Aplicación de CATIA al mecanizado multieje y de alta velocidad

111 Pages·2012·5.81 MB·Spanish

by  Julio Hernández García

Proyecto

Fin de

Carrera

Aplicación de CATIA al mecanizado

multieje y de alta velocidad

Julio Hernández García
27320958-V
Índice de contenidos
ÍNDICE:
1 Introducción, motivación y objetivos del proyecto .............................................................................. 1
1.1 Introducción ................................................................................................................................. 1
1.2 Contenido del proyecto ................................................................................................................ 1
2 Fundamentos del empleo de CATIA en la simulación del mecanizado de 3 y 5 ejes ........................... 3
2.1 Objetivos del capítulo. .................................................................................................................. 3
2.2 El entorno de CATIA. Módulo de mecanizado. ............................................................................ 3
2.3 Inicio del mecanizado. Setup de una pieza. ................................................................................. 5
2.4 Operaciones básicas. .................................................................................................................... 9
2.5 Simulación del mecanizado ........................................................................................................ 14
2.6 Operaciones avanzadas. ............................................................................................................. 18
3 Características de las Maquinas-Herramienta y de los controles Heidenhain ................................... 29
3.1 Tipos de máquinas herramientas CNC ....................................................................................... 29
3.2 Configuración de centros de fresado de 5 ejes .......................................................................... 29
3.3 Mikron HSM 400U LP ................................................................................................................. 32
3.4 El control Heidenhain ................................................................................................................. 33
4 Generación de códigos de mecanizado. Post-procesado. Implementación y uso ............................. 35
4.1 Lenguajes de mecanizado. ......................................................................................................... 35
4.2 El post-procesador...................................................................................................................... 37
4.3 Obtención del código cnc en CATIA ........................................................................................... 41
4.4 Uso del IMSposT ......................................................................................................................... 45
5 Estrategias y trayectorias de mecanizado .......................................................................................... 49
5.1 Objetivos del capítulo ................................................................................................................. 49
5.2 MECANIZADO en 3, 3+2 y 5 ejes ................................................................................................ 49
5.3 Mecanizado de alta velocidad (HSM) ......................................................................................... 52
5.4 Estrategias avanzadas de mecanizado ....................................................................................... 63
6 Casos prácticos. Aplicaciones y ejemplos. .......................................................................................... 75
6.1 Primeros pasos: Setup de la pieza y operaciones básicas .......................................................... 76
6.2 Operaciones auxiliares y trayectorias. Simulación del mecanizado ........................................... 84
6.3 Post-procesado ........................................................................................................................... 93
6.4 Operaciones avanzadas. Multieje y HSM ................................................................................. 101
7 Conclusiones y desarrollo futuro...................................................................................................... 107
7.1 Conclusiones y desarrollo futuro .............................................................................................. 107
7.2 Bibliografía ................................................................................................................................ 109

i
1. Introducción, motivación y objetivos del proyecto
1 INTRODUCCIÓN, MOTIVACIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO

1.1 INTRODUCCIÓN
Este proyecto surge a raíz de la decisión del Departamento de Ingeniería Mecánica y de los Materiales
de actualizar la docencia en procesos de fabricación. Concretamente se desea avanzar en el
conocimiento del mecanizado por control numérico CNC. Para ello se adquirió un centro de mecanizado
de 5 ejes de la casa GF AgieCharmilles.

Aunque ya se tenía experiencia en CNC y la máquina trabajaba a la perfección, el centro de mecanizado
no está diseñado para realizar procesos de la forma tradicional, sino que utiliza una técnica denominada
“Mecanizado de Alta Velocidad” con una forma muy específica de trabajar. Además, la programación
para generar piezas con superficies y trayectorias tridimensionales no se puede realizar a pie de
máquina, sino que requiere la utilización de software específico de mecanizado asistido por computador
CAM.

Para poder utilizar todas las funcionalidades de la máquina y sacarle su máximo rendimiento al
aprendizaje con ella era necesario dotarse de nuevas herramientas, técnicas y conocimientos. Este es el
objetivo principal de este documento.

