado en una maquina CNC….……. 28 
Figura 3.8 Esquema de un husillo con tuerca…………………….…………………. 29 
Figura 3.9 Husillo con tuerca montado en dos ejes X y Z……………………..…… 29 
Figura 3.10 Ejemplo de variedad de husillos en la industria………………..……… 30 
Figura 3.11 Sistema de balines en un husillo de bolas………..…………………….. 31 
Figura 3.12 Variedad de husillo de bolas………..……………………………………. 32 
Figura 3.13 Factores de selección que recomienda el fabricante Thompson…….. 33 
Figura 3.14 Tornillo seleccionado para el eje Y ……………………………………… 34 
Figura 3.15 Tornillo rm1605 seleccionado para eje X y Z ……………………..……34 
Figura 3.16 Guías lineales series SBR ……………………………..………….…….. 35 
Figura 3.17 Esquema interno de un motor a pasos ………………………………… 36 
Figura 3.18 Secuencia básica para un motor a pasos………..……….………….…. 37 
Figura 3.19 Motor Wantai 57BYGH115-003…………….…………………………… 38 
Figura 3.20 Máquina CNC usando una banda dentada para mover el tornillo...… 39 
Figura 3.21 Motor para husillo de CA ………………………................…………….. 41 
Figura 3.22 Motor fresador seleccionado ……………………………….…………… 42 
Figura 3.23 Tarjeta de control de fresadora marca Fanuc …………………………. 44 
Figura 3.24 Tarjeta compatible con software CAM más sencilla en el mercado…. 45 
Figura 3.25 Tarjeta seleccionada con controlador tb6560 …………………………. 46 
Figura 3.26 Fuente de poder seleccionada …………….………….………………… 47 
V 
 
Figura 3.27 Renderizado sin detalles del diseño mecánico…….……….…………. 49 
Figura 3.28 Renderizado de un solo eje………………….………………………..… 49 
Figura 3.29 Renderizado a detalle del eje Z ……………………………………….... 50 
Figura 3.30 Renderizado placa soporte de eje Z …………………………………… 50 
Figura 3.31 Placa de movimiento de eje Z…………………………….……………... 51 
Figura 3.32 Placa soporte con 2 guías lineales montadas ………………………… 51 
Figura 3.33 Placa de movimiento con 4 chumacerasmontadas………….…….…..52 
Figura 3.34 Renderizado del montaje completado…………………………..……… 52 
Figura 3.35 Renderizado de eje Z montado sobre eje X ………………..…………. 53 
Figura 3.36 Motor de fresado montado en el eje Z …………………………………. 53 
Figura 3.37 Rendizado final 1………………………………………………………….. 54 
Figura 3.38 Renderizado final 2…………………………………………………….…. 54 
Figura 4.1 Cálculos para trabajos de fresado …………………………………………55 
Figura 4.2 Tabla de relación de RPM y velocidad de corte……………..…………...56 
Figura 4.3 Avances de diferentes tipos de fresas…………………………………….57 
Figura 4.4 Esfuerzo de corte ……………………………………………………………58 
Figura 4.5 El esfuerzo de corte en fresado …………………………………………...59 
Figura 4.6 Los ejes en una maquina CNC …………………………………………….60 
Figura 4.7 Representación de tornillo de bolas…………………………………….…61 
Figura 4.8 Esfuerzo máximo y mínimo …………………………………………….…..62 
Figura 4.9 Método de Soderberg……………………………………………………….63 
Figura 4.10 Análisis esfuerzo para Su 55%.............................................................68 
Figura 4.11 Análisis esfuerzo para Su 80%.............................................................68 
Figura 4.12Tornillo de ensamble………………………………………………………..69 
Figura 5.1 Casa de materiales Díaz ……………………………………….…….…… 72 
Figura 5.2 Catalogo placa de aluminio ……………………………………..………... 73 
Figura 5.3 Marcado en placa aluminio …………………………………………..…… 74 
Figura 5.4 Corte con esmeriladora burdo ………………………………….…………. 75 
Figura 5.5 Fresadora universal usada en la construcción …………………………. 76 
Figura 5.6 Taladro de banco usado en la construcción …………………….……… 77 
Figura 5.7 Machuelo semiconico……………………….……………………………... 77 
Figura 5.8 Tablas de perforación y roscado recomendadas …………………….… 78 
Figura 5.9 Corte de tornillo con esmeriladora ………………………………..……… 79 
Figura 5.10 Chumacera hecha con cold roll …………………………………………..79 
Figura 5.11 Kit completo de ensamble de tornillo …………………………………… 79 
Figura 5.12 Eje Z montado por completo … …………………………………….…… 80 
Figura 5.13 Marcado en placa para montado ………………………………………... 81 
Figura 6.1 Sistema de enfriamiento automático………….………………………….. 82 
Figura 6.2 Motor a pasos con encoder…..…………………………………………… 82 
Figura 6.3 Un sistema con pórtico movible……………………………..……………. 83 
Figura 6.4 Sistema de mesa movible embonado un eje sobre otro……………...… 83 
Figura 6.5 Reutilización mesa de trabajo para proyecto alternativo…………….….84 
 
 
 
 
 
VI 
 
 Resumen: 
 
Actualmente México se encuentra en desventaja competitiva y de eficiencia 
respecto a sus competidores en Estados Unidos, Europa y principalmente Asia. En 
México las PYME1 mexicanas así como los sectores públicos como universidades 
necesitan instalaciones lo más equipadas posibles para aumentar el crecimiento 
económico del país. En los últimos 50 años México perdió hasta un 55% en materia 
de competitividad respecto a sus competidores en Asia, con esta pérdida de 
competitividad de 1955 a 2005 se pudieron haber producido hasta 15 millones de 
empleos, estos significa que prácticamente todos los migrantes en Estados Unidos 
pudieron haber tenido empleo en este país. 
 
Este trabajo presenta el diseño y construcción de un prototipo de una máquina 
fresadora con control CNC2 para el fresado, desbastado y perforado de materiales 
plásticos, acrílicos, maderas y aluminio. Logrado mediante el uso de dispositivos 
mecánicos, electrónicos, y la aplicación de técnicas e instrumentos de control. Este 
prototipo servirá para acercar el maquinado de tipo computarizado a las PYMES 
Mexicanas así como instituciones de educación pública al precio más accesible 
posible, aumentando la competitividad de estas en comparación a otras regiones 
del mundo. 
 
ABSTRACT: 
Currently Mexico is competitive and efficiency disadvantage compared to its 
competitors in the US, Europe and especially Asia. In Mexico the Mexican small 
Business and public sectors as universities need facilities equipped as possible to 
increase economic growth. In the last 50 years Mexico lost up to 55% in 
competitiveness over its competitors in Asia, with this loss of competitiveness in 
1955-2005 was able to produce up to 15 million jobs, this means that virtually all 
migrants in United States may have been employed in this country. 
 
This paper presents the design and construction of a prototype of a CNC milling 
machine for milling, grinding and drilling plastics, acrylics, wood and aluminum. 
Achieved by using mechanical, electronic devices, and application of techniques and 
instruments of control. This prototype will serve to bring the computerized machining 
type to Mexican SMEs and public education institutions to be more affordable, 
increasing the competitiveness of these compared to other regions of the world 
 
Palabras clave: Máquina, maquinado, fresado, desbastado, perforado, CNC, 
control computarizado. 
 
 
 
1 Pequeña y mediana empresa 
2 Computerized Numerical Control – Control Numérico por Computadora 
VII 
 
Objetivo General 
 
Diseñar y construir el prototipo de una máquina de fresado de control CNC tipo 
cartesiano para el fresado de materiales plásticos , madera y aluminio , con un área 
de trabajo de 20 x 15 cm , mediante el uso de dispositivos mecánicos, electrónicos 
y la aplicación de técnicas e instrumentos de control. 
 
Objetivos Particulares 
 
1.- Analizar y diseñar los elementos mecánicos para el prototipo. 
2.- Validar los elementos mecánicos mediante un software de análisis de elemento 
finito. 
3.- Elaborar los planos de fabricación y ensamble de los elementos mecánicos 
mediante la ayuda de un software CAD3. 
4.- Seleccionar adecuadamente sensores, controladores y actuadores. 
5.- Fabricar los elementos mecánicos a utilizar para el prototipo. 
6.- Ensamblar los elementos mecánicos del prototipo. 
7.- Investigar y hacer uso de estándares de comunicación en la interfaz con la PC 
que nos asistirá para el control de nuestro prototipo 
8.- Diseñar y elaborar los circuitos de controles electrónicos necesarios para el 
funcionamiento adecuado de las partes mecánicas así como la comunicación con 
la PC del prototipo. 
9.- Investigación y aprendizaje de software de diseño CNC 
10.- Realizar pruebas y ajustes necesarios al prototipo. 
 
