8º CONGRESO IBEROAMERICANO DE INGENIERIA MECANICA Cusco, 23 al 25 de Octubre de 2007 MÉTODO DE MAQUINADO EN 3D USADO EN LA FRESADORA ACCU CON LA APLICACIÓN DEL PROGRAMA MASTERCAM Calvo López F. D. Departamento Ingeniería y Tecnología Informática Universidad Popular Autónoma del Estado de Puebla 21 Sur 1103, Colonia Santiago, Puebla, Pue. México. C.P. 72410. francisicodomingo.calvo@upaep.mx RESUMEN El trabajo que se presenta es sobre la implementación de un método para mejorar el proceso de maquinado en la fresadora ACCU, la fresadora actualmente usa un programa autóctono ANTARES 33, el cual no es compatible con ningún poste (postprocesador) del programa de CAD / CAM Mastercam (CNC software, inc.) La creación de un método para transferir los programas de CAD / CAM desarrollados en el programa de Mastercam a la fresadora para su procesamiento, es de gran importancia para el uso de la fresadora a su máxima capacidad. El método que se reporta convierte los parámetros de la trayectoria de la herramienta a parámetros geométricos, estos últimos se convierten a archivos con terminación dxf. Una vez que se tiene el archivo con terminación dxf, puede ser procesado por el programa ANTARES 33 de la fresadora ACCU. Con el método desarrollado se ha podido maquinar de forma más eficiente, en menor tiempo, mejora los acabados superficiales y disminuye los costos. Este método se presento en el congreso anterior para 2D, en esta ocasión se utiliza para obtener piezas de superficies complejas como troqueles, moldes, los cuales tienen formas irregulares. PALABRAS CLAVE: ANTARES 33 ACCU - CAD/CAM Mastercam - Método.
INTRODUCCIÓN En la actualidad existen en el mercado sistemas de diseño y manufactura asistidos por computadora (CAD / CAM siglas en inglés) con mayor capacidad que los sistemas de los años 80, los cuales permiten construir modelos geométricos rápidos y eficientes en tres dimensiones (3D). La posibilidad de contar con estos programas de diseño y manufactura en una universidad o empresa permite no solamente la transferencia de datos sin complicaciones de formatos entre diferentes programas de CAD / CAM, sino también que las máquinas herramientas de CNC (control numérico computarizado) puedan interpretar los diferentes formatos de datos y efectuar el maquinado de piezas complejas. El proceso de generación de los códigos NC debe incluir el dominio de las bases teóricas para implementar óptimamente diferentes trayectorias y formas geométricas en máquinas herramientas de CNC [1]. En el caso particular de la máquina herramienta que se utilizo no cumple con los estándares para la generación de programas NC, lo que trae como consecuencia que el proceso de programación sea tardado y muy complejo, para piezas de forma irregular es prácticamente imposible poder utilizar esta máquina. Esta es la razón principal por la cual se busco un método para poder generar los programas automáticamente, el cual se explica en este trabajo. La capacidad de las máquina herramienta de CNC, en lo referente al controlador, el cual sea de reciente generación pues de lo contrario los códigos de NC (control numérico) generados por el programa de CAD / CAM no podrán ser ejecutados en la máquina herramienta de CNC. Esto sucede básicamente por las siguientes razones: 1. El área de cómputo en los últimos años ha tenido un desarrollo mayor al de las máquinas herramientas de CNC. 2. Los códigos de programación para una máquina herramienta de CNC en su gran mayoría están estandarizados salvo algunos códigos específicos de cada fabricante. Mientras los fabricantes de los programas CAD / CAM utilizan para los poste (postprocesadores) los códigos en formatos ISO (Organización Internacional de estandarización). 3. El costo de las máquinas herramientas de CNC es mucho mayor que el de una computadora y en consecuencia las capacidades innovadoras en las nuevas generaciones de máquinas herramientas de CNC suceden a intervalos mayores. 