Diseño y simulación de una máquina de control numérico computarizado CNC de 5 grados de libertad
DOI:
https://doi.org/10.71112/v1avc979Palabras clave:
Cinemática directa, CNC, MATLAB, Simulación, SOLIDWORKSResumen
Se presenta el diseño y simulación de una máquina CNC de cinco grados de libertad (5 DOF), en la que se destacan su estructura mecánica, los componentes de movimiento y la aplicación del método geométrico para resolver la cinemática directa e inversa. El sistema integra tres ejes de desplazamiento lineal (X, Y, Z) y dos ejes de rotación (A, B), lo que amplía su capacidad para realizar operaciones de mecanizado en geometrías complejas. El modelo fue desarrollado en SOLIDWORKS, donde se diseñaron los componentes estructurales, actuadores, accesorios de montaje y elementos electrónicos, estableciendo las relaciones de posición y movimiento mediante el ensamblaje virtual de la máquina. Asimismo, se implementó en MATLAB la simulación del modelo matemático de la cinemática directa e inversa, con el fin de analizar las trayectorias y posiciones de la herramienta, considerando los límites de desplazamiento de cada eje y las restricciones estructurales y mecánicas.
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Referencias
Aebersold, S., Akinsolu, M., Monir, S., & Jones, M. (2021). Ubiquitous Control of a CNC Machine: Proof of Concept for Industrial IoT Applications. Information, 12(12), 529. doi:10.3390/info12120529 DOI: https://doi.org/10.3390/info12120529
Alsoufi, M., Bawazeer, S., Alhazmi, M., Alhazmi, H., Hijji, H., & Alquras, H. (2025). Dimensional Accuracy and Measurement Variability in CNC-Turned Parts Using Digital Vernier Calipers and Coordinate Measuring Machines Across Five Materials. Materials, 18(12), 2278. doi:10.3390/ma18122728 DOI: https://doi.org/10.3390/ma18122728
Arduino S.r.l. (2025). Arduino Mega 2560 Rev3. Obtenido de Arduino Official Store: https://store.arduino.cc/products/arduino-mega-2560-rev3
Bartoň, M. B. (2021). Geometry and tool motion planning for curvature adapted CNC machining. ACM Transactions on Graphics (TOG), 40(6), 1-16. doi:10.1145/3476576.3476769 DOI: https://doi.org/10.1145/3450626.3459837
Chen, L., Gao, H., Li, H., & Xu, H. (2025). Implementation Method of Five-Axis CNC RTOS Kernel Based on gLink-II Bus. Sensors, 25(10), 2960. doi:10.3390/s25102960 DOI: https://doi.org/10.3390/s25102960
Cheng, Y., & Lin, M. (2020). Development of Reconfigurable Five-axis Machine Tool Using OPEN Computer Numerical Control System Integration Architecture. Sensors and Materials. doi:10.18494/sam.2020.3099 DOI: https://doi.org/10.18494/SAM.2020.3099
De Godoy cavenaghi, B., de Godoy Cavenaghi, C., & Paz Gonzalez, J. (2022). Desenvolvimento De Uma Máquina Fresadora Cnc Multifunção De Baixo Custo. Revista Mackenzie de Engenharia e Computação, 22(1), 197-224. doi:10.5935/rmec.v22n1p197-224 DOI: https://doi.org/10.5935/RMEC.v22n1p197-224
Efa, D., Dejen, N., Ifa, D., Nemomsa, S., & Gemechu, T. (s.f.). Improving computer numerical control (CNC) turning performance of AISI D2 steel with nanofluid composites and advanced machine learning techniques. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 138(2), 511-539. doi:10.1007/s00170-025-15536-5 DOI: https://doi.org/10.1007/s00170-025-15536-5
García, A. V. (2024). Computer Numerical Control (CNC). International Journal of Scientific Advances. doi:10.51542/ijscia.v5i6.46 DOI: https://doi.org/10.51542/ijscia.v5i6.46
Ghazali, M., Ahmad, M., Yuseri, N., & Suid, M. (2024). Development and Control of a 5-DOF Robotic Arm Using Forward Kinematics and IoT Integration. Proceedings of the 2024 2nd International Conference on Robotics, Control and Vision Engineering. doi:10.1145/3685073.3685082 DOI: https://doi.org/10.1145/3685073.3685082
Grisales-Grisales, N., Durango-Idárraga, S., Álvarez-Vargas, C., & Flórez-Hurtado, R. (2020). Calibración cinemática de una ruteadora CNC usando un modelo cuasi-estático de error y fotogrametría monocular. UIS Ingenierías, 19(3), 15-30. doi:10.18273/revuin.v19n3-2020002 DOI: https://doi.org/10.18273/revuin.v19n3-2020002
Han, J., Wu, L., Yuan, B., Tian, X., & Xia, L. (2017). A novel gear machining CNC design and experimental research. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 88(5-8), 1711-1722. doi:10.1007/s00170-016-8883-y DOI: https://doi.org/10.1007/s00170-016-8883-y
Hoang, S., Tran, C., Pham, V., & Nguyen, T. (2024). Evaluating the learning performances for CNC machine practice in mechanical engineering degree courses based on students’ mental workload. International Journal of Mechanical Engineering Education, 52(2), 205-220. doi:10.1177/03064190231185326 DOI: https://doi.org/10.1177/03064190231185326
Huczala, D., Mair, A., & Postulka, T. (2024). Direct Kinematics, Inverse Kinematics, and Motion Planning of 1-DoF Rational Linkages. ArXiv(abs/2409.01198). doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2025.106074 DOI: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2025.106074
