1 MANUAL DEL PROCESO DE MECANIZADO PRISMÁTICO INTEGRADO CON CATIA V5 EN LA MAQUINA HAAS INTERNACIONAL DE LOPE EN COLOMBIA. VF 3 DEL PRODUCCION CENTRO L I M PI A 2 ESCUELA NACIONAL DE INGENIEROS DE METZ – ENIM Máster II en Ingeniería de Sistemas Industriales Manual del Proceso de Mecanizado prismático integrado con CATIA V5 en la Máquina HAAS VF3 del Centro Internacional de Producción Limpia Lope en Colombia. Por: Ing. Javier Humberto Chamorro Arteaga San Juan de Pasto, Colombia. 2011 3 Tabla de Contenido Pág 1. Introducción 7 2. Marco Teórico 8 2.1 Diseño Mecánico 8 2.2 Mecanizado en Catia V5 8 2.2.1 Mecanizado por arranque de viruta 9 2.2.2 Mecanizado por abrasión 9 2.2.3 Movimientos de Corte 10 2.3 Fresadora 10 2.3.1 Control numérico por computadora en fresadoras 11 2.3.2 Tipos de Fresadoras 12 2.3.3 Movimientos 16 3. Fabricación Virtual con el Módulo Catia Machining 18 4. Generación de código ISO 51 5. Conclusiones y Recomendaciones 55 6. Referencias Bibliográficas 56 4 Tabla de Figuras Pág Fig 1. Apertura de piezas en módulo Catia Machining 18 Fig 2. Apertura del módulo Catia Machining 19 Fig 3. Árbol de especificaciones en Catia. 20 Fig 4. Configuración de parámetros para mecanizado 21 Fig 5. Edición de la máquina a utilizar 21 Fig 6. Configuración del postprocesador 22 Fig 7. Elección de los ejes de referencia 24 Fig 8. Selección de los puntos de referencia 25 Fig 9. Selección del centro de referencia de la pieza 25 Fig 10. Elección del eje Z 26 Fig 11. Ingreso a la pestaña de Geometría. 27 Fig 12. Selección de la pieza en el árbol de especificaciones. 28 Fig 13. Asignación de ruta para guardar el archivo. 28 Fig 14. Apertura de la ventana de la primera operación. 29 Fig 15. Elección de la primera cara o soporte en la pieza. 29 Fig 16. Ocultar el bruto para seleccionar la cara adecuada 30 Fig 17. Elección de las partes laterales para la operación. 31 Fig 18. Modificación de parámetros de la herramienta. 31 5 Fig 19. Modificación de trayectoria e inicio de simulación. 32 Fig 20. Manejo del simulador de los procesos de mecanizado. 33 Fig 21. Configuración de velocidades y características de la herramienta. 33 Fig 22. Simulación de la trayectoria de la fresa 34 Fig 23. Activación del acercamiento y salida de la herramienta. 35 Fig 24. Configuración características técnicas de la operación 36 Fig 25. Simulación con vista tridimensional 36 Fig 26. Árbol de especificaciones con los procesos de manufactura 37 Fig 27. Selección de caras para la segunda operación 38 Fig 28. Elección de partes laterales 39 Fig 29. Selección de la operación de contorneado 40 Fig 30. Selección de las caras y guías para la operación de contorneado. 40 Fig 31. Estimación y modificación de parámetros para contorneado. 41 Fig 32. Configuración de otras características para la operación 42 Fig 33. Cambio de los parámetros para la entrada de la herramienta. 44 Fig 34. Visualización del mecanizado con el acercamiento modificado a la entrada. 44 Fig 35. Selección de las caras y guías para la tercera operación. 45 Fig 36. Selección de caras y guías para el contorneado de las laterales 46 Fig 37. Simulación en tres dimensiones de los procesos hasta el momento. 46 Fig 38. Selección de la herramienta para el fresado circular. 47 Fig 39. Configuración de parámetros para fresa circular. 48 6 Fig 40. Selección de las caras para el proceso de perforación 49 Fig 41. Lista de Recursos empleados hasta el momento. 50 Fig 42. Apertura de la ventana para generación de código ISO. 51 Fig 43. Selección del postprocesador a utilizar para generar el código 52 Fig 44. Ejecutando el programa para la generación del código. 53 Fig 45. Asignación de Nombre al programa generado. 53 Fig 46. Búsqueda del archivo generado en la ubicación asignada. Fig 47. Código generado para llevarlo a la máquina CNC HAAS VF3. 54 54 7 Manual del Proceso de Mecanizado prismático integrado con CATIA V5 en la Máquina HAAS VF3 del Centro Internacional de Producción Limpia Lope en Colombia. 1. Introducción Actualmente en el SENA en Colombia y específicamente en el Centro Internacional de Producción Limpia Lope de Pasto Nariño, no se cuenta con un documento de ayuda pedagógica que le permita a los aprendices y demás usuarios del Centro, trabajar adecuadamente con la máquina HAAS VF3 para el mecanizado prismático de piezas y su correspondiente generación de código de tal manera, que aporte calidad y eficiencia en los procesos adelantados en el ambiente pluritecnológico de Mecatrónica y Metalmecánica que tiene el Centro. En la web no se conocen trabajos relacionados estrechamente con lo que se piensa hacer y tampoco existen referencias de autores que colaboren a los usuarios a darle un trabajo óptimo a este tipo de máquinas con una solución alternativa para la fabricación de piezas y partes a partir de una concepción establecida en software de diseño tan avanzado como lo es CATIA V5 de la multinacional francesa DASSAULT SYSTEMES. Con este manual se pretende contribuir al desarrollo en el uso de tecnología avanzada para el mecanizado de piezas y partes en Colombia y en los Centros del SENA que existen en todo el país y que cuentan con un centro de mecanizado como el modelo que se ha referenciado anteriormente. Este manual se convierte en una herramienta didáctica que permite conocer paso a paso el proceso de diseño asociado con la fabricación de partes en la máquina HAAS VF3 y su generación de código para la eficiente operación de la misma. 8 2. Marco Teórico 2.1 Diseño Mecánico. El módulo de modelado sólido, proporciona todas las herramientas para la creación de piezas, el análisis de ángulos de salida y desmoldeos, análisis de curvaturas, propiedades físicas, etc. Este módulo está directamente relacionado con el de ensamblajes, ya que casi siempre la pieza ha de ir incluida en un producto final. Catia incorpora el método de diseño Top-Down, arriba-abajo, en el que se pueden diseñar piezas en el entorno de conjunto filtrando la geometría que se considere conveniente del Ensamblaje. Empresas del automóvil han conseguido ensamblar hasta 2500 piezas. A partir de un ensamblaje se generan listas de materiales automáticamente, se detectan las colisiones y las holguras. La generación de planos es automática, fácil e intuitiva. Si el diseño se ha parametrizado correctamente, la aplicación recuperará las cotas del modelo 3D. Las vistas, se hacen de forma automática, se puede incluir holguras, tolerancias, cambiar el formato de las cotas, según muchos de los estándares. Funciona muy bien generando planos de montaje, ya que en un mismo plano se puede tener distintas configuraciones de producto, que se corresponderán con las distintas fases de montaje de éste. 2.2 Mecanizado en Catia V5 Un mecanizado es un proceso de fabricación que comprende un conjunto de operaciones de conformación de piezas mediante remoción de material, ya sea por arranque de viruta o por abrasión. 