 
 
 
 
 
3 Computer aided design - Diseño asistido por computadora 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 
 
 Capítulo 1: Introducción a las máquinas 
de control CNC 
Este capitulo tiene como finalidad el introducir al lector sobre las generalidades que 
componen una fresadora de control CNC, explica los fundamentos que se necesitan 
comprender para tener una visión general del problema que se busca resolver con 
el desarrollo del prototipo. 
En capítulos posteriores abordaremos las técnicas que usaremos para resolver el 
problema; la administración que nos ayudara a programar las tareas y conseguir 
con éxito terminar el proyecto en el tiempo solicitado , las técnicas de selección y 
diseño , la validación técnica que confirmara el diseño , la construcción y finalmente 
las conclusiones del proyecto. 
 1.1 La importancia del uso de máquinas de control CNC en pequeñas empresas e 
instituciones de educación publica 
 
La globalización industrial actual en la que vivimos tanto la industria privada como 
las instituciones públicas es muy competitiva, se requiere de adquirir equipo y 
maquinaria moderna para aumentar su productividad. 
 
La productividad es la relación entre la producción obtenida por un sistema productivo y los 
recursos utilizados para obtener dicha producción. También puede ser definida como la relación 
entre los resultados y el tiempo utilizado para obtenerlos 1 
 
Se sabe que en las últimas décadas México ha perdido cada vez más terreno en 
términos de productividad respecto a otros países, está perdida tiene como 
consecuencia pérdidas económicas en PIB nacionaly generación empleos. 
 
La falta de cambios que fortalecieran la competitividad del país provocó que México perdiera en 
los últimos 50 años más de 30% de productividad frente a Estados Unidos (…)esta caída en la 
productividad le impidió al país generar casi 15 millones de empleos adicionales, con lo que 
prácticamente todos los emigrantes mexicanos hubieran tenido oportunidades de trabajo en 
territorio mexicano. (…)Las regiones que avanzaron en materia de productividad en los últimos 50 
años fueron Europa y sobre todo Asia (…)lo que significa que México retrocedió alrededor de 
55% frente a Asia en el lapso de referencia8 2 
 
En México actualmente las instituciones de educación públicas como las 
universidades se encuentran en desventaja competitiva respectos a otros países y 
de otras regiones del mundo por falta de inversión. 
 
 
1 http://www.elblogsalmon.com/conceptos-de-economia/que-es-la-productividad. 
2 México , rezagado en productividad” Noticias CNN en español autor: Eduardo Valle , Fecha: 17/ago./2010 
2 
 
Fortalecer en América Latina las instituciones de educación superior, especialmente las públicas, 
es un factor clave para aumentar la competitividad internacional de su estructura productiva y 
acceder a un nivel de alta expansión económica de largo plazo3 
 
La realización de este proyecto está motivado por los problemas actuales de 
productividad que se presenta en México. Las empresas privadas e instituciones 
públicas como universidades tienen la necesidad de contar con maquinaria actual a 
los precios más asequibles posibles y catapultar el crecimiento económico del país. 
En la actualidad la mayoría de talleres de maquinado de pequeño y mediano tamaño 
usan procesos de manufactura casi en su totalidad manual, el desarrollo de 
procedimientos automatizados son de gran ayuda para aumentar la productividad 
de estas empresas. 
 
Los procedimientos manuales de fabricación tiene como consecuencia el 
desperdicio de mano de obra valiosa que puede ser aprovechada de una mejor 
manera en otros procedimientos , los procedimientos automáticos aceleran el 
tiempo de fabricación de una pieza así como un menor desperdicio de materiales 
en su maquinación. 
 
En la actualidad las instituciones de educación pública en México atraviesan 
problemas de presupuesto, esta situación en el entorno de globalización ha causado 
una desestimación referente a otros países, es importante darle oportunidad a 
planes alternativos para dotar a estas instituciones de instalaciones lo más 
completas posibles , maximizando el aprendizaje de estudiantes de ingeniería con 
máquinas CNC de bajo costo , el propósito en este sentido será que más alumnos 
puedan usar un equipo al mismo tiempo, maquinando varias piezas de forma 
simultánea. 
 
En el uso de máquinas de control CNC el área de trabajo va del 5% a 20% en 
promedio por lo que es viable pensar que el área de trabajo de 200 x 150 x 900 mm 
es más que suficientes para maquinar la mayoría de las piezas que se requieren. 
 
Un prototipo que auxilie a este tipo de empresas emergentes, aumentando su 
productividad , así como equipar instalaciones del IPN a un precio razonablemente 
bajo, en comparación con otras máquinas CNC del mismo tipo aumentara la 
actividad económica del país. 
 
El proceso de fresado y taladrado de materiales de baja y mediana dureza es 
ampliamente usado en la industria actual, como lo son; la maquinación y perforación 
de piezas mecánicas en plásticos como metacrilato, acrílicos, plexiglás, nylon, 
HDPE4, LDPE5, aluminio, madera, etc. 
 
 
3 http://ries.universia.net/index.php/ries/article/viewArticle/34/archivos Autor: Pablo Ruiz-Nápoles 
4 HDPE Polietileno de alta densidad 
5 LDPE Polietileno de baja densidad 
http://ries.universia.net/index.php/ries/article/viewArticle/34/archivos
3 
 
Para la maquinación de estos materiales es necesario varios procesos, en este caso 
es necesario el uso auxiliar de una PC para el diseño CNC de nuestra pieza, en la 
industria encontramos un estándar de programación que es nombrado código G 6 y 
código M7, este controla el modo en que la máquina realiza un trazado, también es 
muy importante el diseño mecánico preciso en movimientos para que tengamos una 
maquinación con acabados sin imperfecciones. 
 
El control electrónico de motores y sensores se realiza con una tarjeta de interface 
con la PC, esta tarjeta recibe la información de un programa en la PC y lo transforma 
en señales de control para los motores a pasos, estas tarjetas ya se encuentran 
diseñadas para fresadora CNC de propósito general, se pueden encontrar en el 
mercado tarjetas de diferentes precios y características, algunas de estas tarjetas 
están listas para trabajar con programas estándar del ramo como Mach38 o Emc29. 
 
Los materiales a fresar tiene diferentes durezas, no es lo mismo fresar un plástico 
blando en comparación de un metal como el aluminio que tiene una dureza más 
alta, es necesario que el diseño de nuestro prototipo sea confiable y que no presente 
fallas al enfrentarse a diferentes durezas en los materiales a maquinar. 
 
La puesta a punto de estos prototipos requiere de muchos componentes , algunos 
de los cuales se encuentran, actualmente, parcialmente desarrollados y 
estandarizados en la industria, ya que tanto el código M como Código G es un 
estándar para la recepción de datos en nuestra tarjeta controladora , actualmente el 
software de diseño CNC tiene capacidad adaptable para diferentes áreas de trabajo 
así como diferentes tipos de fresas, es por eso que el prototipo se desarrollara con 
el fin de seguir estos estándares, la capacidad de trabajar con estos estándares 
aumenta su capacidad de adaptabilidad y actualización, además de la capacidad de 
terminar el prototipo en el tiempo previsto. 
 
Este proyecto brinda la oportunidad de colaborar al aumento de productividad en 
México usando los conocimientos adquiridos en la carrera de ingeniería 
Mecatrónica. 
 
 
 
 
1.2 Conceptos básicos: fresa, fresado y fresadora. 
 
El fresado es un tipo de maquinado que lleva acabo una máquina llamada fresadora, 
la fresa es la herramienta que está en contacto con el material, a continuación se 
explica algunos de los conceptos básicos acerca de esta operación. [6] 
 
6 Lenguaje programación de bajo nivel , de tipo vectorial , G se refiere a instrucciones Generales 
7 Lenguaje programación de bajo nivel , de tipo vectorial , M se refiere a instrucciones Miscelaneas 
8 Software CAM – manufactura asistida por computadora 
9 Software CAM – de libre distribución 
4 
 
El fresado consiste principalmente en el corte del material que se mecaniza con una 
herramienta rotativa de varios filos, que se llaman dientes, labios o plaquitas de 
metal duro, que ejecuta movimientos en casi cualquier dirección de los tres ejes 
posibles en los que se puede desplazar la mesa donde va fijada la pieza que se 
mecaniza. [6] 
 
Figura 1.1 Esquema básico del fresado [6] 
 
En la figura 1.1 podemos observar un esquema muy sencillo acerca de las fuerzas 
que intervienen en el fresado, lo que se representa por un círculo es la fresa, que 
es la herramienta que está en contacto directo con el material. 
 