4. En el caso de los países subdesarrollados la mayoría de las empresas y universidades utilizan equipos parcial o totalmente obsoletos. 5. En este caso particular la máquina herramienta de CNC fue desarrollada por la empresa Moldes y centrifugados S.A de C.V. de Puebla, para satisfacer sus necesidades, sin tener en cuenta los múltiples programas de CAD / CAM que existen hoy en día en el mercado. PROBLEMÁTICA El mayor inconveniente de la máquina ACCU es que su procesador no es compatible con ningún programa de CAD / CAM, debido a que el principio que utiliza esta basado en dibujos en dos dimensiones. Para desarrollar las trayectorias de la herramienta el programa ANTARES 33 requiere de múltiples acciones: Para el maquinado de piezas en tres dimensiones es imposible utilizar este programa de ANTARES33, pues la profundidad de corte es gradual y depende de la forma de la pieza que se maquine. MÉTODO PROPUESTO El aspecto geométrico de un programa de NC involucra el contacto de la herramienta con la pieza, el orden de recorrido de la herramienta por toda la trayectoria a seguir, así como los puntos donde se debe retirar y donde debe volver a cortar. En la siguiente sección se explica el procedimiento para la planeación de los movimientos de la herramienta. Generación de los códigos NC Las máquinas herramientas de CNC (fresadoras) pueden controlar varios ejes; como son las de 2 1 2 ejes, en estas es posible programar trayectorias de la herramienta en el plano XY, XZ, o YZ, lo cual significa que la máquina se puede desplazar en dos ejes conmutados y el tercer eje se mantiene constate. Así un desplazamiento en los ejes XY manteniendo una profundidad constante Z, estas máquinas son utilizadas por lo general para el maquinado de piezas en dos dimensiones. En el caso de la máquina herramienta de CNC ACCU los ejes XYZ se pueden programar. También existen máquinas con más de tres ejes las cuales pueden controlar el movimiento de rotación de la mesa o el ángulo de inclinación de la herramienta. Para la máquina - herramienta ACCU con su programa ANTARES 33 no se puede aplicar ningún poste (postprocesador) del Mastercam, el método de programación desarrollado es el siguiente:
El programa de CAD / CAM Mastercam [2] procede como si se fuera a maquinar una pieza normal, es decir, se parte del dibujo: 1. Del menú principal se selecciona trayectoria de la herramienta (Toolpaths), seguidamente el tipo de maquinado utilizado el de superficie de desbaste (Surface Rough), con la opción de trayectoria de herramienta en paralelo (Rough Parallel Toolpath), Figura 1. Selección del tipo de maquinado a realizar. 2. Aparece la ventana de seleccionar si es una cavidad, o un saliente o si es indefinido (Part shape), Se selecciona indefinido. Figura 2. Selección de tipo de forma a maquinar. 4. Se hace clic la pantalla de selección de superficie por donde pasa la herramienta (Select drive Surfaces), se da clic en la superficie a maquinar. Figura 3. Selección de la superficie a maquinar. 5. A continuación aparece una ventana con el tipo de maquinado de superficie paralela, dicha ventana se completa con todos los parámetros necesarios: Estos mismos pasos se realizan para las operaciones de acabado. Parámetros de la herramienta figura 4, parámetros de la herramienta figura 5. y parámetros de desbaste paralelo figura 6
Figura 4. Parámetros de la herramienta. Figura 5. Parámetros de caja.
Figura 6. Parámetros de desbaste y acabado. 6. Se hace clic en el botón aceptar para generar la trayectoria de la herramienta. Esta operación se repite para todas las operaciones que se deseen, en este caso para la de acabado. El proceso anterior se desarrolla de la siguiente forma: 1. Se entra en el menú principal a la izquierda de la pantalla en la parte superior, se da clic en trayectoria de la herramienta (Toolpaths), aparece el submenú operación (Operations), se da clic en operación y aparece el cuadro de manejo de operaciones, como se muestra en la figura 7. Figura 7. Manejo de operaciones.