9 CATIA V5, dispone de tres módulos de mecanizado, que generan el programa para la máquina de control numérico que se puede escoger en la base de datos, donde están los principales post-procesadores del mercado. Los módulos de los que dispone el programa son: - Mecanizado prismático en 2,5 ejes, - Mecanizado de superficies 3 ejes - Mecanizado de superficies en 5 ejes. 2.2.1 Mecanizado por arranque de viruta El material es arrancado o cortado con una herramienta dando lugar a un desperdicio o viruta. La herramienta consta, generalmente, de uno o varios filos o cuchillas que separan la viruta de la pieza en cada pasada. En el mecanizado por arranque de viruta se dan procesos de desbaste (eliminación de mucho material con poca precisión; proceso intermedio) y de acabado (eliminación de poco material con mucha precisión; proceso final). Sin embargo, tiene una limitación física: no se puede eliminar todo el material que se quiera porque llega un momento en que el esfuerzo para apretar la herramienta contra la pieza es tan liviano que la herramienta no penetra y no se llega a extraer viruta. 2.2.2 Mecanizado por abrasión La abrasión es la eliminación de material desgastando la pieza en pequeñas cantidades, desprendiendo partículas de material, en muchos casos, incandescente. Este proceso se realiza por la acción de una herramienta característica, la muela abrasiva. En este caso, la herramienta (muela) está formada por partículas de material abrasivo muy duro unidas por un aglutinante. Esta forma de eliminar material rayando la superficie de la pieza, necesita menos fuerza para eliminar material apretando la 10 herramienta contra la pieza, por lo que permite que se puedan dar pasadas de mucho menor espesor. La precisión que se puede obtener por abrasión y el acabado superficial pueden ser muy buenos pero los tiempos productivos son muy prolongados. 2.2.3 Movimientos de corte En el proceso de mecanizado por arranque de material intervienen dos movimientos, el movimiento de corte, por el cual la herramienta corta el material, y el movimiento de avance, por el cual la herramienta encuentra nuevo material para cortar. Cada uno de estos dos movimientos lo puede tener la pieza o la herramienta según el tipo de mecanizado. 2.3 Fresadora 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.1 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. Inventadas a principios del siglo XIX, las fresadoras se han convertido en máquinas básicas en el sector del mecanizado. Gracias a la incorporación del control numérico, son las máquinas herramientas más polivalentes por la variedad de mecanizados que pueden realizar y la flexibilidad que permiten en el proceso de fabricación. La diversidad de procesos mecánicos y el aumento de la competitividad global han dado lugar a una amplia variedad de fresadoras que, aunque tienen una base común, se diferencian notablemente según el sector industrial en el que se utilicen.2 Asimismo, los progresos técnicos de diseño y calidad que se han realizado en las herramientas 11 de fresar, han hecho posible el empleo de parámetros de corte muy altos, lo que conlleva una reducción drástica de los tiempos de mecanizado. Debido a la variedad de mecanizados que se pueden realizar en las fresadoras actuales, al amplio número de máquinas diferentes entre sí, tanto en su potencia como en sus características técnicas, a la diversidad de accesorios utilizados y a la necesidad de cumplir especificaciones de calidad rigurosas, la utilización de fresadoras requiere de personal cualificado profesionalmente, ya sea programador, preparador o fresador.3 El empleo de estas máquinas, con elementos móviles y cortantes, así como líquidos tóxicos para la refrigeración y lubricación del corte, requiere unas condiciones de trabajo que preserven la seguridad y salud de los trabajadores y eviten daños a las máquinas, a las instalaciones y a los productos finales o semielaborados. 2.3.1 Control numérico por computadora en fresadoras Las fresadoras con control numérico por computadora (CNC) permiten la automatización programable de la producción. Se diseñaron para adaptar las variaciones en la configuración de productos. Su principal aplicación se centra en volúmenes de producción medios de piezas sencillas y en volúmenes de producción medios y bajos de piezas complejas, permitiendo realizar mecanizados de precisión con la facilidad que representa cambiar de un modelo de pieza a otra mediante la inserción del programa correspondiente y de las nuevas herramientas que se tengan que utilizar así como el sistema de sujeción de las piezas. El equipo de control numérico se controla mediante un programa que utiliza números, letras y otros símbolos, por ejemplo, los llamados códigos G (movimientos y ciclos fijos) y M (funciones auxiliares). Estos números, letras y símbolos, los cuales llegan a incluir &, 12 %, $ y " (comillas), están codificados en un formato apropiado para definir un programa de instrucciones para desarrollar una tarea concreta. Cuando la tarea en cuestión varía se cambia el programa de instrucciones. En las grandes producciones en serie, el control numérico resulta útil para la robotización de la alimentación y retirada de las piezas mecanizadas. Las fresadoras universales modernas cuentan con visualizadores electrónicos donde se muestran las posiciones de las herramientas, según un sistema de coordenadas, y así se facilita mejor la lectura de cotas en sus desplazamientos. Asimismo, a muchas fresadoras se les incorpora un sistema de control numérico por computadora (CNC) que permite automatizar su trabajo. Además, las fresadoras copiadoras incorporan un mecanismo de copiado para diferentes perfiles de mecanizado. Existen varios lenguajes de programación CNC para fresadoras, todos ellos de programación numérica, entre los que destacan el lenguaje normalizado internacional ISO y los lenguajes HEIDENHAIN, Fagor y Siemens. Para desarrollar un programa de CNC habitualmente se utilizan simuladores que, mediante la utilización de una computadora, permiten comprobar la secuencia de operaciones programadas. 