Las herramientas de corte más utilizadas en una fresadora se denominan fresas, 
las fresas son herramientas de corte de forma, material y dimensiones muy variados 
de acuerdo con el tipo de fresado que se quiera realizar. Una fresa está determinada 
por su diámetro, su forma, material constituyente, número de labios o dientes que 
tenga y el sistema de sujeción a la máquina.10 
 
10 desconocido. (desconocido). fresadora. 2010, de libre distribución Sitio web: 
www.wikipedia.com 
http://es.wikipedia.org/wiki/Fresa_(herramienta)
5 
 
 
Figura 1.2 Varios tipos defresas [7] 
En la figura 1.2 podemos observar algunos tipos de fresas que se encuentran en 
el mercado. 
Una fresadora es una máquina herramienta utilizada para realizar mecanizados por 
arranque de viruta mediante el movimiento de una herramienta rotativa de varios 
filos de corte denominada fresa. Mediante el fresado es posible mecanizar los más 
diversos materiales, como madera, acero, fundición de hierro, metales no férricos y 
materiales sintéticos, superficies planas o curvas, de entalladura, de ranuras, de 
dentado, etc. Además las piezas fresadas pueden ser desbastadas o afinadas. En 
las fresadoras tradicionales, la pieza se desplaza acercando las zonas a mecanizar 
a la herramienta, permitiendo obtener formas diversas, desde superficies planas a 
otras más complejas. [6] 
Con el uso creciente de las fresadoras de control numérico están aumentando las 
operaciones de fresado que se pueden realizar con este tipo de máquinas, siendo 
así que el fresado se ha convertido en un método polivalente de mecanizado. El 
desarrollo de las herramientas ha contribuido también a crear nuevas posibilidades 
de fresado además de incrementar de forma considerable la productividad, la 
calidad y exactitud de las operaciones realizadas11 
 
 
 
11 desconocido. (desconocido). fresadora. 2010, de libre distribucion Sitio web: 
www.wikipedia.com 
http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_herramienta
http://es.wikipedia.org/wiki/Viruta
http://es.wikipedia.org/wiki/Fresadora#Herramientas
http://es.wikipedia.org/wiki/Madera
http://es.wikipedia.org/wiki/Acero
http://es.wikipedia.org/wiki/Hierro
http://es.wikipedia.org/wiki/Metal
http://es.wikipedia.org/wiki/Mecanizado
6 
 
1.3 Evolución de la fresadora 
 
A continuación en la figura 1.3 se muestra la evolución de la fresadora, desde su invención hasta 
el comienzo del uso del control numérico en esta maquina. 
 
 
 
Figura 1.3 - Evolución de la fresadora hasta llegar a CNC [7] 
1.4 La introducción del control numérico a la fresadora 
 
De manera muy breve en la tabla 1.1 se muestra por fecha los avances en la fresadora en cuanto a 
algún tipo de control numérico y/o algún tipo de avance en la producción automatizada 
TABLA 1.1 Evolución de la fresadora en control numérico por fechas 
 
(1725) 
Máquinas de tejer construidas en Inglaterra, controladas por 
tarjetas perforadas. 
(1863) M. Forneaux. Primer piano que toco automáticamente. 
(1870-
1890) 
Eli Whitney. Desarrollo de plantillas y dispositivos. “Sistema 
norteamericano de manufactura de partes intercambiables”. 
7 
 
(1880) 
Introducción de una variedad de herramientas para el 
maquinado de metales. Comienzo del énfasis en la producción a 
gran escala. 
(1940) 
Comienzo de la investigación y desarrollo del control numérico. 
Comienzo de los experimentos de producción a gran escala con 
control numérico. 
(1955) 
Las herramientas automatizadas comenzaron a aparecer en las 
plantas de producción para la Fuerza Aérea de los Estados 
Unidos. 
(1956) 
Hay concentración en la investigación y desarrollo del control 
numérico. 
(1960) 
Hasta la 
actualidad: 
 Se crean varios nuevos sistemas de control numérico. 
 Se perfeccionaron las aplicaciones a la producción de 
una gama más grande de procedimientos de maquinado 
de metales. 
 Se idearon aplicaciones a otras actividades diferentes del 
maquinado de metales. 
 Se utilizaron insumos computarizados de control 
numérico. 
 Se utilizaron documentos computarizados de planeación 
gráficos por control numérico. 
 Se desarrollaron procedimientos computarizados de trazo 
de curvas de nivel por control numérico, a bajo costo. 
 Se establecieron centros de maquinado para utilización 
general. 
 
 
8 
 
1.6 Características del control CNC actual 
Un sistema de control numérico tiene tres 
componentes básicos : 1) un programa de partes 2) 
una unidad de control de máquina 3) el equipo de 
procesamiento. El programa de partes (tecnología 
máquina herramienta ) es el conjunto detallado de 
comandos que va a seguir el equipo de 
procesamiento. Cada comando especifica una 
posición movimiento que realizara el cabezal de 
sujeción en relación con el objeto procesado, una 
posición se define mediante sus coordenadas x y z 
, en las aplicaciones de máquina herramienta los 
detalles adicionales en el programa de control 
numerico incluye la velocidad de rotación del eje , la dirección del eje , la velocidad 
de alimentación , las instrucciones de cambio de herramienta y otros comandos . 
En el pasado los comandos de los programas se codificaron en cinta de papel 
perforada usando un formato estándar, 
actualmente estos datos son almacenados en 
programas de partes de NC desde una 
computadora central. En la figura 1.4 se observa 
una fresadora CNC de diseño actual. 
En la tecnología actual la unidad MCU12 
(machine control unit), es una microcomputadora 
que almacena el programa y los ejecuta, la MCU 
está constituida por el hardware13 y software14, La 
MCU también puede incluir un lector de discos 
magnéticos, El software está formado por el 
software de control de sistema, los algoritmos de cálculo y el software de traducción. 
En la figura 1.5 se observa la pantalla de la MCU de una fresadora actual. 
El software de la UCM también incluye algoritmos de interpolación con el fin de que 
los movimientos del cortador sean fluidos, La MCU también permite editar el 
programa de partes en caso de que contenga errores o se requieran cambiar, 
debido a que la MCU es una computadora se usa en termino CNC 15 para distinguir 
este tipo de control respecto a los que lo precedieron. 
Para especificar las posiciones en el control numérico se usa un sistema de ejes de 
coordenadas estándar, el sistema consiste en los tres ejes lineales (x,y,z) del 
sistema de coordenadas cartesianas , además de tres ejes rotatorios (a,b,c) , los 
 
12 MCU – Machine Control Unit 
13 Hardware – se refiere a los componentes físicos que componente el dispositivo 
14 Software - se refiere a a la programación electrónica del dispositivo 
15 CNC – Control Numerico por Computadora 
Figura 1.5 – MCU de una fresadora 
actual [7] 
Figura 1.4 - Fresadora CNC 
actual [7] 
9 
 
ejes rotatorios se usan para que la parte de trabajo gire y presente diferentes 
superficies durante el maquinado o para orientar la herramienta o cabezal de 
sujeción. Casi todos los sistemas de control numérico no requieren que funcionen 
los 6 ejes, los sistemas más sencillos son los graficadores, las máquinas para 
procesar laminas metálicas planas, este tipo de máquinas trabajar únicamente con 
los planos x-y. En contraste algunas máquinas herramientas tienen el control de 5 
ejes para dar forma a geometrías de partes de trabajo complejos, este tipo de 
máquina usan 3 ejes lineales y 2 rotatorios. 
 
1.7 Estado del arte 
 
En el mercado a nivel nacional e internacional existen diversas máquinas fresadoras 
CNC , estas máquinas las podemos encontrar en gran variedades de categorías y 
costos; las semi-profesionales pueden costar unos pocos miles de dólares, las de 
rango profesional pueden llegar a costar hasta millones de dolares por el grado de 
especialización y precisión que pueden tener. 
La topología mecánica de la fresadora CNC depende del propósito que esta tenga, 
una topología mecánica puede ser seleccionable para más de un tipo de propósito 
específico, la dureza y dimensiones de los materiales a fresar son las que 
determinaran normalmente la topología del diseño. 
Algunas fresadoras CNC pueden incluir sistemas secundarios que pueden mejorar 
y brindar nuevas características a su diseño, algunos de estos son: control de 
velocidad de fresado por software y /o control digital, control de posición con 
retroalimentación, enfriamiento de herramienta automático y/ manual,cambio 
automático de herramienta, mas grados de libertad en la posición del actuador 
fresador, etc. Las tablas 1.2 y 1.3 muestra una relación de algunas fresadoras CNC 
en el mercado, sus características y costos. 
Tabla1.2 Características de máquinas industriales existentes 
Características Máquina 
FERMAT WRFT 130 
La FERMAT WRFT130 tiene grado profesional , 
tiene una área de trabajo de hasta 6100 x 3900 
x 3100 mm , el husillo principal soporta fresas 
de hasta 130 mm de diámetro y una potencia 
de motor de 37 k W de potencia, capaz de 
fresar acero y otros materiales de gran dureza 
[8] 
 
Costo aproximado $ 800 000 M.N. 
10 
 
 
OKUMA MCR-BII 
- La MCR-BII es una fresadora de grado 
profesional con una área de trabajo de 
2000 x 2300 x 800 mm 
Velocidad de husillo de hasta 4000 rpm 
Motor de fresado de 30 kW 
 
 
Costo aproximado $ 1200 000 M.N. 
 
Tabla1.3 Características de máquinas existentes similares semiprofesionales 
Características Máquina 
BORSH 3020P 
Tiene una are de trabajo máxima de 300 x 
200 x 100 mm en sus ejes 
Control de velocidad de husillo 
Potencia de motor de 0.8 kw 
Compatible con match3 
Velocidad de husillo de hasta 3000 rpm 
 
 
Costo aproximado $30 000 M.N. 
SHERLINE 20000 
 
Fresadora CNC de grado semi-profesional, 
capaz de trabajar en una área máxima de 210 
x 170 x 130 mm en sus ejes X, Y, Z 
respectivamente. 
Trabaja con software de libre distribución 
EMC2, tiene un control de velocidad de 70 a 
2800 rpm. 
Soporta expansión de 1 eje rotacional. 
El paquete incluye una PC cargada con 
software listo para trabajo. 
Varios accesorios opcionales. [9] 
 
 
Costo aproximado $ 27 000 M.N. 
11 
 
ALT FX II 
 
Es un Máquina diseñada para funcionar hasta 
12 horas sin interrupción 
 
 Para maquinar Aluminio , Acrílico , MDF y 
Madera de trabajo 
- Adaptador para brocas de ½ , ¼ y 1/8 
pulgadas 
- Velocidad de avance de 150 mm / máximo 
 
Costo aproximado $ 35 000 M.N. 
 
