Maquinado de Superficies en Cnc

INTRODUCCIÓN

    El objetivo de este tutorial es explicar el proceso CAD/CAM/CNC, para el diseño y maquinado de una pieza de superficie no plana; utilizando como softwares el Auto Cad R14 y el Master Cam, versión Mill 7. Para el desarrollo de este tutorial se utilizará como ejemplo el proceso de diseño y maquinado de un iglú.

    El concepto CAD/CAM fue desarrollado a finales de 1970  y tiene como finalidad el automatizar la transición del diseño de la pieza (CAD) hasta la manufactura de ésta (CAM).  Después del diseño de la pieza, ésta es exportada hacia el Master Cam en el que se indican las trayectorias de las herramientas y se genera un programa NC para maquinar la pieza en una máquina de control numérico (CNC).

DISEÑO DE LA PIEZA

    Como primer paso se debe diseñar la pieza  en un software de CAD. La geometría de la pieza a maquinar debe ser realizada utilizando la opción de superficies dentro del módulo de  sólidos que se encuentra en Auto Cad.

    Algunas consideraciones importantes que se deben tener durante la fase de diseño de la pieza son:

Dimensión de la placa en la que se va a maquinar la piezaDimensiones (diámetro y longitud) de las herramientas a utilizar, de tal manera que éstas puedan realizar un maquinado exacto del contorno de la pieza.Transladar la pieza  a las coordenadas 0,0,0, para facilitar la definición del cero de pieza en el Master Cam.Manejar las unidades de dimensión de la pieza en milimetros.

EXPORTACIÓN DE LA GEOMETRÍA DE CAD A MASTER CAM

    Una vez terminada la fase de diseño, el archivo debe exportarse con extensión .sat (la cual es utilizada para exportar sólidos) para poder trabajar con la geometría de la pieza en el Master Cam.

IMPORTACIÓN DE LA GEOMETRÍA

    Para importar la geometría de la pieza con superficies hacia Master Cam, se selecciona del menú principal los siguientes comandos:

            File --- Converters ---- Sat ---- Read File

    Una vez cargado el archivo, aparecerá en la pantalla la geometría de la pieza. Posteriormente se graba el archivo con extensión MC7, utilizando dentro del menú principal la opciónFile/Save .

   Si se exportó la pieza estando ésta en las coordenas 0,0,0 dentro de Auto Cad  se procede  a verificar su posición respecto al orígen, es decir ver el cero de pieza, utilizando la función F9.

    El punto cero absoluto o punto de origen de referencia debe estar en la esquina  superior izquierda de la placa en la que se va a maquinar la pieza, si se va fabricar la pieza en el centro de maquinado; ya que en el torno difiere este punto.

    En caso de que la pieza no hubiese estado en las coordenadas 0,0,0 o no se tuviera la escala en milimetros al exportarse; se debe trasladar la geometría al punto cero absoluto correspondiente y escalar la pieza para tener las unidades en milimetros, para mayor detalle de este procedimiento ver Práctica 2 del tutorial de Master Cam.

VERIFICACIÓN DE LA SUPERFICIE

    Como primer paso antes de definir las trayectorias de las herramientas, conviene comprobar si la pieza es realmente una superficie, ya que de no ser así no se pueden utilizar los comandos de maquinado para superficies.

    Dentro del menú principal se selecciona Toolpaths, luego la opción Surface, dentro de este menú se selecciona lo siguiente

    Al finalizar el chequeo en la parte inferior de la pantalla aparecerá el siguiente mensaje:

    Dentro de la barra de herramientas que aparece en la parte superior de la pantalla de Master Cam, se selecciona el ícono de la opción Shade, el cual activa

el menú de sombreado:

     Una vez realizado el sombreado si la pieza es superficie debe aparecer de la siguiente manera:

DISEÑO DE LAS TRAYECTORIAS

    Para crear las trayectorias de la herramientas que realizen el maquinado de una pieza con superficies se debe utilizar las opciones de maquinado que vienen dentro del menú de superficies.

    Una vez dentro del menú de superficies, seleccionar Rough, el cual es usado para remover grandes cantidades de material tan rápido como sea posible.

    Existen varias trayectorias para realizar el maquinado, a continuación se mencionan cada una de éstas:

Parallel

    Utilizado para obtener trayectorias paralelas a la superficie.

Radial

    Se usa esta trayectoria cuando de tienen partes redondas.

Project

    Esta trayectoria provee formas libres de movimiento de la herramienta y el mayor control de la misma. Esto da la capacidad de igualar el movimiento de corte al contorno de la pieza. También se puede utilizar para operaciones de troquelado.

Flow Line

    Este toolpath permite obtener un control preciso de la altura del escalope dejado

en la pieza, creando un acabado exacto o suave.

Contour

    Esta trayectoria de la herramienta es utilizada para una operación de acabado, después de haber utilizado un trayectoria realizada con pocket.

Pocket

   Utilizada para crear los límites de una cavidad.

Plunge

    Esta trayectoria de la herramienta remueve las partes rápidamente con un movimiento drilling-type.

    En particular para el maquinado del iglú, se utilizó como trayectoria de la herramienta la opción Parallel. A continuación se describe el procedimiento a realizar dentro de esta opción:

    Una vez elegida la opción Parallel aparece una pantalla donde se introduce el nombre del archivo con extensión .NCI, en dicho archivo se guardaran todas las trayectorias de la herramienta que se creen.