2.3.2 Tipos de fresadoras Las fresadoras pueden clasificarse según varios aspectos, como la orientación del eje de giro o el número de ejes de operación. A continuación se indican las clasificaciones más usuales. - Fresadoras según la orientación de la herramienta Dependiendo de la orientación del eje de giro de la herramienta de corte, se distinguen tres tipos de fresadoras: horizontales, verticales y universales. 13 Una fresadora horizontal utiliza fresas cilíndricas que se montan sobre un eje horizontal accionado por el cabezal de la máquina y apoyado por un extremo sobre dicho cabezal y por el otro sobre un rodamiento situado en el puente deslizante llamado carnero. Esta máquina permite realizar principalmente trabajos de ranurado, con diferentes perfiles o formas de las ranuras. Cuando las operaciones a realizar lo permiten, principalmente al realizar varias ranuras paralelas, puede aumentarse la productividad montando en el eje portaherramientas varias fresas conjuntamente formando un tren de fresado. La profundidad máxima de una ranura está limitada por la diferencia entre el radio exterior de la fresa y el radio exterior de los casquillos de separación que la sujetan al eje portafresas. En una fresadora vertical, el eje del husillo está orientado verticalmente, perpendicular a la mesa de trabajo. Las fresas de corte se montan en el husillo y giran sobre su eje. En general, puede desplazarse verticalmente, bien el husillo, o bien la mesa, lo que permite profundizar el corte. Hay dos tipos de fresadoras verticales: las fresadoras de banco fijo o de bancada y las fresadoras de torreta o de consola. En una fresadora de torreta, el husillo permanece estacionario durante las operaciones de corte y la mesa se mueve tanto horizontalmente como verticalmente. En las fresadoras de banco fijo, sin embargo, la mesa se mueve sólo perpendicularmente al husillo, mientras que el husillo en sí se mueve paralelamente a su propio eje. Una fresadora universal tiene un husillo principal para el acoplamiento de ejes portaherramientas horizontales y un cabezal que se acopla a dicho husillo y que convierte la máquina en una fresadora vertical. Su ámbito de aplicación está limitado principalmente por el costo y por el tamaño de las piezas que se pueden trabajar. En las fresadoras universales, al igual que en las horizontales, el puente es deslizante, 14 conocido en el argot como carnero, puede desplazarse de delante a detrás y viceversa sobre unas guías. - Fresadoras especiales Además de las fresadoras tradicionales, existen otras fresadoras con características especiales que pueden clasificarse en determinados grupos. Sin embargo, las formas constructivas de estas máquinas varían sustancialmente de unas a otras dentro de cada grupo, debido a las necesidades de cada proceso de fabricación. Las fresadoras circulares tienen una amplia mesa circular giratoria, por encima de la cual se desplaza el carro portaherramientas, que puede tener uno o varios cabezales verticales, por ejemplo, uno para operaciones de desbaste y otro para operaciones de acabado. Además pueden montarse y desmontarse piezas en una parte de la mesa mientras se mecanizan piezas en el otro lado. Las fresadoras copiadoras disponen de dos mesas: una de trabajo sobre la que se sujeta la pieza a mecanizar y otra auxiliar sobre la que se coloca un modelo. El eje vertical de la herramienta está suspendido de un mecanismo con forma de pantógrafo que está conectado también a un palpador sobre la mesa auxiliar. Al seguir con el palpador el contorno del modelo, se define el movimiento de la herramienta que mecaniza la pieza. Otras fresadoras copiadoras utilizan, en lugar de un sistema mecánico de seguimiento, sistemas hidráulicos, electro-hidráulicos o electrónicos. En las fresadoras de pórtico, también conocidas como fresadoras de puente, el cabezal portaherramientas vertical se halla sobre una estructura con dos columnas situadas en lados opuestos de la mesa. La herramienta puede moverse verticalmente y transversalmente y la pieza puede moverse longitudinalmente. Algunas de estas 15 fresadoras disponen también a cada lado de la mesa sendos cabezales horizontales que pueden desplazarse verticalmente en sus respectivas columnas, además de poder prolongar sus ejes de trabajo horizontalmente. Se utilizan para mecanizar piezas de grandes dimensiones. En las fresadoras de puente móvil, en lugar de moverse la mesa, se mueve la herramienta en una estructura similar a un puente grúa. Se utilizan principalmente para mecanizar piezas de grandes dimensiones. Una fresadora para madera es una máquina portátil que utiliza una herramienta rotativa para realizar fresados en superficies planas de madera. Son empleadas en bricolaje y ebanistería para realizar ranurados, como juntas de cola de milano o machihembrados; cajeados, como los necesarios para alojar cerraduras o bisagras en las puertas; y perfiles, como molduras. Las herramientas de corte que utilizan son fresas para madera, con dientes mayores y más espaciados que los que tienen las fresas para metal. - Fresadoras según el número de ejes Las fresadoras pueden clasificarse en función del número de grados de libertad que pueden variarse durante la operación de arranque de viruta. • Fresadora de tres ejes. Puede controlarse el movimiento relativo entre pieza y herramienta en los tres ejes de un sistema cartesiano. • Fresadora de cuatro ejes. Además del movimiento relativo entre pieza y herramienta en tres ejes, se puede controlar el giro de la pieza sobre un eje, como con un mecanismo divisor o un plato giratorio. Se utilizan para generar superficies con un patrón cilíndrico, como engranajes o ejes estriados. 16 • Fresadora de cinco ejes. Además del movimiento relativo entre pieza y herramienta en tres ejes, se puede controlar o bien el giro de la pieza sobre dos ejes, uno perpendicular al eje de la herramienta y otro paralelo a ella (como con un mecanismo divisor y un plato giratorio en una fresadora vertical); o bien el giro de la pieza sobre un eje horizontal y la inclinación de la herramienta alrededor de un eje perpendicular al anterior. Se utilizan para generar formas complejas, como el rodete de una turbina Francis. 