2. Se hace clic en plotear (Backplot). Figura 8. Correr ploteo. 3. En el lado izquierdo en el área del menú principal aparece un submenú, se hace clic en gráficos (Displey), Se selecciona el rectángulo en blanco, en la opción guardar geometría, los demás parámetros permanecen sin cambió y se hace clic en aceptar. Figura 9. Ventana de parámetros de backplot. 4. En el menú de la izquierda se da clic en correr (Run.), de esta forma se obtiene la geometría de la trayectoria de la herramienta figura 8. 8. Se guarda como archivo 657.dxf. Después de tener la trayectoria de la herramienta como archivo dxf, se abre el programa ANTARES 33 y se realiza el procedimiento normal para generar el archivo cgv, que es finalmente lo que entiende la máquina CNC ACCU.
Figura 10. Geometría de la trayectoria de la herramienta. y vista del maquinado en 3D (Mastercam. 8. Se guarda como archivo 657.dxf. Después de tener la trayectoria de la herramienta como archivo dxf, se abre el programa ANTARES 33 y se realiza el procedimiento normal para generar el archivo cgv, que es finalmente lo que entiende la máquina CNC ACCU. A continuación se explica brevemente la forma de generar el programa de maquinado en ANTARES 33. Se abre el programa ANTARES 33 haciendo doble clic en el icono SERVOS. Se hace clic en la caja CNC DIR. Se hace clic en la caja ABRE DXF figura 11 y en la ventana de archivos se busca el archivo 657.dxf. Figura 11. Editor del programa ANTARES 33. - Se hace clic en la caja ABRE CGV figura 11 y en la ventana de archivos se da clic en aceptar y automáticamente crea el archivo 657.cgv. - En la ventana siguiente que se muestra en la figura 12 se hace clic en el botón PROCESAR.
Figura 12. Procesa archivo. De esta manera queda completado el proceso de generación del programa para la máquina ACCU. Para ver la simulación, la cual es poco legible se hace clic en la caja RUN CGV, con la caja donde dice SERVO desactivada, la figura 14 muestra la simulación. Para maquinar la pieza se repite la operación, lo único, que la caja donde dice SERVO debe estar activada. Figura 14. Simulación en ANTARES 33. CONCLUSIONES El desarrollo de este nuevo método para la programación de la fresadora ACCU ANTARES 33, nos permite generar programas para piezas de formas irregulares como moldes, troqueles que no se podían realizar con el programa ANTARES33 por si solo, en cuanto al tiempo de maquinado es el triple que en una máquina de CNC normal, esto se debe a que el programa de ANTARES33 esta basado en trayectorias de líneas y como es conocido de todos las líneas se constituyen de puntos, esto quiere decir que como la herramienta sigue la trayectoria de las líneas donde empieza y termina una línea la herramienta sube y baja lo que trae como consecuencia una perdida de tiempo mayor que en las máquinas de CNC que siguen dicha trayectoria en forma continua La simulación en 3D es otra de las ventajas de este método, debido a que no se requiere realizar la simulación en el programa ANTARES 33, la misma se efectúa con el Mastercam dando como resultado una mayor legibilidad y mejor apariencia como se puede ver en la figura 152. La velocidad de desplazamiento se puede controlar desde el 0 % hasta el 100%. También se puede controlar la calidad de los gráficas. Así como se puede observar si existe colisión de la herramienta con la pieza o elementos de sujeción. Otra ventaja es que los estudiantes podrán utilizar esta máquina y no perderán tiempo tratando de utilizar los métodos que reutilizan para desarrollar programas en ANTARES33. REFERENCIAS 1. López F. E., Colás R., Ramírez F. y Rall K. Generación de códigos de maquinado en 3D para modelos basados en mallas. Ingenierías, Enero Marzo 2001 Vol. IV, No. 10. Pág. 13-20. 2. Mastercam. Version 9 Mill / Design. Tutorial. 2002 CNC Software, Inc.