Un proyecto de UPIITA que sirve como referencia es “fresadora CNC para 
fabricación de prototipos PCB16”, un proyecto que utiliza los mismos principios en 
su diseño, la fresadora CNC está diseñada solo para fabricar prototipos PCB, sus 
áreas de trabajo son más pequeñas sobretodo en su eje Z, esto debido a las 
dimensiones y grueso de una tabla fenólica. Este proyecto se ve en la figura 1.6. 
 
Este trabajo realizado en 2010 es capaz de roturar PCB, una máquina de tipo 
cartesiano con la cual se puede crear PCB usando el programa EMC2 que es un 
programa que trabaja sobre plataforma Linux (Licencia libre). 
 
 
Figura 1.6 – Prototipo UPIITA 2010 roturador PCB 
 
 
16 PCB – Printed circuit board – tarjeta de circuito impreso para circuitos electrónicos 
12 
 
Capítulo 2: Planteamiento del problema 
A lo largo de las siguientes secciones se abordara el como se decide plantear el 
problema a resolver; la organización necesaria para cumplir el desarrollo del 
proyecto, así el cómo se harán los planteamientos que se consideran necesarios 
previos a desarrollar el diseño. 
 
2.1 Administración del proyecto 
Las técnicas de administración nos apoyan a desarrollar el proyecto, con los 
requerimientos técnicos planteados en los objetivos, pero también es muy 
importante realizarlo en el tiempo pactado, las técnicas que se usaron son las 
siguientes: 
 
La EDT17 ayuda a plantear todas las actividades a realizar así como el tiempo para 
realizar dichas actividades, esta técnica plantea la problemática del tiempo, para 
determinar si se es capaz o no de completar el proyecto, tanto el diseño como la 
construcción. La TRL 18 plantea quien debe de ser el responsable en cada actividad 
planteada en la EDT. 
 
 
 
Figura 2.1 EDT primera parte 
 
17 EDT – Estructura de división del trabajo 
18 TRL – Tabla de responsabilidad lineal 
13 
 
En la figura 2.1 se muestra el archivo de Excel® donde está la primera parte de la EDT y la TRL, para 
simplificarlo lo más posible en la misma hoja de Excel® de Microsoft® se encuentra las actividades, 
su duración, pero también el responsable de cada actividad a realizar, como el equipo de trabajo es 
de una sola persona se simplifica mucho, sin embargo se incluyen actividades con los asesores del 
proyecto, e incluso la presentación del mismo. En las figura 2.2 y 2.3 se muestra la captura de las 
partes restantes de la misma relación. 
 
 
Figura 2.2 Captura EDT segunda parte 
 
Figura 2.3 Captura de EDT tercera parte 
14 
 
La red de actividades (ver figura 2.4) es una representación gráfica de las 
actividades a realizar, los tiempos en los que se deben de terminar cada una, cual 
debe de ir antes o después de cada actividad. 
 
Figura 2.4 Red de actividades primera parte 
15 
 
En la figura 2.4 y 2.5 se muestran la red de actividades propuesta. 
 
Figura 2.5 red de actividades ultima parte 
16 
 
El diagrama de Gannt es otra técnica de administración, se plantean las actividades con un esquema 
de duración de actividades, su principal ventaja es que muestra la ruta crítica, es decir las actividades 
donde se tiene menos tiempo para realizar, las que tiene prioridad sobre otras, las figuras 2.6 es 
una captura de solo algunas etapas del diagrama de Gannt , ya que es muy largo. 
 
 
 
Figura 2.6 Captura de diagrama de Gannt hecho con Microsoft project® 
17 
 
2.2 Descripción de los sistemas que componen el diseño 
 
La fabricación automatizada tiene muchas ventajas; permite usar mano de obra 
mínima para su operación, repetitividad, control de calidad más alto, incremento de 
la productividad, reducción de tiempo, eficiencia, entre otras, sin sacrificar la 
fiabilidad y calidad, la principal desventaja es el costo de adquisición. 
Se diseñara una fresadora CNC19 que satisfaga sus necesidades de producción, 
pero que también sea lo suficientemente flexible para que sea actualizable y 
adaptable para otras necesidades, como lo son el expandir su mesa de trabajo o el 
agregar más ejes de maquinación y el poder fabricar piezas más complejas 
En la industria de maquinación es muy importante trabajar bajo estándares que nos 
garanticen una capacitación lo más sencillo posible , para eso es primordial que la 
fresadora CNC que diseñaremos sea 100% compatible con software CAM20 de 
diseño CNC, esto nos garantiza el auxilio de una herramienta tan popular y flexible 
como lo es una PC hoy en día. [3] 
El diseño debe comprender las siguientes etapas: 
a) Diseño de la pieza por software. 
b) Exportación a Código G. 
c) Comunicación con la interfaz. 
d) Sensores y actuadores del sistema así como alimentación eléctrica. 
e) Herramienta de fresado. 
f) Ejecución comandos directrices de los ejes X-Y-Z. 
g) Pieza terminada. 
El diagrama a bloques de las funciones básicas se encuentra en la figura 2.7. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
19 CNC – Computarized numeric control – Control numérico por computadora 
20 CAM – Manufactura asistida por computadora 
Figura 2.7 Diagrama a bloques de las funciones de una fresadora CNC [3] 
18 
 
El prototipo de fresadora de CNC que se diseña necesita sistemas de precisión que 
nos sirvan de guía para el trazado de figuras en el maquinado, desde las más 
sencillas hasta superficies complejas en tres dimensiones, para esto es necesario 
usar sistemas auxiliares que garanticen que nuestro prototipo seguirá las 
instrucciones dadas por el programa de diseño. 
2.2.1 Tipos de desplazamientos 
 
Los sistemas de control usados en CNC son dos. De punto a punto y de trayectoria 
continúa: 
a) Los sistemas de punto a punto o también llamados sistemas de 
posicionamiento mueven el cabezal de sujeción a una posición programada 
sin considerar la trayectoria que toman. [4] Se muestra en la figura 2.8. 
 
b) Los sistemas detrayectoria continua proporcionan un 
dominio continuo y simultaneo de más de un eje, por lo 
que controlan la trayectoria que sigue la herramienta 
en relación con la parte, esto permite que la 
herramienta ejecute el proceso mientras se mueven los 
ejes y habilita el sistema para generar superficies 
angulares, curvas en 2 dimensiones o contornos en 
tres dimensiones. [4] 
Otro aspecto de control de movimiento se refiere a las posiciones en el sistema de 
coordenadas, las cuales se definen de forma absoluta o incremental .En el 
posicionamiento absoluto las posiciones de las cabeza de trabajo siempre se 
definen respecto al origen del sistema de coordenadas. En el posicionamiento 
incremental la siguiente disposición del cabezal de sujeción se define de acuerdo a 
la posición actual. [4] 
2.2.2 Sistema de control de posición 
 
Para especificar las posiciones en el control numérico se usa un sistema de ejes de 
coordenadas estándar, el sistema consiste en los tres ejes lineales (x,y,z) del 
sistema de coordenadas cartesianas , además de tres ejes rotatorios (a,b,c), los 
ejes rotatorios se usan para que la parte de trabajo gire y presente diferentes 
superficies durante el maquinado o para orientar la herramienta o cabezal de 
sujeción. Casi todos los sistemas de NC no requieren que funcionen los 6 ejes, los 
sistemas más sencillos son los graficadores, las máquinas para procesar laminas 
metálicas planas, este tipo de máquinas trabajan únicamente con los planos x-y. En 
contraste algunas máquinas herramientas tienen el control de 5 ejes para dar forma 
a geometrías de partes de trabajo complejos, este tipo de máquina usan 3 ejes 
Figura 2.8 Posicionamiento 
absoluto[4] 
19 
 
lineales y 2 rotatorios, sin embargo en este caso en particular la máquina usara 3 
ejes lineales. A continuación en la figura 2.9 se muestra la posición de los tres ejes 
lineales. [4] 
 
 
Figura 2.9 Posición de los ejes en una fresadora CNC [4] 
El motor lograra el movimiento lineal en los ejes, a continuación un ejemplo en 
donde el motor es conectado usando un cople, el movimiento rotacional en el tornillo 
provoca uno lineal en la tuerca, que a su vez está conectada a una placa, esta placa 
se conecta a la mesa de trabajo o bien a otro eje embonado, este ejemplo se 
muestra en la figura 2.10. [4] 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.2.3 Control de precisión 
 
Este sistema debe de ser capaz de proveer a la máquina de la precisión en los 
movimientos de los ejes, estos movimientos se traducen en el correcto fresado de 
los materiales, este puede ser por un sistema de control de lazo cerrado o bien por 
Figura 2.10 Esquema de la conexión de un eje lineal [4] 
20 
 
un sistema de control de lazo abierto. La diferencia es que un sistema de ciclo 
abierto opera sin verificar la posición adecuada del movimiento, en cambio un 
sistema de ciclo cerrado usa una retroalimentación que verifica la posición precisa. 
[4] 
El sistema de control de lazo cerrado este es usado más ampliamente en sistemas 
industriales y que manejan materiales de alta resistencia. Los sistemas de lazo 
abierto son usados solo en los maquinados que trabajan con materiales muy 
blandos y en donde el material no presenta alta resistencia alguna al maquinado. 
[4] 
 