2.3.3 Movimientos: Movimientos de la herramienta El principal movimiento de la herramienta es el giro sobre su eje. En algunas fresadoras también es posible variar la inclinación de la herramienta o incluso prolongar su posición a lo largo de su eje de giro. En las fresadoras de puente móvil todos los movimientos los realiza la herramienta mientras la pieza permanece inmóvil. - Movimientos de la mesa La mesa de trabajo se puede desplazar de forma manual o automática con velocidades de avance de mecanizado o con velocidades de avance rápido en vacío. Para ello cuenta con una caja de avances expresados de mm/minuto, donde es posible seleccionar el avance de trabajo adecuado a las condiciones tecnológicas del mecanizado. Movimiento longitudinal: según el eje X, que corresponde habitualmente al movimiento de trabajo. Para facilitar la sujeción de las piezas la mesa está dotada de unas ranuras en forma de T para permitir la fijación de mordazas u otros elementos de sujeción de las piezas y además puede inclinarse para el tallado de ángulos. Esta mesa puede 17 avanzar de forma automática de acuerdo con las condiciones de corte que permita el mecanizado. Movimiento transversal: según el eje Y, que corresponde al desplazamiento transversal de la mesa de trabajo. Se utiliza básicamente para posicionar la herramienta de fresar en la posición correcta. Movimiento vertical: según el eje Z, que corresponde al desplazamiento vertical de la mesa de trabajo. Con el desplazamiento de este eje se establece la profundidad de corte del fresado. Giro respecto a un eje longitudinal: según el grado de libertad U. Se obtiene con un cabezal divisor o con una mesa oscilante. Giro respecto a un eje vertical: según el grado de libertad W. En algunas fresadoras se puede girar la mesa 45º a cada lado, en otras la mesa puede dar vueltas completas. - Movimiento relativo entre pieza y herramienta El movimiento relativo entre la pieza y la herramienta puede clasificarse en tres tipos básicos: - El movimiento de corte es el que realiza la punta de la herramienta alrededor del eje del portaherramientas. - El movimiento de avance es el movimiento de aproximación de la herramienta desde la zona cortada a la zona sin cortar. - El movimiento de profundización de perforación o de profundidad de pasada es un tipo de movimiento de avance que se realiza para aumentar la profundidad del corte. 18 3. Fabricación Virtual con el Módulo Catia Machining Con la información que se va a describir a continuación, se pretende brindar al usuario los argumentos necesarios para que pueda hacer uso de la máquina de mecanizado controlada con control numérico HAAS VF3, integrándola con la herramienta de software CATIA V5, específicamente con el módulo CATIA Machining. Abrir Catia haciendo doble click en el acceso directo que aparece en el escritorio, una vez se haya instalado CATIA V5, ó accediendo al programa desde la ruta Inicio, todos los programas, Catia, Catia V5R19. Una vez se haya ingresado al programa, abrir un archivo correspondiente a una pieza que se haya generado o creado anteriormente con la herramienta part design de CATIA y a su bloque denominado como bruto, que es desde donde se va a partir el proceso de mecanizado para obtener la pieza final; en este caso, ya se tienen las dos partes que van a intervenir en el proceso a saber. Fig 1. Apertura de piezas en módulo Catia Machining 19 El bruto o material cúbico con las dimensiones y restricciones correspondientemente realizadas y la pieza que se desea obtener a partir de este material después de realizarse el proceso de mecanizado. Luego de esto se dirige a la barra de menú del programa y se da clic en la pestaña Start, se despliega un menú, del cual se dirige hasta donde está el módulo Machining, se posa sobre esta opción y se desplaza hacia la derecha para dar clic en el submódulo prismatic machining. Fig 2. Apertura del módulo Catia Machining Se abre inmediatamente otra ventana e instantáneamente ubica las dos piezas o partes seleccionadas previamente dentro de este espacio de trabajo. 20 En la parte izquierda de la zona gráfica o espacio de trabajo, aparece un árbol de especificaciones donde se muestran las operaciones que se realizan al desarrollar un producto. Fig 3. Árbol de especificaciones en Catia. Allí en este árbol se busca la opción Process y se da clic en el símbolo + que aparece justo a su lado izquierdo, para que se despliegue todo el menú que éste contiene y que se encuentra oculto. Al hacerlo, va a aparecer la opción Part Operation.1; al pulsar con doble clic en ésta parte del árbol, se abre una ventana con las opciones para la configuración de la máquina con la cual se va a mecanizar las piezas o partes. En la parte superior izquierda está la opción Machine, la cual 21 Fig 4. Configuración de parámetros para mecanizado permitirá seleccionar la máquina y el post-procesador con el que se va a trabajar. Al dar clic en Machine se abre una ventana donde se puede editar la máquina. Es recomendable dar un paseo por las diferentes opciones en la parte superior y en una de ellas se encuentra las alternativas de selección entre una máquina de 3 ejes, una máquina de 3 ejes con mesa rotatoria, una máquina de 5 ejes, una máquina con desplazamiento horizontal o con desplazamiento vertical solamente, entre otras opciones, o inclusive, se puede generar una máquina propia de acuerdo a las especificaciones y requerimientos que se necesite. Fig 5. Edición de la máquina a utilizar Más abajo, hay que desplazarse hasta la pestaña numerical control y dar clic allí. Con esto se puede seleccionar el controlador de la máquina con la cual se va a trabajar, el 22 post-procesador, las librerías que tiene el mismo para el trabajo integrado de CATIA con la máquina y el tipo de datos que se va a manejar. En este caso, se va a trabajar con la máquina HAAS VF3 por lo cual el emulador y post-procesador que se cargan son los siguientes, tal y como se visualizan en la gráfica siguiente. Controlador Emulador: cardemo_fidia.ce Post Procesador: HaasVF3.lib Post Processor Words Table: HAAS_VF3.pptable NC Tipo de datos: ISO Fig 6. Configuración del postprocesador 23 Para que puedan aparecer estas opciones en las librerías del menú desplegable, se debe copiar previamente los archivos de las siguientes carpetas (IMSPar, PPPar, PPTables, Tools) en las correspondientes carpetas de la siguiente ruta y reemplazar los archivos existentes: C://Archivos de