Figura 28.- Pestaña de macros
3.4.- Módulos de mecanizado en 3 ejes
En este apartado se va a realizar en algunos casos una breve descripción de las operaciones básicas de mecanizado. Al ser estas ampliamente conocidas solo se va a exponer brevemente la función de la operación y algunos detalles relevantes. A continuación, se muestran los nombres y los iconos de las distintas operaciones tanto para operaciones de fresado como para operaciones de mecanizado axial.
31
Drilling
Spot drilling
Drilling dwell delay
Drilling deep hole
Drilling break chips
Tapping
Reserve threading
Thread without tap head
Boring
Boring and chanfering
Boring spindle stop Reaming Counter boring Counter sinking
Pocketing: Utilizada para realizar cajeados
Plunge milling: Utilizada para realizar ranuras y cavidades Profile contouring: Utilizada para obtener contornos Facing: Utilizada para obtener superficies planas
Curve following: Obliga a la fresa a seguir una línea o curva Groove milling: Utilizado para el fresado de ranuras
Point to point: Se utiliza para crear mediante puntos la trayectoria. Prismatic roughing: Se utiliza para desbastar
32
3.5.- Módulos de mecanizado en 5 ejes
En este apartado se va a describir las operaciones avanzadas más importantes contenidas en el módulo Advanced Machining. Este tipo de operaciones cobran una gran importancia ya que utilizan varios ejes de movimiento de forma simultánea. Muchas de estas operaciones que vamos a citar para 3 ejes tienen su equivalente en 5 ejes, definiéndose con los mismos parámetros más los específicos a la orientación espacial de la herramienta.
Puesto que existe un gran número de operaciones en este módulo, las mismas se van a enumerar describiéndose sus características más importantes sin entrar en profundidad en sus detalles de definición.
3.5.1.- Operaciones de desbaste
Las operaciones de desbaste tienen por característica la gran eliminación de material de tocho de mecanizado, por lo que estas operaciones siempre se realizan al inicio del programa de mecanizado. Otra característica de este tipo de operaciones es que se realizan dando varias pasadas y dejando un material remanente llamado creces de mecanizado, este material se eliminará posteriormente con las operaciones de acabado.
En este tipo de operaciones, Catia calcula el material que debe eliminarse y determina las trayectorias necesarias para ello a partir del tocho de partida. En la Figura 73, pueden observarse los distintos comandos contenidos en Catia para llevar a cabo operaciones de desbaste.
Chanfering two sides Back boring
T-slotting Circular milling Thread milling
Sequential axial machining Sequential Groove machining
33 Figura 29.- Operaciones de desbaste
Pasan ahora a describirse brevemente y por orden los comandos que aparecen en la Figura 73.
Roughing: Este comando es un desbastado básico en niveles Z. Esta operación
proporciona trayectorias a través de los tres ejes de forma simultánea, aunque no hay cambio de orientación en el eje de la herramienta (que siempre permanece paralelo a Z). Esta operación dispone de gran variedad de estilos de mecanizado, así como la posibilidad de realizarla mediante mecanizado de alta velocidad o mediante mecanizado trocoidal. En la Figura 74, puede observarse el tipo de estrategia de mecanizado helicoidal.
Figura 30.- Estrategia helicoidal
Sweep roughing: Este comando realiza un desbastado por barrido. Aplica distintos
offsets para obtener finalmente una configuración muy cercana a la pieza definitiva. Estos offsets que se aplican pueden ser de altura progresiva, de altura fija o de altura de entrada fija, que es el que se observa en la Figura 75.
34 Figura 31.- Altura de entrada fija
Cavities Roughing: Operación especial para piezas con muchas cavidades. Es necesario
decir que la operación de Roughing también puede ser válida para esta tarea, aunque la operación de Cavities roughing es más específica para esta trabajo y presenta una mayor variedad de opciones.
Figura 32.- Cavities roughing
Plunge milling: Esta operación consiste en un desbaste por penetración. Se aplican
varias entradas axiales al material a modo de taladro para reducir cantidad de material y facilitar el desbastado de cavidades profundas.