 
Los sistemas de lazo cerrado usan motores y mediciones de retroalimentación para 
asegurar que se tiene la posición deseada, esto se puede apreciar en la figura 2.11. 
En los sistema de lazo cerrado un sensor provee la retroalimentación en estos 
casos es un codificador óptico (encoder), que consiste en una fuente de luz, un foto 
detector y un disco que contiene una serie de ranuras atreves de las cuales se 
destella la luz para que el foto detector mande un pulso, no siempre es un encoder 
, hay resolucionadores que también proveen esta función con más precisión aun. 
[4] 
 
Figura 2.12 Funcionamiento de un encoder. [4] 
Figura 2.11 Esquema de cómo sería un sistema con control de lazo cerrado [4] 
21 
 
 
Conforme gira el eje las ranuras provocan que la fotocelda capte la fuente de luz 
como una serie de destellos, los cuales se convierten en pulsos por los cuales se 
calcula la frecuencia que determina la posición y velocidad de la mesa de trabajo, 
esto se muestra en la figura 2.12. La serie de pulsos que genera el codificador se 
compara con la posición de coordenadas, la unidad de control de máquina usa la 
diferencia para conducir el motor. [4] 
 
Es muy importante aclarar que aunque existe la opción de un sistema de control de 
lazo cerrado este no se usara, se usara un sistema de control de lazo abierto, las 
razones para tomar esta decisión es que en este sistema el material más duro es 
el aluminio, por lo cual no presenta una resistencia muy alta y por esta razón no es 
necesario, otra razón es que el tiempo se reduce, ya que el tiempo de desarrollo del 
prototipo es por un solo integrante, reduciendo así costo y tiempo. [4] 
 
 
Figura 2.13 Esquema de control de lazo abierto [4] 
En la figura 2.13 se muestra el diagrama de control de un sistema de control de 
lazo abierto para un sistema mecatrónico simple. 
 
 
2.2.4 Control electrónico y diseño mecánico 
 
Para el diseño mecánico se diseñara piezas que cumplan con el propósito de 
trasmitir el movimiento hacia el sistema de control, para ello en la siguiente sección 
se propone el diseño de estas piezas, en el diseño a detalle se elaboraran los planos 
de dichas piezas. 
Para el control electrónico se usara una tarjeta de control de formato estándar 
disponible en el mercado hoy en día, ahorrando tiempo y esfuerzo, ya que se usara 
un sistema de control de lazo abierto no se necesita diseñar el control electrónico, 
solo se seleccionara y se implementara, en la secciones posteriores se detallara 
estos procesos. 
 
22 
 
 
Capítulo 3: Propuesta de solución 
Los temas que se abordaran en esta sección son la selección de los componentes 
que se adquieren, así como aquellos que se diseñaran y fabricaran, más adelante 
se detallara todo el procedimiento de cálculos y justificación técnica para asegurar 
el correcto funcionamiento del prototipo. 
Es importante señalar que la correcta selección de materiales, componentes y 
diseño de piezas en el diseño del prototipo es vital, para esto fue necesario invertir 
mucho tiempo en la investigación de todas las áreas necesarias, tiempo que 
también permitió estudiar máquinas similares en el mercado, entender y 
comprender los argumentos técnicos en cada parte que compone una fresadora 
CNC, para poder seleccionar y diseñar los componentes más adecuados que 
cumplan con los requerimientos del prototipo , cometer un error en esta etapa 
tomara mucho tiempo corregirla de forma posterior, los errores pueden causar 
repercusiones económicas, pérdida de tiempo y que la fresadora CNC21 no trabaje 
adecuadamente . 
Los componentes que se adquieren deben de cumplir con las especificaciones de 
nuestro prototipo, ser confiables, trabajar bajo las condiciones de operación 
necesarias. Estos componentes de forma resumida son; motores, tarjeta de control, 
fuente de alimentación, sensores, así como algunos elementos mecánicos que por 
su costo-beneficio es mejor adquirirlos hechos que fabricarlos uno mismo. 
Los componentes que se diseñan y fabrican son elementos mecánicos; como la 
estructura, los ejes, chumaceras, soportes de motor, etc. Estos elementos no basta 
solo ser diseñados en base a la topología mecánica seleccionada, estos deben ser 
diseñados para soportar las cargas de trabajo seleccionadas, situaciones críticas 
de trabajo, capaces de soportar las cargas, esfuerzos y fuerzas involucrados en la 
maquinación de piezas, para esto nos ayudamos de metodologías matemáticas y 
físicas que nos permiten garantizarlo, más adelante se detallaran los cálculos y se 
justificara técnicamente el diseño. 
El diseño correcto garantiza que el prototipo realizara el trabajo de la formaadecuada, bajo las especificaciones requeridas, y en los tiempos necesarios. El 
diseño está compuesto tanto de las piezas que se seleccionan y se adquieren 
hechas, así como de aquellas que se diseñan y fabrican. 
De forma resumida indicaremos cuales son las características técnicas que debe 
de cumplir el prototipo para poder seleccionar y diseñar los componentes que son 
necesarios, dentro de las características más importantes son: 
 
21 CNC – Control numérico por computadora 
23 
 
a) El prototipo debe de tener una área de trabajo de 150 x 200 x 90 mm, en los 
ejes X, Y, y Z respectivamente. 
b) El prototipo debe de ser capaz de maquinar piezas de materiales con dureza 
de hasta aluminio y menores a esta. 
c) El prototipo deberá de ser capaz de comunicarse con la pc usando software 
estándar de este rubro de maquinado como Mach322 y otros. 
d) El prototipo contara con un control de velocidad que sea capaz de controlar 
la velocidad del husillo en rpm. 
e) El prototipo debe de ser controlado por una tarjeta de interface con la PC, la 
tarjeta recibe las instrucciones del programa CAM23 de la PC y manda las 
señales adecuadas a los motores para que estos posicionen el husillo en la 
posición exacta necesaria. 
Para una mejor compresión, este capítulo se dividirá en dos partes, la primera en el 
diseño de selección y la otra sobre el diseño mecánico. 
3.1 diseño de selección 
En esta sección abordaremos todos los temas relacionada a la selección de 
componentes, los componentes que no son diseñados, que son adquiridos, sin 
embargo es muy importante seleccionar los correctos, la correcta selección es vital 
para que el diseño sea el adecuado. 
El diseño de selección perfila los componentes que necesitamos, para después 
diseñar por completo aquellos que diseñaremos por completo, nos dar un perfil 
general de la máquina, y constituye el primera paso como tal en el diseño del 
prototipo. 
3.1.1 Selección topología mecánica 
 
Para la correcta selección de la topología mecánica es necesario comprender el 
recorrido de los ejes y el material a maquinar para tomar la decisión correcta. Las 
opciones disponibles en la topología mecánica de la fresadora CNC son GPM y 
WTM, a continuación explicaremos con más detalle de en qué consisten: 
 
 
A) Los sistemas de pórtico movible (GPM) tiene la ventaja de trabajar en áreas 
más extensas, este tipo de máquinas son recomendadas para materiales 
extensos y de baja dureza, como para rotular plásticos, etc. [9] 
 
 
22 Mach3 – Software de diseño CAM 
23 CAM – Manufactura asistida por computadora 
24 
 
Ventajas de sistema de GPM (de pórtico movible) [9] 
 
- Amplia área de trabajo 
- Se configura a diferentes espacios 
- Para proyectos de largas extensiones y baja precisión 
 
Desventajas de sistema GPM [9] 
 
- No recomendable para materiales duros 
- No recomendable para proyectos de precisión 
 
 
 
Figura 3.1 Esquema de vibración y deformación de un sistema GPM [9] 
 
Como podemos observar en la figura 3.1 entre más largo es el recorrido mayor es 
la deformación, justo a la mitad del recorrido la máquina tiene su peor desempeño 
tanto en vibración como en deformación, este tipo de error no es aceptable en 
maquinación de piezas metálicas, el trabajar con áreas grandes hace complicado 
minimizar dichas imperfecciones, esta situación no es recomendable para el tipo de 
materiales que deseamos trabajar. 
 
25 
 
 
Figura 3.2 Maquina CNC usando un sistema GPM [7] 
 
Como podemos observar en la figura 3.2 el sistema GPM es ideal para usarse en 
áreas de trabajo mucho más grande y en materiales más blandos, un ejemplo de 
esto es este router24 CNC que fresa madera. 
 
 
B) Los sistemas de mesa movible (WTM) tienen más precisión y más fuerza 
para trabajar con materiales más duros, sin embargo no son recomendables 
para materiales extensos. [9] 
 
Ventajas de sistema WTM (de mesa movible) [9] 
 
- Recomendable para proyectos con materiales duros 
- Recomendable para proyecto de alta precisión 
- Bajo ruido en operación 
 
Desventajas de sistema WTM [9] 
 
- Pequeña área de trabajo 
 
 
Los sistemas WTM tienen un área más pequeña de trabajo pero están 
recomendadas para maquinar piezas de metales y de alta resistencia. 
 