Programa / Dassault Systemes / B19 / intel_a / Startup / Manufacturing. Así mismo, cuando se abre CATIAV5 se debe ir a la ventana Tools en la parte superior y luego dar clic en Options. Allí mismo, se debe ir a la parte izquierda y en el árbol que aparece dirigirse al módulo Machining. Se abre una ventana, allí seleccionar la pestaña Output y seleccionar la opción IMS. Con esto, se ha grabado en el equipo las librerías que hacen parte del postprocesador para la máquina HAAS VF3 en este caso. Ya se puede hacer la transformación entre el código generado por el software de computador con un tipo de datos APT a un tipo de datos ISO que es el que lee la máquina para desarrollar el mecanizado. Al terminar de seleccionar las librerías descritas anteriormente se da clic en ok. Una vez se ha definido el post-procesador para trabajar con la máquina, se debe asignar unos puntos y planos de referencia para hacer coincidir los procesos de mecanizado que se van a adelantar con los planos de referencia de las piezas diseñadas en CATIA V5 previamente. Para ello se da clic en el segundo icono de la parte izquierda en la ventana Part operation y con ello se eligen los ejes del sistema de referencia de la máquina tal y como se visualiza en la figura siguiente. 24 Fig 7. Elección de los ejes de referencia Una vez ingrese, se abre otra ventana con un plano de referencia que permite seleccionar un punto para luego ir a la vista de la pieza en 3 dimensiones y seleccionar un marco de referencia. 25 Fig 8. Selección de los puntos de referencia Una vez se seleccione este punto, se pasa al espacio de trabajo de CATIA V5 con la pieza en 3D que ya se había seleccionado. Allí, con el scroll del mouse pulsado y haciendo un movimiento de la mano hacia arriba se consigue acercar la vista y poder de una manera mucho más ágil y eficiente, seleccionar el centro del sistema de referencia de la pieza tal y como se mira en la siguiente gráfica. 26 Fig 9. Selección del centro de referencia de la pieza Aparece la misma ventana de selección del sistema de referencia pero con los triángulos alrededor de los ejes en color verde, lo que indica que el sistema ha sido seleccionado y se puede avanzar con el proceso de mecanizado. Para dar mayor seguridad a la acción que se va a tomar es aconsejable seleccionar un eje en el sistema de referencia del mecanizado y elegir la correspondiente línea que haga parte de ese eje en el diseño de la pieza en CATIA V5 con el fin de seleccionar la dirección. En la figura anterior, en la parte derecha se puede observar cómo se selecciona el eje z y se va posteriormente a la pieza para seleccionar una línea que represente a dicho eje en la parte diseñada. Luego se da clic en OK. Fig 10. Elección del eje Z Nuevamente, en la ventana de Part Operation existe una pestaña llamada Geometría que trae consigo diferentes opciones que permiten seleccionar la pieza que se ha diseñado y que se va a simular, así como el material del cual se parte para conseguir el proceso de mecanizado, o conocido como bruto. En la siguiente figura se puede observar los pasos a seguir. 27 Fig 11. Ingreso a la pestaña de Geometría. Después de pulsar o dar clic en este ícono, automáticamente se abre el espacio de trabajo y desde el árbol de especificaciones hay que elegir la pieza que se ha diseñado y que se piensa simular como se muestra en la siguiente figura. Se da clic en el símbolo + de Product List, luego dar clic en el nombre de la pieza diseñada y seleccionar la Parte que se va a simular durante el proceso de mecanizado. Para este caso PartBody. Posteriormente dar clic en alguna parte del espacio de trabajo y la ventana se abre nuevamente para elegir el material del cual se va a partir o sea el bruto. Para ello se elige el ícono segundo de la pestaña geometría y se selecciona en el árbol de especificiones el cuerpo o cubo para este caso que es el material del cual se va a empezar el proceso de mecanizado. 28 Fig 12. Selección de la pieza en el árbol de especificaciones. Una vez se ha definido la pieza y el bruto o material, se da clic en ok. A continuación se recomienda guardar el proceso de mecanizado para lo cual hay que ir a la barra de menú, dar clic en File y luego guardar con save as, elegir la ubicación y el nombre del archivo y guardar como se indica en la siguiente figura. Fig 13. Asignación de ruta para guardar el archivo. 29 Posteriormente, se va a iniciar el proceso de mecanizado de acuerdo a lo planeado y a las herramientas seleccionadas para ello. Para este caso, se va a iniciar con un planeado a la cara superior del bruto, de tal forma que garantice igualar las diferentes zonas del material. Para ello se elige en la parte derecha la opción Facing y se da doble clic en el árbol de especificaciones en la opción Manufacturing Program.1. Al hacer esto, aparece una nueva ventana tal y como se indica en la siguiente figura. Fig 14. Apertura de la ventana de la primera operación. Allí, se da clic en la brida que aparece en la parte derecha e inmediatamente después se da clic en la cara superior del bruto, 30 Fig 15. Elección de la primera cara o soporte en la pieza. Posteriormente se da clic en la cara superior que indica la función del planeado y se dirige a seleccionar en la pieza qué cara es a la cual se va a llegar. Para ello hay que ocultar el material bruto, por lo cual es necesario ir hasta el árbol de especificaciones y dar clic derecho en el bruto, luego seleccionar la opción Hide/show para ocultarlo y poder así seleccionar la cara superior de la pieza, lo cual se puede visualizar en la siguiente gráfica. Fig 16. Ocultar el bruto para seleccionar la cara adecuada Luego se elige las partes laterales de la ventana facing.1 y luego se debe elegir las laterales del material bruto, para lo cual se hace necesario nuevamente mostrar el bruto, por lo que se dirige al árbol de especificaciones, clic derecho en el material y dar clic en Hide/show para hacer visible el bruto y poder elegir las cuatro caras laterales tal y como se indica en la siguiente figura. 31 Fig 17. Elección de las partes laterales para la operación. El paso siguiente es elegir la herramienta a utilizar, definir sus parámetros, dimensiones. Para este caso se va a elegir la fresa con la que se va a hacer el planeado, por lo cual se desplaza hasta la primera opción en la izquierda. Allí se puede cambiar el radio de centro de la fresa, la longitud de corte y demás parámetros para el mecanizado inicial de la pieza. Fig 18. Modificación de parámetros de la herramienta. 