Kumar, K. R. (2020). Five Axis CNC Machines. En CNC Programming for Machining. Cham: Springer. doi:10.1007/978-3-030-41279-1_7 DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-41279-1
Kurasov, D. (2020). Mathematical modeling system MatLab. Journal of Physics: Conference Series, 1691. doi:10.1088/1742-6596/1691/1/012123 DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1691/1/012123
Laryushkin, P., Antonov, A., Fomin, A., & Fomina, O. (2025). Inverse and Forward Kinematics and CAD-Based Simulation of a 5-DOF Delta-Type Parallel Robot with Actuation Redundancy. Robotics, 14(1). doi:10.3390/robotics14010001 DOI: https://doi.org/10.3390/robotics14010001
León-Medina, J., & Torres-Barahona, E. (2016). Herramienta para el diseño de sistemas de posicionamiento tridimensional usados en fabricación digital. Revista de Investigación Desarrollo e Innovación, 6(2), 15-167. doi:10.19053/20278306.4603 DOI: https://doi.org/10.19053/20278306.4603
Malhão, R. (2022). Como pensar o design aberto e os fab labs politicamente a partir de uma perspectiva simondoniana. Idéias, 1-30. doi:10.20396/ideias.v13i00.8668121 DOI: https://doi.org/10.20396/ideias.v13i00.8668121
Marouani, H., & Hassine, T. (2025). An educational MATLAB code for nonlinear isotropic/kinematic hardening model implementation. International Journal of Mechanical Engineering Education, 53(4), 924–941. doi:10.1177/03064190241264663 DOI: https://doi.org/10.1177/03064190241264663
Miranda-Molina, L., Quinayas-Ortiz, A., & Peña_Rodriguez, G. (2020). Design and simulation of a mechanical system for the machining of parts and printing in 3D (x, y, z). UIS Ingenierías, 19(4), 15-122. doi:10.18273/revuin.v19n4-2020010 DOI: https://doi.org/10.18273/revuin.v19n4-2020010
My, C., & Bohez, E. (2019). A novel differential kinematics model to compare the kinematic performances of 5-axis CNC machines. International Journal of Mechanical Sciences. doi: 10.1016/j.ijmecsci.2019.105117 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2019.105117
Omran, M., Elmoushi, E., & Abdelwahab, S. (2021). Design and Simulation of Mobile CNC Machine; Based Tripod Stewart Platform. Port-Said Engineering Research Journal. doi:10.21608/PSERJ.2021.43738.1063 DOI: https://doi.org/10.21608/pserj.2021.43738.1063
Ovsyannikov, V., Nekrasov, R., Putilova, U., II´yaschenko, D., & Verkhoturova, E. (2022). On the issue of automatic form accuracy during processing on CNC machines. Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia, 103, 88-95. doi: 10.17533/udea.redin.20201111 DOI: https://doi.org/10.17533/udea.redin.20201111
Pareek, S., & Kesavadas, T. (2020). iART: Learning From Demonstration for Assisted Robotic Therapy Using LSTM. IEEE Robotics and Automation Letters, 5, 477-484. doi:10.1109/LRA.2019.2961845 DOI: https://doi.org/10.1109/LRA.2019.2961845
Peña, D., Rugel, R., De La Cruz Morales, F., Celis, J., & Lázaro, R. (2023). Computational Numerical Control (CNC) Machines: A Systematic Review From 2015 To 2022. Proceedings of the 21th LACCEI International Multi-Conference for Engineering, Education and Technology (LACCEI 2023): “Leadership in Education and Innovation in Engineering in the Framework of Global Transformations: Integration and Alliances for Integra. doi:10.18687/laccei2023.1.1.804 DOI: https://doi.org/10.18687/LACCEI2023.1.1.804
Ramírez, M., J., A., Correa, J., & Flórez, S. (2013). Diseño de la plataforma mecánica de una mesa cartesiana XYZ automatizada. Visión Electrónica, 7(2).
Rastvorova, I., & Klyucherev, N. (2021). Design and modelling of a universal CNC machine. Journal of Physics: Conference Series, 1753. doi:10.1088/1742-6596/1753/1/012040 DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1753/1/012040
Rolong-Ibáñez, J., Sierra-Márquez, S., Tapias-Higueras, S., Coba-Salcedo, M., Yime-Rodriguez, E., & Roldán-Mckinley, J. (2019). Controlador CNC para modernización del proceso de fresado a bajo costo: caso con fresadora Supernova. UIS Ingenierías, 95-103. doi:10.18273/revuin.v18n3-2019010 DOI: https://doi.org/10.18273/revuin.v18n3-2019010
SOLIDWORKS. (2025). SOLIDWORKS Ultimate. Obtenido de SOLIDWORKS: https://www.solidworks.com/es/product/solidworks-ultimate
StepperOnline. (2025). Digital stepper driver 1.0-4.5 A 18-50 VDC for Nema 17, 23, 24 stepper motor – DM542T. Obtenido de StepperOnline: https://www.omc-stepperonline.com/digital-stepper-driver-1-0-4-2a-20-50vdc-for-nema-17-23-24-stepper-motor-dm542t
Wang, C., Chen, Y., Zhao, J., & Li, L. (2020). New Sensorless Speed Control of a Hybrid Stepper Motor. Energies, 13. doi:10.3390/en13184939 DOI: https://doi.org/10.3390/en13184939
Zhao, R., Huang, H., & Mei, L. (2025). A method for constructing digital twins of CNC machine tools feed systems based on hybrid mechanism-data. Scientific Reports, 1-18. doi:10.1038/s41598-025-17587-w DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-17587-w
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