 
24 Router o máquina rebajadora es una herramienta usada para desbastar, cortar o ahuecar 
un área del frente de una pieza 
http://es.wikipedia.org/wiki/Herramienta
http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81rea
26 
 
En la figura 3.3 podemos observar que el sistema WTM ofrece una mejor respuesta 
ante la deformación, esto se debe a que las guías lineales ofrecen una fuerza de 
reacción, esta fuerza de reacción disminuye la vibración y deformación, también 
reduce los errores en la maquinación de piezas. 
 
 
 
 
 
Se concluye que el sistema WTM es el indicado sin duda cuando se maquinan 
piezas metálicas y de dimensiones pequeñas, y que el sistema GPM es el indicado 
cuando se trata de materiales más blandos y de dimensiones más grandes. 
 
En este caso es necesario trabajar en una topología WTM, la mesa de trabajo debe 
de estar fabricado con materiales duros y el movimiento de la mesa debe de estar 
alineado para evitar que otros errores se presenten. 
 
Una vez seleccionado el sistema WTM se procede a decidir si uno o dos ejes 
trabajaran en la mesa movible, en la industria podemos observar que hay maquinas 
que usan el sistema WTM en uno o ambos ejes (X y Y). En la figura 3.4 podemos 
observar una fresadora con sistema WTM en ambos ejes. 
 
Figura 3.3 Esquema de vibración y deformación de un sistema WTM [9] 
27 
 
 
Figura 3.4 Fresadora CNC con sistema WTM en eje X y Y [7] 
 
Se ha seleccionado usar el sistema WTM solo en el eje Y, la razón de esta decisión 
es porque este representa la topología mecánica más simple y confiable para el 
tipo de máquina que se diseñara, esta selección garantiza cumplir los objetivos, el 
diseño mecánico más simple contribuye a una fabricación más rápida y costo de 
fabricación más reducido, el eje Y se moverá sobre el pórtico de la máquina, en la 
figura 3.5 podemos observar un ejemplo del tipo de topología seleccionada. 
 
 
Figura 3.5 Fresadora CNC con sistema WTM en eje Y solamente [7] 
 
 
28 
 
3.1.2 Sistema de posicionamiento 
 
La fresadora CNC necesita de un sistema de posicionamiento que traslade en sus 
3 ejes el actuador fresador, esta precisión debe de ser la mayor posible, entre más 
precisión tengan los ejes mayor será la precisión de la pieza maquinada. 
 
Se sabe que el sistema de posicionamiento tiene como fuente de movimiento; un 
motor, en diseño mecánico tenemos varias opciones para convertir un movimiento 
giratorio en uno lineal continuo, las opciones más confiables y ampliamente usadas 
son; sistema de piñón con cremallera y sistema de husillo con tuerca. 
 
La figura 3.6 muestra el sistema piñón con cremallera, normalmente la cremallera 
esta fija en la estructura de la máquina y el piñón está conectado por bandas o 
engranes al motor, el motor determina la posición lineal del sistema. 
 
 
 
Figura 3.6 Sistema de piñón con cremallera [7] 
En la figura 3.7 se muestra un ejemplo de un sistema piñón cremallera montado en 
una maquina CNC. 
 
Figura 3.7 Sistema piñón con cremallera montado en una maquina CNC [7] 
29 
 
El sistema husillo con tuerca permite también la conversión de un movimiento 
rotatorio en lineal, un husillo se define con tornillo pero sin cabeza, cuando el husillo 
gira la tuerca tiene un movimiento lineal, la figura 3.8 muestra un esquema del 
movimiento de un sistema husillo con tuerca. 
 
 
Figura 3.8 Esquema de un mecanismo husillo con tuerca [7] 
En la figura 3.9 se muestra el sistema husillo con tuerca montado en una fresadora 
CNC, como podemos observar el mismo sistema seusa en dos ejes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.9 Husillo con tuerca montado en dos ejes (ejes X y Z) [7] 
30 
 
El sistema de husillo con tuerca es ampliamente usado en diseño mecánico para la 
transformación de un movimiento giratorio a una lineal, en casos en donde las 
dimensiones son relativamente pequeñas, ofrece un sistema simple y confiable. El 
sistema de piñón con cremallera es usado normalmente para distancias más 
grandes, sin embargo la distancia no es el único factor a considerar, otros factores 
se consideran más adelante. 
 
De la misma forma en la industria las fresadoras CNC usualmente usan un piñón 
con cremallera para maquinas con dimensiones amplias y sistema GPM, 
usualmente se usa el sistema de husillo con tuerca para fresadoras CNC con 
dimensiones más pequeñas y sistema WTM, este perfil mecánico nos permite tener 
un criterio de selección , criterio que es reforzado a continuación. 
 
No solo la distancia y el diseño mecánico nos permite tener la mejor selección, otras 
de las grandes ventajas que nos permite el husillo con tuerca en comparación con 
el piñón con cremallera es que tiene mayor precisión, menos vibraciones y 
deformaciones en el movimiento, además que los husillos con tuerca se encuentran 
en gran variedad de paso, diámetros y precisión, que se acopla a nuestro 
presupuesto y necesidad. 
 
Como podemos observar en la figura 3.10 el husillo con tuercas tiene una gran 
variedad y versatilidad en precios, precisión, diámetros, función y paso. 
 
 
Figura 3.10 Ejemplo de variedad de husillos en la industria [7] 
Otra de las ventajas que tiene el sistema de husillo con tuerca respecto a un piñón 
con cremallera es que para una máquina pequeña y nuestro diseño mecánico se 
acopla mejor sistema de husillo con tuerca, que sea más fácil de acuerdo a nuestro 
diseño mecánico también repercute en una fabricación más rápida y menor costo 
de fabricación. 
 
Por ultimo pero no menos importante es el costo, un husillo con tuerca es muy 
accesible de costo para nuestro diseño, como mencionamos estos vienen en una 
31 
 
gran variedad de precisiones, paso y diámetros, nos permite escoger el que más se 
adapta a nuestras necesidades. 
 
En resumen el sistema de husillo con tuerca es la mejor opción por mucho en la 
máquina, por la dimensión, por el amplio uso de fresadoras CNC de este tipo, por 
su precisión, por su mejor respuesta a vibraciones y deformaciones, porque se 
acopla mejor a nuestro diseño mecánico y además porque se acopla mejor al 
presupuesto. 
 
Como se menciona hay diferentes tipos de husillo con tuercas, dentro de los 
diferentes tipos que existen; la mejor opción es el husillo de bolas, este ofrece un 
movimiento preciso, estable, respuesta excelente a deformación y vibraciones. 
 
 
Figura 3.11 Sistema de balines en un husillo de bolas [7] 
 
Como podemos observar en la figura 3.11, el husillo con bolas ofrece una gran 
precisión, buena respuesta a vibraciones y deformaciones, esto se debe a que entre 
el husillo y la tuerca existe un canal de balines, este canal tiene un circuito de 
movimiento continuo, además de pocas perdidas por fricción. 
 
Un eje roscado proporciona un camino de rodadura helicoidal a unos rodamientos 
de bolas que actúan como un tornillo de precisión. Como el movimiento se realiza 
por rotación, no por deslizamiento, el rozamiento es menor, la fricción del conjunto 
es baja. Y como el esfuerzo se reparte entre varias bolas, es capaz de aplicar o 
resistir altas cargas de empuje. Se pueden fabricar con unas tolerancias estrechas 
y por tanto son adecuados para su empleo donde se necesita una alta precisión. El 
conjunto de bolas actúa como la tuerca mientras el eje roscado es el tornillo. En 
contraste con los husillos convencionales, los husillos a bolas tienden a ser bastante 
voluminoso, debido a la necesidad de disponer un espacio en el mecanismo para 
recircular las bolas. [6] 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/Helicoidal
http://es.wikipedia.org/wiki/Rodamiento
http://es.wikipedia.org/wiki/Rodamiento
http://es.wikipedia.org/wiki/Husillo
32 
 
 
Figura 3.12 Variedad de husillo de bolas [7] 
En la figura 3.12 se puede observar un gran surtido de husillo de bolas, diámetros, 
paso, precisión, etc. 
 
Para la selección del husillo de bolas específico los fabricantes realizan manuales 
para ayudar al diseñador a seleccionar al adecuado, fabricantes como Nsk , 
Thompson, Thk, realizan manuales para la selección, los más básicos desde seis 
factores y los más completos hasta decenas de factores a considerar, sin embargo 
todos tienen un defecto; ningún de ellos considera por razones comerciales el costo 
como factor de selección , lo cual es algo en sumo importante. 
Puesto que los fabricantes no toman en cuenta el costo como factor de selección , 
se debe de tomar en cuenta las especificaciones que necesitamos, aquellas que 
sean más importante, como la precisión, paso, longitud, carga, etc., para 
posteriormente cotejarlo con las marcas, modelos disponibles en el mercado, así 
como el presupuesto que se tenga disponible. 
 