32 Si se da clic en la opción More que aparece en la parte inferior derecha, se abrirá una nueva ventana con otras propiedades que se pueden acomodar a lo que se ha planeado y que se aproximan a las herramientas que se tiene en cada uno de los centros donde se ubique la máquina. Después de ello, se puede ir hasta la parte superior izquierda y determinar cómo sería el recorrido de la fresa para el primer proceso. Allí se puede elegir como entraría la herramienta al material, si lo va hacer con una inclinación o entra directamente; de la misma forma que se puede cambiar por un recorrido lineal de un extremo a otro o circular que inicie en los extremos del material y termine en el centro. Posterior a ello, se puede simular el recorrido de la fresa para ir validando lo que el diseñador hace, haciendo clic en el ícono de la parte inferior en forma de película. En el momento que se dé un clic allí, carga el código y luego se puede iniciar la simulación, pausar, volver a iniciar, hacerla paso a paso con la barra que aparece en la parte inferior. Fig 19. Modificación de trayectoria e inicio de simulación. 33 Fig 20. Manejo del simulador de los procesos de mecanizado. En este momento se puede definir la finalización, el número de entradas, el recorrido, para lo cual se da clic en ok en la parte inferior derecha y se vuelve a la pantalla de facing.1 inicial, para navegar por las diferentes pestañas y elegir las diferentes características planeadas. Igualmente, después de cada modificación adelantada se puede simular para ir verificando y validando los movimientos de la herramienta sobre el material bruto. Fig 21. Configuración de velocidades y demás características de la herramienta. 34 Así mismo, se puede definir si para hacer el cambio de recorrido, va hacerlo por dentro de la pieza o por fuera, en ese caso, cuánto va a sobresalir y cuál será el espacio que vuelve a tomar la herramienta para garantizar que no se quede ningún espacio sin realizar el barrido de la fresa. Fig 22. Simulación de la trayectoria de la fresa Una vez se haya definido estas características, se puede ir hasta la última pestaña en la derecha de la parte superior de la ventana Facing.1 y elegir como ingresará la herramienta, desde qué posición tal y como se muestra en la siguiente figura. 35 Fig 23. Activación del acercamiento y salida de la herramienta. Para modificar estas características hay que activar la entrada y finalización de la herramienta para lo cual se da clic derecho en Approach dentro del recuadro y se elige actívate, para la entrada de la herramienta y Retract para la salida de la herramienta del material a una posición segura y fija. Si la herramienta va a ingresar en una forma no vertical como aparece en la figura, se puede ir hasta la parte inferior y elegir otra forma de ingresar, con una inclinación, tipo rampa o en fin, la forma predeterminada por el usuario. Luego de haber terminado de elegir la forma como ingresa y sale la herramienta hacia y desde el material bruto, se puede elegir las otras características técnicas como velocidad de corte para entrar, salir, y para mecanizar. Igualmente, se puede configurar la velocidad del husillo, profundidad de corte de la herramienta, entre otras. Para esto se debe hacer clic en la pestaña cuarta de izquierda a derecha, tal como se 36 aprecia en la siguiente figura. Allí se pueden cambiar los valores y el tipo de unidades acomodándose al sistema internacional de unidades o británico. Fig 24. Configuración características técnicas de la operación También es posible verificar el mecanizado en una vista tridimensional más cercana a la realidad al dar clic en el ícono de la cámara, tal y como aparece en la siguiente figura. Fig 25. Simulación con vista tridimensional 37 En la parte izquierda, en el árbol de especificaciones se puede apreciar todos y cada uno de los procesos involucrados en el desarrollo del mecanizado de la pieza, así como los planos, restricciones y parámetros de cada operación a ejecutar. En la siguiente figura se puede apreciar cómo se puede desglosar el árbol y editar algunos parámetros o simplemente llevar un orden y control sobre lo que se está abordando. Fig 26. Árbol de especificaciones con los procesos de manufactura El paso siguiente para el objetivo final del mecanizado tiene que adelantarse seleccionando el tipo de proceso a seguir en la barra de herramientas de la parte derecha. En este caso, se vuelve a elegir la opción Facing para hacer el siguiente planeado en la pieza. Al hacerlo, se debe ubicar en el árbol de especificaciones en la opción tool Change.1. Automáticamente se va a observar que de ésta opción se desprende el nuevo proceso a ejecutar etiquetado con Facing.2 llevando un orden de las cosas. Como el proceso se va a adelantar sobre la pieza ya no es conveniente para este caso tener visible el bruto, por lo cual se debe ocultar siguiendo el mismo procedimiento que en el paso anterior, que para recordarlo es haciendo clic derecho 38 en el cuerpo y Hide u ocultar el bruto. En seguida ya se puede seleccionar las diferentes caras de la pieza, hablando específicamente, desde qué cara se va a partir, a cuál cara queremos llegar y cuáles son los límites laterales para realizar el proceso de mecanizado. En la siguiente figura se puede ilustrar lo que aquí se ha comentado, y para su ayuda y mejor identificación se ha introducido flechas. Fig 27. Selección de caras para la segunda operación Para seleccionar los límites laterales de éste proceso del mecanizado se debe volver a mostrar el material bruto, por lo cual se debe ir hasta el árbol de especificaciones a la parte izquierda del espacio de trabajo. Así mismo, se debe elegir las cuatro líneas laterales que delimitan el material bruto del cual se parte para mecanizar la pieza tal y como se indica en la siguiente figura. 