Aplicación de CATIA al mecanizado multieje y de alta...

Proyecto Fin de Carrera

Julio Hernández García

27320958-V

Aplicación de CATIA al mecanizado multieje y de alta velocidad

Índice de contenidos

i

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

1. Introducción, motivación y objetivos del proyecto

1

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. Introducción, motivación y objetivos del proyecto

2

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

3

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.


4

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.

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 2-2

Figura 2-3


5

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.

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.

Figura 2-4


6

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.

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.

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”.

Figura 2-6

Figura 2-5


7

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

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 2-7

Figura 2-9 Figura 2-8


8

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.

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


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2.3.3 Tabla de procesos

Además del árbol de especificaciones

disponemos de otros elementos para

visualizar nuestras operaciones. Una manera

de verlos todos cómodamente es en una

tabla de proceso.

Accedemos a ella haciendo “click” derecho

en “part operation” y a continuación

seleccionamos “Process Table” .

En esta tabla nos aparecen nuestras operaciones en orden. Además de poder verlo ordenado y

organizar los datos por columnas según nos convenga, esta tabla nos permite editar algunas

propiedades básicas de las operaciones, como pueden ser las velocidades de avance o la velocidad de

giro del husillo.

2.4 OPERACIONES BÁSICAS.

2.4.1 Cambio de herramienta

Para realizar una operación de mecanizado necesitamos definir

primero una herramienta. Esta operación la encontramos en la

barra de operaciones auxiliares donde podemos desplegar un

submenú para escoger la herramienta. Realmente no

necesitamos hacer esto, ya que cuando definimos una

operación cualquiera una herramienta será asignada

automáticamente y podremos editarla en el menú emergente.

2.4.1.1 Definición de herramienta

En este menú podemos utilizar herramientas que se

encuentren ya definida en nuestro documento o en otros

procesos. También disponemos de un amplio abanico de

opciones para crear y editar nuestras propias herramientas.

Las operaciones de torneado disponen de un menú similar para

editar las herramientas de plaquitas intercambiables.

Figura 2-13

Figura 2-14


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2.4.1.2 Definición del porta herramientas

En la siguiente pestaña podremos editar los

portaherramientas. Podemos usar uno ya creado o

bien diseñar uno nuevo. Podremos añadir más

escalones y cambiar los diámetros y conicidad para

ajustarlo a nuestro modelo.

2.4.1.3 Pestaña de sintaxis

En esta pestaña se introducen instrucciones para el

post-procesador a la hora de general el código NC.

2.4.2 Introducir operaciones

Cuando seleccionamos una operación de mecanizado se añade al árbol del programa junto a una

herramienta por defecto (si no la habíamos definido previamente) y se abre una ventana donde

definiremos todos los parámetros necesarios. Esta ventana cuenta a su vez con una serie de pestañas.

En las imágenes de ejemplo vamos a hacer un cajeado.

2.4.2.1 Pestaña de geometría

En la pestaña de geometría es donde definimos los

parámetros necesarios para que la operación quede

bien definida. En la Figura 2-14 vemos esta pestaña

para un cajeado. Las superficies en rojo indican que

aun no se han definido los parámetros mínimos

necesarios para hacer la operación. Además están las

superficies rosas que son auxiliares. No es necesario

definirlas todas pero es recomendable pues nos

ayudan luego para facilitar los cálculos de trayectorias.

Una vez tenemos todos los parámetros definidos, el

icono de la pestaña aparecerá en verde, indicando que

ya está listo. Esto ocurre con todas las pestañas.

La mayoría ya aparece en verde porque CATIA asigna

valores por defectos, pero hay que editarlos para que

la operación quede bien definida.

Una vez todo este definido tenemos que hacer “click”

en “Tool Path Replay” para que se calcule la

trayectoria y podamos visualizarla.

Figura 2-15

Figura 2-16


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2.4.2.2 Parámetros de estrategia

Esta es la parte realmente importante a estudiar.

Aquí decidimos como hace la herramienta su

trayectoria. Definimos la orientación de la

herramienta, estilo del camino, distancia entre

pasadas, etc. Existen muchas estrategias distintas y cada una nos será útil según el tipo de mecanizado

que vayamos a hacer. Comprender estas estrategias es el objetivo de este documento así que

volveremos aquí más adelante.

2.4.2.3 Pestaña de herramientas

Esta pestaña es básicamente la misma que la explicada en el

apartado anterior.

2.4.2.4 Pestaña de velocidades

Las velocidades de corte podemos definirlas en esta pestaña. Es

posible no solo seleccionar la velocidad de la operación, si no que

podremos fijar también la de los tramos de aproximación y

alejamiento de la herramienta o imponer reducciones de velocidad

cuando la herramienta se acerque a una esquina.

2.4.2.5 Macros

En el apartado de macros damos los retoques finales

a nuestra operación seleccionando trayectorias

auxiliares. Las trayectorias de aproximación y de

separación de la herramienta, así como otros

movimientos que no sean de mecanizado las

definiremos aquí.

Normalmente estas macros están desactivadas, así

que si queremos utilizar una deberemos hacer “click

derecho” en el icono de la izquierda de la macro y

activarla.