35 Figura 33.- Pestaña de estrategia de Plunge milling
3.5.2.- Operaciones de repaso
Dentro de este apartado se encuentra la operación Pencil, la cual es útil para mecanizar los bordes entre dos superficies previamente mecanizadas. Esta operación adquiere importancia cuando a las anteriores operaciones se les ha asignado un offset de profundidad y por tanto los bordes entre dos superficies no quedan claramente definidos.
Figura 34.- Pestaña de estrategia de operación de remecanizado
3.5.3.- Operaciones de semiacabado
Las operaciones de acabado o de semiacabado tienen la finalidad de dejar el mecanizado en su situación final, por lo que estas operaciones presentan un mejor
36
control sobre las trayectorias ya que un fallo en este tipo de operaciones puede ser fatal para el resultado del mecanizado. Catia contiene este tipo de operaciones para 3 y 5 ejes como puede observarse en la figura 79 donde aparecen por orden de izquierda a derecha las operaciones Sweeping, 4-axis curve sweeping y Multi-axis sweeping para 3, 4 y 5 ejes.
3.5.3.1.- Sweeping/4-axis sweeping/Multi-axis sweeping
Este tipo de operaciones se conocen como operaciones de barrido que presentan trayectorias tridimensionales precisas dejando un buen acabado. Como punto negativo es necesario decir que este tipo de operaciones no se adapta demasiado bien a escalones y cambios abruptos en la forma de la pieza a mecanizar.
Figura 35.- Sweeping/4-axis sweeping/Multi-axis sweeping
Figura 36.- Pestaña de estrategia de la operación Sweeping
3.5.3.2.- ZLevel machining/Multi-axis tube machining
Esta ventana contiene a dos tipos de operaciones, que pasan a ser descritas de izquierda a derecha según la figura 81. El ZLevel machining que consiste en una operación de 3 ejes para pasadas en el eje Z siguiendo el contorno de la pieza. Mientras que el Multi-axis tube machining es una operación para realizar mecanizados en superficies interiores de forma tubular siguiendo el eje de la propia superficie.
37 Figura 37.- Z level machining/ Multi-axis tube machining
3.5.3.3.- Contour driven/Isoparametric/Multi-axis contour driven
En esta ventana se recogen dos tipos distintos de operaciones, por un lado se encuentran las operaciones de Contour driven tanto para 3 como para 5 ejes, situadas a la izquierda y a la derecha de la ventana de comandos de la figura 82 y por otro lado se encuentra la operación de Isoparametric.
Las operaciones de Contour driven están destinadas a generar trayectorias de mecanizado mediante la utilización de los distintos contornos de la pieza a fabricar. Por otro lado, la operación de Isoparametric permite mecanizar superficies de forma variable adaptando la trayectoria para conseguir un mecanizado adecuado; hablando de forma profana podría decirse que la trayectoria calculada crea una especie de curvas de nivel que van barriendo la superficie de la pieza.
38 Figura 39.- Isoparametric
3.5.3.4.- Spiral/Multi-axis spiral
Estos comandos recogidos en la figura 84, se utilizan para mecanizados de superficies planas o prácticamente planas, en las cuales el mecanizado con trayectoria en espiral proporciona unos muy buenos resultados, además de ser uno de los comandos más sencillos de utilizar para los programadores.
39 Figura 41.- Pestaña de geometría de Spiral
3.5.3.5.- 4-axis pocketing
Operación similar a la operación Pocketing en el mecanizado de 3 ejes, pero destinadas a cajeados en 4 ejes como puede observarse en la Figura 86.