39 Fig 28. Elección de partes laterales Los pasos que siguen o se grafican enseguida, demuestran que nuevamente podemos configurar las herramientas basados en lo que se necesite por parte del cliente y lo que se tenga a disposición en el centro como herramientas. Así mismo, se puede configurar el radio de corte, los diámetros de la herramienta, las longitudes de corte, entre otras características. En este caso que se ilustra a continuación se va a desarrollar el contorno del círculo superior de la pieza de recepción que se está mecanizando, por lo cual se debe elegir en la parte inferior derecha, la opción contorneado como se muestra en la flecha 1, luego se da clic en la opción Facing.1 en el árbol de especificaciones, ilustrado en el primer recuadro a la izquierda y automáticamente se va a desprender en el árbol el siguiente proceso que es Profile contouring.1, ilustrado en el siguiente recuadro. Así mismo, para poder seleccionar las caras en la herramienta y la pieza, es necesario ocultar el material bruto identificado en la flecha 2, en la figura. 40 Fig 29. Selección de la operación de contorneado El siguiente paso es elegir las caras de la guía para el contorneado identificado por las flechas etiquetadas con el número 1 y con la cara a la cual llegar, identificado por las flechas etiquetadas con el número 2. Fig 30. Selección de las caras y guías para la operación de contorneado. 41 El siguiente paso es estimar el offset o la distancia adicional que se debe tener en cuenta para el contorneado, de tal forma, que se evite el choque entre la herramienta y el material, para este caso se ha estimado de 0.2 mm e igualmente la salida de la herramienta verticalmente hacia arriba para la siguiente pasada. En la siguiente figura se ilustra estos pasos del proceso. Otros parámetros también se pueden configurar al dar clic sobre el ícono parameters que se identifica por medio de la flecha. Fig 31. Estimación y modificación de parámetros para contorneado. La siguiente figura ilustra cómo se pueden establecer otras características y parámetros que permiten la mecanización, como son el número de pasadas que va a tener la herramienta, las velocidades de corte, de mecanizado, de entrada y salida al material, así como también la trayectoria a seguir en el acercamiento de la herramienta al material y la salida de la misma. 42 Fig 32. Configuración de otras características para la operación Al elegir estas características y hacer la simulación se puede verificar el comportamiento virtual de la herramienta antes de la fabricación física. Para este caso, se ha cumplido el segundo proceso del contorneado y estos pasos que hasta aquí se han descrito, dan luces de cómo sería lo que viene, con el conocimiento previo sobre procesos de manufactura, manejo de máquinas-herramientas y diseño mecánico. Estas bases que de alguna forma se han tratado de presentar como soporte teórico en el pasaje segundo, ayudan a entender de mejor manera este manual y garantizar la adopción de la integración del software Catia V5R19 con la máquina HAAS VF3 que posee el Centro Internacional de Producción Limpia Lope del Sena Regional Nariño y otros centros más en el país. En seguida se describirán e ilustrarán algunos pasos distintos a los que hasta aquí se han presentado para dar mayor claridad y asegurar la comprensión de la temática, antes de pasar al último y definitivo pasaje de este manual. 43 Por ejemplo, para el caso del contorneado se puede volver a configurar el acercamiento de la herramienta al material, para evitar que se choque con el mismo, tal y como se ha explicado anteriormente, para lo cual se va a activar el acercamiento o approach haciendo clic derecho sobre la palabra del recuadro arriba en la siguiente figura y activándolo. Es ahí donde se debe eliminar la trayectoria que viene por defecto haciendo clic en el ícono marcado con la flecha 1. Porteriormente, se da clic en los íconos indicados por las flechas etiquetadas con el número 5 para elegir la nueva trayectoria. Para este caso se eligió una entrada con una curva y termina horizontalmente ingresando al material, para estos casos se puede modificar las distancias de la trayectoria lineal, dada en milímetros ó del radio de la curva tal y como se indica por la flecha 2. Es así como se optimiza el proceso, asegurando inicialmente a partir de la simulación que la herramienta va a cumplir eficientemente con su labor dentro del desarrollo de la pieza pretendido. En las siguientes figuras se puede apreciar cómo quedaría el proceso. 44 Fig 33. Cambio de los parámetros para la entrada de la herramienta. Fig 34. Visualización del mecanizado con el acercamiento modificado a la entrada. 45 Para el paso siguiente del desarrollo del mecanizado de la pieza se vuelve a realizar una operación de contorneado, eligiendo las caras y límites tal y como se ilustra en la siguiente figura. Con las flechas etiquetadas, se puede identificar las caras seleccionadas como soporte de la herramienta y su correspondiente cara en el material o pieza que hay que mecanizar. Los límites del punto 2 se deben definir en las cuatro líneas para delimitar de esta forma hasta donde o desde donde se va a ejecutar el proceso. En la cara identificada con la flecha 3 se puede observar hasta dónde se va a llegar. Fig 35. Selección de las caras y guías para la tercera operación. Los procesos que siguen en el mecanizado también utilizan el contorneado para ejecutar la operación respectiva. En la figura siguiente se puede ver, la asignación de los soportes y las caras tanto de la pieza a la cual se va a llegar, así como también de la herramienta a utilizar para este caso. Igual que en los casos anteriores, se debe configurar la fresa o herramienta a utilizar, asignando diámetros, radio de corte, longitud de corte, longitud de la herramienta y demás características. 46 Fig 36. Selección de caras y guías para el contorneado de las laterales Como los dos contornos que tienen un ángulo, son iguales para los procesos de mecanizado, debe repetirse el mismo procedimiento de contorneado con ambos y así se asegura el desarrollo hasta este punto de la pieza, para poder hacer una simulación que se aproxime a la realidad y obtener una idea tal y como se muestra en la siguiente figura. Fig 37. Simulación en tres dimensiones de los procesos hasta el momento. 