1.2 CONTENIDO DEL PROYECTO
1.2.1 Estructura del documento
Para determinar la organización de este proyecto, primero se identificó qué factores eran necesarios
para llevar a cabo el mecanizado en este centro con éxito y los agrupamos por capítulos. Cada uno está
orientado al aprendizaje en un área específica:

 Capitulo 2: responde a la necesidad más inmediata, la utilización de un software CAD/CAM para
poder generar los programas de piezas con superficies complejas. Por la familiaridad con el
programa, se decidió utilizar CATIA v5 r19. El objetivo no es crear una nueva documentación del
programa, sino citar los comandos y herramientas más importantes para el desarrollo de esta
tarea.
 Capitulo 3: contiene información acerca de las propias máquinas-herramienta: los tipos de
máquina, la configuración de su cinemática y el controlador. Esta información sirve de base para
entender capítulos posteriores.
 Capitulo 4: además de generar las trayectorias en 3D con un software CAM es necesario traducir
esos datos geométricos a un lenguaje de control numérico para que la máquina pueda
interpretarlo. Toda la información acerca de cómo se generan dichos códigos la incluimos en
este apartado.

1
1. Introducción, motivación y objetivos del proyecto
 Capitulo 5: el centro de mecanizado utiliza procesos en alta velocidad. Esta técnica requiere la
aplicación de una serie de estrategias y de factores a determinados. No solo hay que generar
trayectorias tridimensionales, sino que hay que saber cómo generarlas y el motivo de su
aplicación.
 Capitulo 6: responde a una necesidad dentro del propio proyecto. El aprendizaje de todos los
conceptos vistos en los temas anteriores requiere de una aplicación práctica. El capítulo 6
recoge una serie de ejemplos prácticos que aplican las ideas de otros capítulos y pretende crear
una metodología de trabajo evitando la creación de malos hábitos de programación.

Sin embargo, la lectura de estos capítulos no siempre deberá ser lineal, siendo necesario en ocasiones
pasar de unas secciones a otras. Esto es debido a que el mecanizado es un proceso complejo que
engloba la aplicación de todos estos conocimientos y no se puede avanzar en uno sin conocer los
demás.

1.2.2 Contenido adicional
El proyecto no se ha limitado a realizar un manual de uso de CATIA. Durante la realización del
documento se ha reunido diversa información adicional. Esto incluye una recopilación de artículos,
manuales, ejemplos de piezas y procesos en CATIA, la elaboración de un post-procesador específico para
nuestro centro de mecanizado, catálogos de herramientas, fórmulas y parámetros de mecanizado.

Todo ello se halla incluido en la documentación del proyecto, en formato digital o en forma de anexo.

2
2. Fundamentos del empleo de CATIA en la simulación del mecanizado de 3 y 5 ejes
2 FUNDAMENTOS DEL EMPLEO DE CATIA EN LA SIMULACIÓN DEL MECANIZADO DE 3 Y 5 EJES
2.1 OBJETIVOS DEL CAPÍTULO.
El objetivo de este capítulo es mostrar las distintas opciones que ofrece este software CAD/CAM y los
fundamentos básicos de su utilización y la metodología a aplicar. Su uso se complementa con los casos
prácticos del Capítulo 6. En ningún momento podremos considerarlo como un manual de referencia. Así
pues, para una mayor profundización en algunas funcionalidades o comandos del programa siempre
deberemos a acudir a manuales específicos o a la propia documentación de CATIA v5.
2.2 EL ENTORNO DE CATIA. MÓDULO DE MECANIZADO.
2.2.1 Módulos
CATIA v5r19 se organiza en distintos módulos, enfocado cada uno de ellos en unas funciones específicas.
Nosotros nos vamos a centrar únicamente en los 2 módulos de mecanizado: Machining y Machining
simulation. Estos se subdividen a su vez en otros 8 apartados (workbench) según las herramientas que
necesitemos en cada caso:

Figura 2-1
2.2.1.1 Machining
 Lathe Machining. Usado para mecanizados con torno.
 Prismatic Machining. Contiene las herramientas básicas de mecanizado en 3 ejes.
 Surface Machining. Muy útil para hacer mecanizados por áreas o para utilizar la sonda.
 Advanced Machining. Contiene las herramientas necesarias para hacer mecanizados más
complejos utilizando varios ejes. Como engloba a los otros módulos, nosotros trabajaremos
principalmente con este.
 NC Manufacturing Review. Está pensado para visualizar y editar las trayectorias de la
herramienta.
 STL Rapid Prototyping. Herramientas para el prototipado rápido.