Figura 42.- 4-axis pocketing
40
3.5.3.6.- Profile contouring/Groove milling/Multi-axis curve machining/Multi-axis flank contouring
Figura 44.- Profile contouring/Groove milling/Multi-axis curve machining/Multi-axis flank contouring
En esta ventana aparecen cuatro comandos de mecanizado como puede observarse en la figura 88. El primero de ellos es el de Profile contouring, del que se habló en el apartado 4.2.2 dentro de la operaciones básicas de mecanizado. El segundo comando de mecanizado es el Groove milling, usado para la realización de surcos o ranuras, como puede observarse en la figura…
Figura 45.- Groove milling
El tercero de los comandos es el de Multi-axis curve machining, éste es la versión en 5 ejes del comando Curve following del apartado 4.2.2, diferenciándose en que en este se puede controlar la orientación del husillo.
Por último, se encuentra el comando Multi-axis flank contouring que también es una versión de 5 ejes del comando del apartado 4.2.2 Profile contouring. Su función es la de permitir realizar contornos inclinados como se puede observar en la figura 90 que muestra la pestaña de geometría.
41 Figura 46.- Pestaña de geometría de Multi-axis flank contouring
3.5.3.7.- Multi-axis hélix
Figura 47.- Multi-axis hélix
Este comando puede considerarse un comando especial dentro de Catia ya que debido a la gran importancia que tiene en las distintas industrias, tanto aeronáutica como naval o automovilística, el mecanizado de álabes para turbinas o compresores. Por este motivo este comando incorpora una estrategia especialmente diseñada para facilitar el mecanizado de este tipo de superficies.
Como puede suponerse este mecanizado es bastante complejo ya que requiere tanto de la consecución de un buen acabado superficial con un control estricto de las dimensiones, como de la necesidad de evitar colisiones con otros álabes que suelen presentarse en las configuraciones radiales de compresores y turbinas.
42 Figura 48.- Pestaña de estrategia de Multi-axis helix
43
3.6.- Generación de códigos de control numérico
Los apartados anteriores han servido tanto para aprender sobre la construcción virtual de la máquina herramienta Mikron, así como para comprender las distintas operaciones de mecanizado por control numérico disponibles en Catia.
Con esta información ya es posible definir, de manera gráfica e interactiva, las operaciones y movimientos que debe realizar la máquina herramienta de control numérico a partir del tocho inicial para llegar a materializar el diseño del objeto real. Dichas operaciones, se indican a la máquina mediante un programa de control numérico escrito en un lenguaje comprensible para la máquina. Aunque en la industria existen dos lenguajes de programación principalmente, como son el APT y el ISO, en este documento se va a explicar también el lenguaje particular de la máquina herramienta.
A continuación se pasa a comentar el código APT de control numérico y posteriormente, a detallar el método de obtención del código de control numérico mediante Catia.
3.6.1.- Lenguaje APT
El lenguaje APT (Automatically Programmed Tooling) es un lenguaje de alto nivel, en el sentido en que posee sentencias de complejo significado geométrico que una máquina elemental de control numérico no podría interpretar. Es un lenguaje orientado a la geometría, lo que significa que el programa describe la trayectoria de la herramienta. Estas sentencias que describen la geometría pueden dar la información tanto de puntos y líneas como describir superficies complejas creadas mediante splines.
44 Figura 50.- Ejemplo de programa en lenguaje APT
3.6.2.- Obtención del código APT en Catia V5
En este apartado se va a explicar la forma de obtener el código APT con Catia, la obtención del código ISO se realizaría de una forma similar.
Una vez realizado el programa de mecanizado con el módulo correspondiente de Catia V5 es necesario activar el comando “Generate NC output in interactive mode”. En la pestaña In/Out se seleccionaría el archivo CATProcess del cual se pueden obtener los códigos APT por Part Operations o por Programs de forma individual.
45 Figura 51.- Generate NC Output
En esta pestaña se selecciona el lenguaje en el que se quiere obtener el código, en este caso APT. En este punto también es posible conseguir archivos con distintas partes del código, ya se quiera un archivo con todo el proceso de mecanizado, un archivo por cada programa o un archivo por cada operación. Esta opción es útil para programas de gran extensión, donde la obtención de varios archivos puede ser necesaria.
Con la definición de los parámetros de las pestañas “Tools Motions” y “Formatting”, ya sería suficiente para generar el código APT. Comentar que estas pestañas se usan para definir la sintaxis de los movimientos y del formato de las coordenadas respectivamente.