Tanto la experiencia de la realización de este proyecto como la investigación 
exhaustiva muestra que no es posible contar con decenas de factores de selección 
en un husillo con bolas, no solo porque no toman en cuenta el presupuesto sino 
porque algunos son tan específicos que no aplican todos los factores a nuestro 
proyecto en efectivo, un ejemplo de ello es un factor que toma en cuenta la reacción 
en cero gravedad para robótica espacial, de tal forma que es la intención informar 
al lector de los aspectos más relevantes en este proyecto. 
33 
 
 
Figura 3.13 Factores de selección que recomienda el fabricante Thompson [10] 
 
Como se puede observar en la figura 3.13 el fabricante Thompson nos indica los 
principales factores a considerar para la selección de husillo de bolas, los cuales 
son: carga, ángulo, coeficiente de fricción, tiempo de vida, velocidad y longitud. 
Estos factores son sin duda los más importantes a considerar. 
 
Uno de los principales factores que incrementa el costo de un husillo con bolas es 
el nivel de precisión, existe niveles de precisión hasta llegar a robótica espacial de 
altísima precisión, dado este proyecto los aspectos más importantes son; carga, 
velocidad, paso, diámetro y longitud. 
 
Modelos de tornillos seleccionados: 
 
Para el eje Y; marca Trh, modelo 2005, diámetro 20 mm, paso 05 mm, como este 
es el eje que tiene más longitud se ha seleccionado el diámetro más grande que 
está disponible para esta longitud, en la sección de validación de este reporte se 
34 
 
harán las pruebas pertinentes que confirmen nuestra selección, el tornillo es 
exactamente el que se presenta en la figura 3.14. 
 
 
 
Figura 3.14 Tornillo seleccionado para el eje Y [11] 
Como se ha mencionado en la sección de construcción para el eje X y Z se ha 
seleccionado usar kit de tornillo también incluyendo las chumaceras y guías 
lineales. Para ambos ejes se ha seleccionado el modelo rm1605, diámetro de 
16mm y paso 05, el tornillo se muestra en la figura 3.15. 
 
Figura 3.15 Tornillo rm1605 seleccionado para eje X y Z [7] 
35 
 
La diferencia es que para el eje Z se ha pensado en unas guías lineales de 16 mm, 
modelo sbr16 y en cambio para el eje X unas guías lineales sbr20 de 20mm, esto 
en proporción a la distancia lineal que tiene, ya que el eje Z es más corto, una vez 
más en la sección de validación se explicara más a detalle esta decisión. La 
diferencia del diámetro de las guías lineales la podemos observar en la figura 3.16. 
 
Figura 3.16 Guías lineales series SBR [7] 
3.1.3 Fuente de movimiento 
 
Una vez establecido el tipo de husillo de bolas que se usara el paso siguiente es 
determinar la fuente de movimiento, el movimiento que transmitirá los tornillos 
tendrá como fuente; motores, existen diferentes tipos de motores, la selección 
correcta es necesaria para asegurar que el movimientosea preciso y controlado. 
 
El motor eléctrico es la fuente de movimiento usada en los proyectos de electrónica, 
sin embargo existe una gran variedad de motores dependiendo para que proyecto 
sea necesario. 
 
Por el tipo de corriente, los motores pueden clasificarse en motores de corriente 
alterna o de corriente directa, debido a que en electrónica digital es más fácil 
controlar motores de corriente directa, la selección se limita a motores de corriente 
directa. 
 
Los principales tipos de motores de corriente directa por la forma en que estén 
conectados son: [12] 
 
- motor serie 
- motor compound 
- motor shunt 
- motor eléctrico sin escobillas 
 
36 
 
Es necesario que el movimiento de los tornillos sea lo más preciso posible, de tal 
forma que el giro del motor también debe de ser lo más preciso posible, se requiere 
de un sistema que controle con precisión el giro, para estos casos; en proyectos de 
electrónica y robótica se requiere de alguna de estas opciones. 
 
- servomotor 
- motor a pasos 
 
Tanto el servomotor como el motor a pasos son motores de corriente directa que 
fueron diseñados para tener un movimiento preciso, un servomotor es un motor con 
un sistema que controla su posición, sin embargo están pensados para mantener 
su posición, la mayoría de las veces un servomotor no gira los 360 grados, por lo 
tanto no es un motor que este pensado para girar de forma continua. 
 
A diferencia de los servomotores un motor a pasos está diseñado para girar de 
forma continua, la principal diferencia con respecto a un motor de corriente directa 
simple es que los giros son controlados por medio de bobinas, estas bobinas 
pueden ser alimentadas de forma secuencial, de tal forma que puede girar tan solo 
en pequeños pasos, en la actualidad pueden ser cientos de pasos en una sola 
revolución, por su alta precisión son usados en muchas aplicaciones en la 
actualidad. 
 
 
Figura 3.17 Esquema interno de un motor a pasos [7] 
Como podemos observar en la figura 3.17 se muestra un esquema de las bobinas 
conectadas en un motor a pasos, este esquema muestra porque es que un motor a 
37 
 
pasos gira solo unos grados de acuerdo a la secuencia en que son alimentadas las 
bobinas. 
 
Algunas de las ventajas de los motores a pasos son: [7] 
 
– Compatible con la información digital 
– Ideal para trabajar en lazo abierto. 
– Posicionamiento preciso 3-5% y con buena repetitividad. 
– Reducido mantenimiento (no tiene escobillas). 
– Circuitos de control y excitación sencillos. 
 
Usar motores a pasos no es la única opción, se puede usar motores de corriente 
directa más simples pero incorporando un sistema de control para la posición, como 
por ejemplo un encoder, o algún otro sistema que ayude a controla la posición. 
 
Sin embargo el diseñar un sistema secundario para controlar la posición del motor 
tomaría demasiado tiempo, los motores a pasos como se menciona; son 
controlados por pulso digitales, esto facilita su control, simplifica el diseño. 
 
Figura 3.18 Secuencia básica para un motor a pasos [6] 
38 
 
Como se puede observar en la figura 3.18 el uso de motores a pasos nos ofrece 
gran precisión y un sistema de control de posición muy fácil de usar, en la imagen 
observamos una secuencia básica de giro en 4 pasos. 
 
En resumen usar motores a pasos simplifica el diseño por la simplicidad de su 
control y ahorra mucho tiempo, por eso y muchas razones más es que ese tipo de 
motores son los usados en máquinas CNC, y la mejor elección por mucho en este 
diseño. 
 
El modelo seleccionado ha sido uno de la serie nema23 marca Wantai modelo : 
57BYGH115-003 de torque 425 oz-in , es el mismo para los 3 ejes, este modelo se 
puede observar en la figura 3.19. 
 
 
Figura 3.19 Motor Wantai 57BYGH115-003 [7] 
Son motores de muy alto torque y bastara para mover nuestros ejes, más adelante 
en la sección de validación se establecerán los cálculos que los confirman. 
 
3.1.4 Conexión entre motor y husillo 
 
Para realizar la conexión mecánica entre motor y tornillo se necesita de un criterio 
de selección, entre las opciones más importantes se encuentran: 
 
- Cople 25 
- Banda dentada 
- Cadena dentada 
- Acoplamiento de engranes 
 
 
25 El cople es un tipo de junta o unión para interconexión de dos tramos. 
39 
 
Los conocimientos adquiridos en la carrera nos permite tener una preselección, de 
esas opciones se descartara de inmediato la cadena dentada, esto debido a que 
posee baja precisión, al estar construido en eslabones metálicos posee una mejor 
resistencia que una banda, más sin embargo los dientes en una cadena poseen 
baja precisión, la precisión es un elemento clave en este proyecto por lo cual se 
descarte de inmediato. 
 
Las opciones de banda dentada y acople de engranes son dos alternativas que 
tienen algunas ventajas sobre los coplees, la banda dentada posee una mejor 
respuesta ante las vibraciones, el acople de engranes requiere de un diseño 
adicional, sin embargo el acople de engranes puede aumentar el par de motor 
transmitido o bien la precisión del mismo. 
 
 
Figura 3.20 Maquina CNC usando una banda dentada para mover el tornillo [7] 
 
Como podemos ver en la figura 3.20 se tiene un motor a paso usando una banda 
dentada conectada al eje de la mäquina CNC. 
 
Como se menciona el acople de engranes o banda dentada tiene algunas ventajas 
sobre los coples, sin embargo la industria ha desarrollado algunos coples 
especialmente para estos casos, estos coples tiene ranuras que permite absorber 
las vibraciones, esta ranuras son hecha precisamente para darle cierta flexibilidad 
al acople y que de esa forma se absorban las vibraciones del movimiento. 
 
En diseño se contempla tener motores a pasos con suficiente par para la tarea, por 
lo cual usando estos coples especiales cumplimos con la tarea dentro de las 
especificaciones del proyecto, el usar coples también simplifica el diseño mecánico, 
40 
 
la precisión está dentro del rango de nuestras especificaciones, por lo cual no se 
tiene argumentos para realizar más complejo el diseño. 
 
Los coples anti vibraciones que se usan en máquinas CNC cumplen con los 
parámetros que necesitamos para que el diseño total de la fresadora CNC cumpla 
en especificaciones de par de motor, precisión, velocidad, resuelve lo 
suficientemente aceptable las vibraciones y es la opción más viable en el mercado 
para fresadoras CNC que no fresan materiales de alta dureza, en conclusión el uso 
de coples anti vibración es la mejor opción para nuestro diseño. 
 