3
2. Fundamentos del empleo de CATIA en la simulación del mecanizado de 3 y 5 ejes
2.2.1.2 Machining Simulation
 NC Machine Tool Simulation. Proporciona herramientas para el análisis con las máquinas
herramientas.
 NC Machine Tool Builder. Herramienta para construir tu propia máquina herramienta para hacer
simulaciones.
2.2.2 Opciones
Es posible editar las preferencias de las
operaciones de mecanizado.
Seleccionando en la barra de menú
tools>options accedemos al menú de
opciones. Si seleccionamos el apartado
“machining” aparecerán las diversas
pestañas. Volveremos aquí en apartados
posteriores, en especial a la pestaña
“output” donde trataremos el post-
procesado del programa.

Figura 2-2

2.2.3 Barras de herramientas
Además del menú de opciones, podemos
editar nuestras barras de herramientas: añadir
nuevas, eliminar, cambiar de sitio…etc. Esto es
bastante recomendable hacerlo al principio de
nuestro trabajo ya que la cantidad de
herramientas es enorme y así podremos
tenerlas todas bajo control. Para activar
nuevas barras de herramientas vamos a
view>toolbars y activamos/desactivamos
según nuestras preferencias. Para cambiarlas
de sitio o introducirla en alguna barra superior
o lateral tan solo tenemos que arrastrar la
barra de herramientas haciendo click izquierdo
a donde deseemos.

Figura 2-3
4
2. Fundamentos del empleo de CATIA en la simulación del mecanizado de 3 y 5 ejes
2.3 INICIO DEL MECANIZADO. SETUP DE UNA PIEZA.
2.3.1 Inicio del proceso
Asimilar la cantidad de botones, ventanas y comandos que componen un sistema CAD/CAM leyendo
simplemente un documento de texto es una labor muy difícil y tediosa. Por ello, para una mejor
comprensión de esta sección, es recomendable realizar el paso práctico 1.- Primeros pasos: Setup de la
pieza y operaciones básicas contenido en el capítulo 6 a la par que se lee este capítulo.

Para empezar un documento de proceso de mecanizado, lo primero que tenemos que hacer es una
preparación previa de esa pieza asignándole los recursos que necesitamos para el trabajo. Para crear un
proceso hay 2 maneras de comenzar:

a) Abrimos el documento “product” o “part” con la geometría de la pieza y luego seleccionamos el
módulo de mecanizado que queremos en el menú “Start”. Una operación y un programa de
mecanizado será automáticamente asignado a nuestra pieza.
b) Arrancamos el módulo de mecanizado y le asignamos una pieza o producto a nuestra operación.

2.3.2 Árbol de especificaciones
En este árbol encontramos todos los
elementos de nuestro mecanizado. Está
estructurado dividido en 3 partes
principales:

 En la lista de procesos se
encuentran las distintas
operaciones que le haremos a
nuestra pieza. Un mismo proceso
se puede componer de varias
secuencias de operaciones distintas
y a su vez cada una puede
componerse de distintos
programas.
Figura 2-4

 En la lista de productos encontramos la definición de las geometrías que necesitamos, como
nuestra pieza o el tocho de partida. Cuando necesitamos definir algún elemento de geometría
podemos seleccionarlo tanto en la representación 3D, pero en ocasiones es más sencillo
buscarlo directamente en el árbol.

 En la lista de recursos encontramos las herramientas y máquinas herramientas que utilizaremos
a lo largo de nuestro proceso. Las características de las herramientas y las máquinas las
podremos editar aquí también.

5
2. Fundamentos del empleo de CATIA en la simulación del mecanizado de 3 y 5 ejes

2.3.2.1 Part Operation

Un proceso se compone de una o varias “part operations” las
cuales, a su vez, contienen los programas.