3.7.- Postprocesado
Antes de definir la función del postprocesado, se van a explicar someramente los otros dos lenguajes de control numérico referenciados en este documento, como son el lenguaje ISO y el lenguaje Heidenhain.
46 3.7.1.- Lenguaje ISO
El lenguaje ISO, también conocido como “palabras G” es el lenguaje que interpretan la totalidad de la máquinas herramientas de hoy en día, aunque existen pequeñas variaciones de un fabricante a otro. Es por tanto un lenguaje de bajo nivel.
EL código consiste en una serie de líneas numeradas con comandos (palabras G) seguidos de números y parámetros. También se suelen incluir los parámetros de velocidad de avance (F) y de velocidad del husillo (S)
Figura 52.- Comandos lenguaje ISO
Además de los comandos referidos a la geometría y a la velocidad, este lenguaje también incorpora funciones auxiliares para activar procesos de la máquina (palabras M).
Como se comentó anteriormente, prácticamente la totalidad de los controladores pueden leer este lenguaje. La desventaja principal que presenta es que no está optimizado para ningún controlador en concreto, además la programación en lenguaje ISO “a pie de máquina” es poco intuitiva, por lo que la mayoría de los fabricantes han optado por crear su propio lenguaje.
47 Figura 53.- Ejemplo de lenguaje ISO
3.7.2.- El lenguaje conversacional Heidenhain
La mayoría de los lenguajes de los distintos fabricantes de máquinas herramientas suelen diferir poco del lenguaje ISO. Utilizan la misma estructura del lenguaje ISO pero incluyendo muchas funciones propias adicionales que suplen las carencias del lenguaje ISO para trayectorias complejas, así como para otras funciones.
El lenguaje Heidenhain se caracteriza por ser un lenguaje de programación conversacional. Esta característica se refleja en el hecho de que al programarlo “a pie de máquina” es un lenguaje sencillo e intuitivo. Cuando el operador de máquina introduce una orden de desplazamiento de la herramienta, el controlador le va solicitando los distintos parámetros necesarios para la correcta definición de la operación.
Debido al hecho de que cada fabricante carga en su máquina un lenguaje distinto es necesario el uso de “traductores” llamados post-procesadores que realizan la función de traducir los lenguajes complejos al lenguaje máquina.
3.7.3.- Función del postprocesado
Hasta este punto se han explicado los distintos lenguajes así como la obtención de un código APT, sin embargo si el objetivo es generar un archivo de control numérico es necesario hacer uso de la última pestaña de la Figura…., en ella puede elegirse el post procesador con el que Catia “traducirá” el lenguaje APT conseguido hasta el lenguaje de la máquina en cuestión.
48
Es necesario definir de forma clara la función del post procesador. El post procesador es un elemento intermedio, ya sea un programa externo o interno del software CAM, que convierte un programa de mecanizado en un lenguaje universal (como el ISO o el APT) en el lenguaje propio de su centro de mecanizado. Debido a esto, la programación de un mecanizado es independiente de la máquina herramienta que va a fabricar la pieza.
Las funciones de un post procesador también incluyen la conversión de las coordenadas de las trayectorias en órdenes de movimiento para la máquina, realizado en ocasiones compensaciones según el tipo de máquina, las herramientas disponibles y según las velocidades de avance y de husillo. Este hecho provoca que cada compañía de máquinas herramienta disponga de su propio post procesador adaptado a sus máquinas.
Por último, es necesario mencionar dentro de este apartado el software Winpost, utilizado para “traducir” de un lenguaje de mecanizado a otro. En la figura a continuación puede verse la apariencia de este software. Este programa muestra en paralelo el código de inicio (en este caso en lenguaje APT) y a su derecha el código obtenido (en este caso, ISO).
Figura 54.- Vista del software Winpost.
El estudio del postprocesado no es el objetivo de este proyecto por lo que no se ha profundizado en el uso de este software. Éste puede ser un buen inicio para proyectos futuros.
49