Diseño y fabricación de un pantógrafo CNC para oxicorte y plasma

Abstract

En este trabajo se presenta el diseño y la fabricación de un pantógrafo CNC para oxicorte y plasma, integrando los equipos disponibles en el Departamento de Mecánica Aplicada (DME) bajo control numérico por computadora. Se adopta una metodología prescriptiva que estructura el proceso de diseño y permite abordar las distintas dimensiones del problema. La máquina cuenta con una mesa de coordenadas X–Y de 1,20 × 1,20 m sobre la cual se posiciona la pieza. La verificación estructural (rigidez y resistencia) se realiza mediante análisis por elementos finitos (FEA) en entorno CAE. La antorcha de corte se monta sobre un carro guiado en el eje X por guías lineales y patines, accionado por motores paso a paso (PAP). El eje Y se mueve en forma análoga, con doble accionamiento PAP en tándem para garantizar paralelismo. El control de los tres motores se implementa con un controlador CNC por software, que permite operación manual y automática mediante código G. El accionamiento lineal se realiza mediante husillos a bolas recirculantes que transmiten el movimiento a la viga transversal o al carro, según corresponda. El bastidor se construye con perfiles de acero estructural unidos principalmente con tornillería, lo que facilita la alineación y un eventual desmontaje. La plataforma contempla la ampliación al control del eje Z y su futura integración con procesos de soldadura automatizada.

In this work, we present the design and fabrication of a CNC pantograph for oxy-fuel and plasma cutting, integrating the equipment available in the Department of Applied Mechanics (DME) under computer numerical control. A prescriptive methodology is adopted to structure the design process and address the problem's different dimensions. The machine features an X–Y table of 1.20 × 1.20 m on which the workpiece is positioned. Structural verification (stiffness and strength) is carried out via finite element analysis (FEA) in a CAE environment. The cutting torch is mounted on a carriage guided along the X-axis by linear guides and blocks, driven by stepper motors. The Y-axis moves analogously, with dual tandem stepper drives to ensure parallelism. Control of the three motors is implemented with a software-based CNC controller, enabling both manual and automatic operation via G-code. Linear actuation is provided by recirculating ball screws that transmit motion either to the gantry beam or to the carriage, as appropriate. The frame is built from structural steel profiles primarily joined with bolted fasteners, which facilitates alignment and potential disassembly. The platform anticipates expansion to Z-axis control and future integration with automated welding processes.