Haciendo doble click en el icono nos aparecerá el menú
donde asignaremos todos los recursos necesarios a nuestra
operación:

 Nombre y comentarios.
 Máquina herramienta.
 Ejes de referencia.
 Selección de producto/pieza.
 Pestaña de geometrías.
 Pestaña de posiciones.
 Pestaña de simulación.
 Pestaña de opciones
 Pestaña de inspección de colisiones.
Figura 2-5

 Machine
Dentro del menú de “Part Operation” seleccionaremos
el tipo de máquina herramienta a usar en nuestro
proyecto. Podemos seleccionar algunas de las
máquinas genéricas que vienen en CATIA o bien hacer
click en el símbolo de la carpeta para seleccionar una
máquina hecha con el módulo “NC Machine Tool
Builder”.

 Reference Machine Axis System
Las coordenadas de salida del programa se expresan en
referencia a este sistema de coordenadas. Se podría
introducir más tarde sistemas de coordenadas locales
para determinadas operaciones.

Figura 2-6
 Product or Part
Seleccionamos el producto o pieza donde tenemos preparado el “setup” con la pieza a mecanizar y las
geometrías auxiliares, como el tocho, planos auxiliares, etc. Una vez seleccionado lo tendremos
disponible en el árbol de especificaciones en la rama “Product List”.

6
2. Fundamentos del empleo de CATIA en la simulación del mecanizado de 3 y 5 ejes
 Geometry Tab
Una vez seleccionado el producto con el “setup” podremos
definir en esta pestaña cual será nuestra geometría de
trabajo, el tocho para las simulaciones de eliminación de
material, las fijaciones para simular las posibles colisiones y
una serie de planos que se utilizan para generar las
Figura 2-7 trayectorias de la herramienta entre operaciones
haciéndolas pasar por posiciones seguras.
 Position Tab
En ella definimos las posiciones de cambio de herramienta, origen y posición central de la mesa.

 Simulation Tab
Definición de la precisión del tocho para la simulación.

 Option Tab
Podremos activar en esta pestaña la generación automática de tochos intermedios, tochos para
torneados y sistemas de ejes para torneados.

 Collision Checking Tab
Solo para fresados. Se activa la detección automática de colisiones de la herramienta y el
portaherramientas con la pieza o las fijaciones.

Para comenzar a programar un mecanizado, lo primero que tenemos que hacer es definir la máquina,
los ejes de referencia y el archivo “product” o “part” que contiene las geometrías. También es necesario
definir en la pestaña de geometría la pieza de diseño y la geometría del tocho.

Hay que tener en cuenta que un mismo proceso puede contener más de un “part operation”, ya que
cada uno representa una serie de operaciones independientes que se le hacen a la pieza y no tienen ni
siquiera por qué ser en la misma máquina. Un ejemplo de esto podría ser una pieza que necesita un
cambio de posición en la máquina para ser mecanizada por completo (véase figuras 8 y 9).

Figura 2-9 Figura 2-8

7
2. Fundamentos del empleo de CATIA en la simulación del mecanizado de 3 y 5 ejes
2.3.2.2 Manufacturing Program

En el árbol de especificaciones nos encontramos con el programa que estamos haciendo para esta “Part
Operation”. En él se incluyen los cambios de herramienta necesarios, la definición de las operaciones de
mecanizado y las trayectorias de transición entre las distintas operaciones.
Figura 2-10
Figura 2-11
Haciendo doble “click” sobre el icono del programa en el árbol abrimos el menú del programa, pudiendo
cambiarle el nombre y añadir comentarios. Además, podremos acceder a las simulaciones del
mecanizado:
 Machine simulation. Pasamos al módulo “NC Machine Tool Simulation”
 Video simulation. Video de simulación con eliminación de material.
 Tool path replay. Podemos reproducir directamente las trayectorias programadas.

2.3.2.3 Product List

En el árbol encontramos los productos seleccionados para nuestro
mecanizado: La geometría de la pieza, el tocho para las
simulaciones, las fijaciones y planos auxiliares. Podemos usar esta
lista para seleccionar geometrías concretas más fácilmente o para
ocultar aquellas que nos resulten molestas.
2.3.2.4 Resources List

En esta lista encontramos todas las herramientas que hemos
definido así como la máquina herramienta que usaremos.
Figura 2-12
8