47 A este punto ya se ha terminado de ejecutar todos y cada uno de los procesos de contorneado y planeado, los cuales se ejecutaron con la misma herramienta en este caso una fresa lineal de 50 mm de Diámetro, sin embargo, los procesos que hace falta seguir, tienen que ejecutarse con una fresa circular que permita hacer las perforaciones, tal y como se necesita, por lo cual ya hay que elegir otra herramienta y otro proceso. Para hacerlo, en este ejemplo, se puede ver la figura siguiente y con la flecha se indica el tipo de herramienta que se eligió. Fig 38. Selección de la herramienta para el fresado circular. En la siguiente figura se puede apreciar cómo se puede configurar los diferentes parámetros que incluyen, radios, diámetros y longitudes de la fresa circular que se va a usar. 48 Fig 39. Configuración de parámetros para fresa circular. En seguida, se puede apreciar cómo para este caso se deben elegir las caras de la herramienta y la pieza que se va a mecanizar. Para el caso de elegir, dónde hacer la perforación se deben elegir los cuatro círculos, tal y como se señala con las flechas marcadas con la etiqueta 2, para garantizar que el proceso de taladrado o perforación se ejecute en los cuatro lados. La profundidad y la velocidad de la herramienta se define igual que en el caso anterior, recorriendo las pestañas de la ventana Circular Milling.1 que aparece. 49 Fig 40. Selección de las caras para el proceso de perforación Se realiza el mismo proceso de mecanizado, haciendo su respectiva simulación para corregir errores y garantizar la eficiencia en su desarrollo. Son 4 perforaciones diferentes que se deben hacer para esta pieza por ejemplo, por cuanto los diámetros y profundidades varían de acuerdo al diseño generado inicialmente, por lo cual con dos fresas circulares diferentes se puede trabajar estas perforaciones. El elegir la trayectoria de la herramienta, los acercamientos al material, el retroceso de la herramienta desde el material hasta su posición inicial segura, también hacen parte de los parámetros que se deben tener en cuenta y analizar para lograr el objetivo. Las velocidades, longitudes, radios y demás medidas se logran alcanzar después de estudiar los procesos de manufactura y el diseño y desarrollo mecánico para este tipo de casos. Una vez, se haya terminado de plantear todos los procesos de mecanizado de las partes y piezas en el árbol de especificaciones, en la parte inferior izquierda, se desglosa una lista de recursos que permite identificar las herramientas utilizadas en la 50 consecución final de la pieza. Este listado se va actualizando a medida que se generen los procesos y se elijan las piezas que se van a usar. Fig 41. Lista de Recursos empleados hasta el momento. 51 4. Generación código ISO La máquina CNC HAAS VF3 lee un código ISO y a partir de éste código ejecuta ordenes y realiza procesos de mecanizado. Sin embargo, al hacer la fabricación virtual de la pieza en Catia V5 haciendo uso del módulo Catia Machining se genera un código APT. Para poder resolver este problema se hace uso de los postprocesadores que convierten el código generado en Catia tipo APT en un código ISO que la máquina es capaz de entenderlo. Los pasos que se describen a continuación, ilustrado por las diferentes figuran permiten un acercamiento al trabajo que hay que seguir para lograr obtener el código: Dar clic derecho en la opción Manufacturing Program.1 del árbol de especificaciones de la parte izquierda. En este momento se despliega una ventana, dar clic en Manufacturing program.1 object y luego en Generate NC Code Interactively Fig 42. Apertura de la ventana para generación de código ISO. 52 Inmediatamente, se abre una ventana que permite elegir entre otras características, el tipo de postprocesador a utilizar y la máquina para la cual se lo va hacer. Hay que recordar que previamente se analizó qué archivos hay que copiar para poder hacer este paso importante. En la siguiente figura se puede ver que aparece el rótulo de la máquina HAAS VF3 que finalmente es para la cual se genera el código de la pieza. Fig 43. Selección del postprocesador a utilizar para generar el código Se puede recorrer estas pestañas que aparecen en esta ventana y modificar algunos datos, entre otros por ejemplo, el directorio de almacenamiento del archivo de salida con el código ISO. Luego de hacer todas las correcciones necesarias hay que desplazarse hasta la parte inferior de la ventana y dar un clic en el ícono Execute como se muestra en la siguiente figura. 53 Fig 44. Ejecutando el programa para la generación del código. Al dar clic en execute aparece una nueva ventana para ingresar el código del programa. Se da clic en OK. Fig 45. Asignación de Nombre al programa generado. Se genera el código y aparece un mensaje informando que el código ha sido generado satisfactoriamente. Se acepta la información y se dirige a la ubicación seleccionada con el fin de observar el código generado. 54 Fig 46. Búsqueda del archivo generado en la ubicación asignada. Este archivo hay que abrirlo con bloc de notas y se puede observar línea por línea el código ISO generado que ya se puede llevar hasta la máquina por medio de un dispositivo de almacenamiento. Fig 47. Código generado para llevarlo a la máquina CNC HAAS VF3. 55 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES El poder utilizar una herramienta de diseño avanzado tan poderosa como lo es CATIA V5R19 garantiza que un proyecto de diseño y fabricación de piezas y partes va a dar muy buenos resultados y dará al cliente una aproximación real de lo que se le va a entregar sin necesidad de desperdiciar material alguno antes de validad los resultados. Los postprocesadores determinan que una máquina reciba un código capaz de entenderlo y ponerlo a funcionar para producir piezas, a partir, de un diseño realizado en un software de diseño avanzado, que generen un código de diferente extensión. El módulo Catia Machining contiene una serie de librerías e interfaces que benefician al usuario en el desarrollo del trabajo de mecanizado por cuanto le brinda los medios oportunos para que sus diseños sean fácilmente llevados a una realidad virtual. Este tipo de fabricación contribuye también a preservar el medio ambiente y la satisfacción de las dos partes involucradas en un proceso o proyecto. El poder desarrollar una herramienta didáctica para el centro en el cual adelanto mi trabajo y para el país en general, se constituye en un impulso para aplicar los conocimientos adquiridos durante la transferencia tecnológica en la Escuela Nacional de Ingenieros de Metz, de tal forma que garantice la aplicabilidad de la ingeniería de sistemas industriales, el apoyo a la formación y la aplicación de la estrategia PLM como pilares fundamentales en este período de tiempo. 56 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Mikell P. Groover. 2007. Fundamentos de Manufactura Moderna. Materiales, procesos y sistemas. México. Mc Graw Hill Interamericana.