    A continuación se seleccionan las superficies por donde pasará la herramienta, incluyendo la superficie de la placa. Una vez seleccionadas las superficies éstas cambiarán al color blanco y se selecciona la opción done.

    Posteriormente se introducirán los parámetros correspondientes para definir la  herramienta que hará esa trayectoria.

    La siguiente tabla muestra los parámetros para la trayectoria en   paralelo

       A continuación se describen algunos de los parámetros requeridos dentro de este tipo de trayectoria:

Cut Tolerance

    Se refiere a la exactitud que debe tener la trayectoria de la herramienta en relación a la superficie elegida. A menor valor mayor precisión.

Maximum Stepover

      Indica la distancia entre pasadas de trayectoria de corte

Machine Angle

    Es el ángulo relativo al eje X del actual plano de construcción

Maximum z step

    Es la máxima distancia  en z de cada pasada, es decir, la profundidad permitida de cada pasada de desbaste.

Cutting Method

    Es la forma y dirección que realizarán las trayectorias de corte.

Plunge Control

    Ofrece las distintas formas de ajustar la forma de desbaste de la pieza. Este parámetro se utiliza para partes con cavidades.

        Si se deseadar un acabado a la pieza se selecciona la operación de acabado del siguiente menú:

    Luego se seleccionan las superficies y entonces aparecerá la ventana de parámetros de acabado:

        Los parámetros a introducir son los mismos que en la operación de desbaste, a excepción de la opción cut tolerance que en operaciones de acabado debe ser menor.

        Una vez que se terminó de introducir todos los parámetros, automáticamente se muestra en la pantalla la trayectoria de la herramienta en la pieza.

SIMULACIÓN DE LA TRAYECTORIA DE MAQUINADO

   Una de las ventajas más importantes que tiene el Master Cam es que te permite realizar una simulación de la operación de maquinado de la pieza, en la que se puede observar el tiempo de maquinado y la forma de la pieza una vez maquinada, observando el comportamiento de la operación lo cual permite hacer mejoras en busca de la optimización.

    Una vez que se tienen el archivo con extensión NCI, el Master Cam cuenta con dos opciones para simular el maquinado:

Simulación con BackPlot    Esta opción se encuentra dentro de NC utils y una vez seleccionada se puede elegir entre correrlo paso a paso (Step) o de forma automática (Run), así como las opciones que se quieren visualizar como la trayectoria, el cortador, la herramienta completa, etc.

   Un ejemplo de esta simulación es la siguiente:

Simulación con N-SEE 2000     Esta opción permite verificar el programa creando un modelo de todas las operaciones seleccionadas en el orden que aparecen en el administrador de

operaciones (Operations Manager). N-See 2000 procesa los datos del archivo NCI proporcionando animación de la herramienta y un modelo sólido real de la pieza a maquinar. El modelo resultante puede ser ampliamente inspeccionado, asegurándose de que los errores del programa serán eliminados antes de que sea fabricada la pieza.

    Esta opción se encuentra dentro de NC utils y una vez seleccionada se puede elegir tres modos para correr el trabajo:

Preview.

    Este modo proporciona  animación de la herramienta para el archivo NCI seleccionado, pero no muestra la velocidad ni la inspección de la parte.

Turbo

    Es el modo más rápido de verificación en N-See 2000 sin animación de la herramienta. Despliega la parte terminal y lista el número de errores que ocurrieron durante la simulación.

Verify

    Este modo provee un resultado muy preciso  que es fácilmente manipulado pero no muestra la animación de la herramienta  debido a la velocidad. La pieza puede ser rotada, seccionada y se pueden hacer zoom para una inspección detallada.

        Una vez seleccionado el modo, se ejecuta la animación N-See 2000 al oprimir do it; automáticamente aparecerá en la pantalla la simulación del maquinado de la pieza.

    A continuación se muestra la simulación del iglú.

PROGRAMACIÓN NC

    Después de asegurarse de que el maquinado es correcto, por medio de la simulación de éste, el siguiente paso es realizar el programa NC.

    Dentro del menú principal se selecciona la opción NC utils y dentro de ella la opción Post Processor, el cual genera un archivo con el programa que maquinará la pieza de acuerdo a las trayectorias definidas.

    El programa que se genera tiene extensión NC,  y sólo hay que agregarle los comandos de set up y término (abrir y cerrar prensa y puerta, etc.) del maquinado de la pieza, así como el cero de máquina. Después de esto ya se tiene el programa para maquinar la pieza.

Programa para maquinar iglú

MAQUINADO

    Finalmente después de haber realizado los pasos anteriores, la última fase del proceso es maquinar la pieza en el Centro de Maquinado Fanuc. Cabe señalar que el maquinado de una pieza de superficie no plana, generalmente requiere de un tiempo largo, dependiendo de la complejidad y  material a desvastar de la pieza.

    Como referencia a lo anterior, para maquinar el iglú se requieron alrededor de 10 horas, ya que debido al tamaño de la pieza fue necesario unir dos placas de .75 pulgadas de grosor cada una. Así mismo, es importante mencionar que el tiempo real de maquinado fue  8 horas menor al tiempo calculado en la simulación.