 
Como podemos observar en la tabla 3.1 se tiene algunos tipos de coples anti 
vibración así como las RPM que recomiendan los fabricantes para su uso. 
 
 
Tabla 3.1 Tipos de coples de transmisión 
VELOCIDAD RPM TIPO DE COPLE RECOMENDADO 
MENOS DE 1500 RPM 
 
MENOS DE 3000 RPM 
 
MENOS DE 4000 RPM 
 
 
El cople es la mejor opción para este diseño, simplifica el diseño mecánico, todo 
dentro de los parámetros que necesitamos, de la tabla 3.1 también se puede 
observar que el ultimo tipo es el que tiene mejor rendimiento ante mayor RPM, 
dentro de ese tipo de cople solo resta establecer los diámetro que necesitamos para 
seleccionar el modelo exacto, esos diámetros son obtenidos del diámetro del motor 
y de la maquinación de los tornillos que más adelante se define. 
 
3.1.5 Motor de fresado 
 
Los motores a pasos son los encargados de poner en posición el actuador de 
nuestra fresadora CNC, este actuador es un motor de fresado, es el encargado de 
maquinar nuestros materiales, este motor tiene acoplado nuestra herramienta de 
corte (fresa en nuestro caso), de tal forma que este motor debe de tener la potencia 
necesaria para cortar el material, estará limitado para cortar materiales como 
aluminio y de menor dureza que este en este proyecto en particular. 
 
41 
 
La selección del tipo de motor así como la potencia de este es algo que consiste por 
una parte enuna investigación para la selección, y por otra de diseño a detalle de 
la potencia requerida para asegurar que tiene la potencia necesaria de corte, así 
como asegurar que se tiene un método para el control de velocidad, debido a que 
esta velocidad en el fresado consiste un factor importante a controlar para que la 
maquinación sea adecuado en diferentes materiales, herramientas y profundidades. 
 
Una fresadora CNC se encuentra en diferentes rangos de precios dependiendo de 
áreas de trabajo, material a maquinar y precisión entre otras. Uno de los factores 
más importantes es la capacidad de la dureza del material a maquinar, esto 
depende de varios factores, potencia de los motores de posición, motor de fresado, 
y varios más. En este momento es importante seleccionar el adecuado para el 
material y área de trabajo de este prototipo en particular. 
 
La investigación señala que entre más duro es el material a fresar más potencia 
necesita el motor de fresado, de tal forma que existen motores de CA26 de incluso 
varios caballos de fuerza para las fresadoras más potentes, a las opciones más 
limitadas usando motores de CD27 para materiales como aluminio o de menor 
dureza. 
 
En las fresadoras CNC de materiales de alta dureza como se señala se usan 
motores de CA que pueden llegar a tener varios caballos de fuerza, en la figura 3.21 
podemos observar el motor de fresado de una fresadora CNC marca Fanuc de 15 
kW, motor de CA de tres fases. Estos motores pueden llegar a costar hasta cientos 
de miles pesos tan solo este componente, situación que no está en nuestro perfil 
por mucho. 
 
 
Figura 3.21 Motor para husillo de CA [7] 
 
26 Corriente alterna 
27 Corriente directa 
42 
 
 
En sistemas más modestos pero usando el mismo perfil encontraremos motores de 
CA usando un VFD28, estos motores oscilan entre 1.2 hasta 2.8 kW, costando desde 
5 mil pesos aproximadamente hasta 30 mil pesos dependiendo de la potencia y del 
enfriamiento, el enfriamiento en los más económicos por aire y en los más potentes 
por agua. 
 
Para los modelos más austeros, que trabajen en áreas pequeñas y que trabajen con 
materiales de baja dureza, nos encontramos con opciones mucho más accesibles 
económicamente, que son motores de CD con potencia de menos de 1 kW, estos 
motores tiene un control de velocidad por el método de variación de voltaje, pueden 
llegar hasta las 12 000 RPM usando un voltaje máximo de 48 Volts CD, sirven para 
maquinados de fresado y grabado de materiales de aluminio y de menor dureza. 
 
Por las medidas de nuestra área de trabajo así como por el tipo de materiales a 
fresar se ha seleccionado específicamente el motor de la figura 3.22. 
 
 
Figura 3.22 Motor fresador seleccionado [12] 
Motor de CD de 12 a 48v 
Hasta 12 000 revoluciones por minuto (RPM) 
Marca: HXKJ 
Modelo: GS52 
Porta herramientas estándar ER11 de 1/8 pulgada 
Además el motor viene con un controlador capaz de variar las revoluciones por 
minuto, ya se manual o un PWM 29 compatible con Mach3 
 
28 Variable Frecuency Drive - Controlador por variación de frecuencia 
29 PWM – Modulación por ancho de pulsos 
43 
 
3.1.6 Selección de control electrónico 
 
En las secciones 3.1.1 hasta 3.1.5 se han seleccionado algunos de los componentes 
mecánicos y electrónicos de este proyecto, en este momento es necesario 
seleccionar el sistema que controlara los motores y otros componentes electrónicos, 
que servirá de interface entre el programa del diseño por computadora para mandar 
las instrucciones adecuadas a los motores. 
 
Como se menciona en secciones previas de este reporte uno de los objetivos más 
importante en este proyecto es que la fresadora CNC tenga comunicación con una 
PC, de tal forma que la tarjeta de comunicación debe de estar diseñada para trabajar 
con estándares de este ramo industrial, para ello la tarjeta de comunicación debe 
de ser compatible con software CAD/CAM como lo son Mach3, Emc2, etc. , también 
debe de estar basada para trabajar con estándares de programación del código G30 
y código M31 para la maquinación. 
 
Que el control electrónico este basado en estándares de programación de este ramo 
es sumamente importante ya que de ellos también depende que el proyecto sea lo 
más compatible posible, fácil de manejar, y que pueda ser más bajo su costo de 
fabricación. 
 
En fresadoras CNC de alto perfil los fabricantes diseñan sus propias tarjetas de 
control, tienen un sistema de control de lazo cerrado que cerciora la posición para 
materiales de alta dureza, debido a que nuestro proyecto no contempla máquinar 
materiales de alta dureza tales como aceros podemos usar un sistema de lazo 
cerrado, lo cual simplifica mucho el control, más adelante se tocara este tema con 
más profundidad. 
 
Las tarjetas de control de fresadoras CNC de alto perfil están diseñadas en su 
totalidad por sus fabricantes, contienen mejoras significativas específicas para sus 
diseños, su reparación es mucho más especializada, el diseño completo del sistema 
de control electrónico es una tarea muy laboriosa por sí misma, debido a los 
alcances de este proyecto, así como su limitado tiempo, además de ser solo un 
integrante en la elaboración de este proyecto, se ha decidido que esta tarjeta solo 
sea seleccionada y adquirida. 
 
La adquisición directa de una tarjeta para este propósito simplifica mucho el diseño, 
acorta el tiempo de fabricación, y contribuye a bajar el costo de fabricación también. 
Actualmente se cuenta con varias opciones dentro del mercado, estas tarjetas son 
de diseño genérico para controlar máquinas CNC de bajo perfil, no solo fresadoras 
sino también tornos y otros. 
 
La función de la tarjeta de control no solo es servir de interface de comunicación 
entre las instrucciones generadas por el programa CAD/CAM de la computadora y 
 
30 Código G – Lenguaje de programación de bajo nivel , referente a instrucciones Generales 
31 Código M – Lenguaje de programación de bajo nivel , referente a instrucciones Misceláneas 
44 
 
los motores, sino también el diseño de las etapas de potencia para el control de los 
motores a pasos, en algunos casos estas tarjetas también pueden encargarse de 
controlar la velocidad del motor de fresado. 
 
 
 
Figura 3.23 Tarjeta de control de fresadora marca Fanuc [12] 
Como podemos observar en la figura 3.23 se muestra parte del sistema de control 
de una fresadora CNC marca Fanuc, como se puede observar el diseño electrónico 
es extenso. 
 
Debido a que el diseño de máquinas CNC de bajo perfil ha aumentando en los 
últimos años ha aumentado las empresas que se dedican a la fabricación de tarjetas 
de control para estas máquinas de propósito general, lo cual ha abaratado los costos 
pero también ha aumentado la diversidad de estas y las opciones de elección de las 
mismas. 
 
Uno de los primeros puntos de selección en este tipo de tarjetas, es que como se 
mencionó este tipo de tarjetas realizan la interface con la PC pero también el control 
de la etapa de potencia, así que la primera selección tendrá que ser sobre si los 
drivers (etapa de potencia32) de los motores a pasos estará integrada a la tarjeta de 
comunicación, o bien podrían estar en diferentes módulos por separado. 
 
 
 
32 Etapa de potencia – etapa de control electrónico que controla el mayor voltaje y/corriente de un circuito 
electrónico. 
45 
 
 
Figura 3.24 Tarjeta compatible con software CAM más sencilla en el mercado [12] 
En la figura 3.24 podemos observar una tarjeta de comunicación interface paralelo 
compatible con Mach3, una de las económicas del mercado que vale apenas 90 
pesos en la actualidad, son de diseño abierto, por lo cual son innumerables la 
cantidad de fabricantes que puede haber. Como se puede observar solo incluye la 
tarjeta de