Figura 2-17

Figura 2-18

Figura 2-19


12

Podemos encontrar numerosas operaciones en los diferentes módulos. El nuestro objetivo no es

explicar con detalle cómo se definen cada una de las operaciones, pero si vamos a citar las operaciones

más básicas que vienen en el módulo de “Prismatic Machining”:

Operaciones de fresado

Pocketing

Facing

Profile contouring

Curve following

Groove milling

Point to point

Plunge milling

Prismatic roughing

Operaciones de mecanizado axial

Spot Drilling

Drilling

Drilling Dwell Delay

Drilling Deep Hole

Drilling Break Chips

Reaming

Counterboring

Boring

Boring Spindle Stop

Boring and Chamfering

Back Boring

Tapping

Reverse Threading

Thread without Tap Head

Thread Milling

Countersinking

Chamfering Two Sides

T-Slotting

Circular Milling

Sequential Axial Machining

Sequential Groove Machining

2.4.3 Caminos de transición

Una vez acabadas de definir todas las

operaciones de nuestro mecanizado, es

necesario describir las trayectorias que hace

la herramienta entre cada operación para

evitar colisiones. Es necesario haber

definido previamente en la pestaña de

geometrias de “Part operation”

algunas geometrias auxiliares, como los

“Transverse box planes” y una máquina

herramienta con un modelo 3D que simule

su cinemática.

Figura 2-20


13

El comando “Generate Transition Paths” sirve para generar esos caminos. En el menú tenemos

diversas opciones para ello. Podremos definir movimientos perpendiculares a los planos de transición o

según el eje de operación. Si la máquina lo permite, es posible incluir también giros en el eje de la

herramienta.

Otras operaciones posibles son borrar

todos los caminos generados o

bien actualizar si hemos cambiado

datos en la geometría .

2.4.4 Procesos de mecanizado

En ocasiones tenemos que hacer la misma secuencia de operaciones una y otra vez, como pudiera ser

una operación de punteado-taladrado-avellanado. En estos casos es muy recomendable guardar este

ciclo en un catálogo al que podamos recurrir rápidamente. Esto ahorra a la larga mucho tiempo de

programación. Cuando uno optimiza la forma de hacer esa operación, el resto de los programadores se

beneficia si usan el mismo catálogo.

Al abrir la ventana con “machining process

view” podemos crear nuevos procesos con

“machining process”. El método es añadir

operaciones como si fuera nuestro programa.

Podemos editar con “click” derecho cada operación

para asignarle fórmulas que asignarán valores

automáticos y controles que comprobará que se

cumplen ciertos valores.

Para asignar nuestro proceso abrimos el catálogo y lo seleccionamos. Le asignamos la geometría

donde lo vamos a aplicar y también el nivel de programa donde decidimos insertarlo.

Figura 2-21

Figura 2-22



14

2.5 SIMULACIÓN DEL MECANIZADO

Una de las características más ventajosas de los sistemas CAD/CAM actuales es que podemos simular

con precisión todos los movimientos de nuestra herramienta y de la máquina. Esto agiliza la

programación ya que podemos visualizar fácilmente nuestro trabajo y nos permite hacer chequeos de

colisiones entre la herramienta, la máquina, la pieza y las fijaciones evitando así errores de

programación que podrían provocar un accidente.

CATIA v5 nos ofrece básicamente 3 sistemas de visualización de nuestro trabajo, cada uno de los cuales

cumple con una función específica:

“tool path replay” para la visualización de trayectorias.

“video simulation” para las simulaciones de eliminación de material.

“Machine simulation” para simular los movimientos de la máquina-herramienta.

2.5.1 Tool Path Replay

Una vez que hemos acabado de definir las operaciones

hay que comprobar que las trayectorias están

correctamente definidas. Lo primero que necesitamos

hacer es que CATIA v5 nos calcule las trayectorias si no

lo hemos hecho previamente. Para ello seleccionamos

la operación y con “click derecho” le damos a

“Compute Tool Path”. Esto es necesario hacerlo cada

vez que hagamos un cambio en la operación.

Con el botón “Replay Tool Path” accedemos al menú para visualizar las trayectorias y la

herramienta. En el menú podremos ver diversas opciones de reproducción, así como los tiempos

estimados para esa operación y el mecanizado completo. También podemos comprobar el alcance de la

herramienta y las colisiones.

Podemos reproducir la trayectoria de distintas maneras:

En continuo

Por planos

Por tramos de velocidades

Por puntos

Pausando en órdenes del post-procesador

Por secciones

Figura 2-25


15

Los modos de visualización (barra izquierda) nos permiten definir como vemos la

herramienta conforme avanza en la trayectoria. Podemos representar el eje de

rotación o la misma herramienta a lo largo de la trayectoria. Este modo cobra su

importancia en mecanizados de 4 y 5 ejes, donde no solo hay que controlar qué

camino sigue la herramienta, sino la orientación que tiene en cada momento. La

siguiente opción es representar los tramos de la trayectoria con distintos colores.

En la barra de la derecha vemos las opciones de representación de los puntos de

contacto y central de la herramienta.

Si accedemos al menú tools>options>machining, la

pestaña general nos permite cambiar los colores de

los tramos de nuestra trayectoria en función al tipo

de recorrido que se esté realizando. Es útil cuando las

trayectorias están muy cercas unas de otras y es difícil

distinguir a qué pertenece cada tramo.

También nos permite definir si vemos la trayectoria

del punto central de la herramienta o de la punta (en

caso de herramientas de punta redonda) y visualizar

los círculos como arcos completos y no subdividido en

puntos.

Por último, la barra de animación nos permite avanzar o retroceder a lo largo de nuestra trayectoria,

visualizar posiciones concretas y aumentar o disminuir la velocidad de simulación. Los valores de abajo

nos dan las coordenadas de la herramienta y su orientación axial, así como el tiempo estimado de

mecanizado con los parámetros incluidos. En este tiempo no entran los cambios de herramienta.

Existen otras funciones de visualización de operaciones auxiliares y generación de informes de colisión

que no vamos a ver ahora. También podemos en esta ventana podremos acceder además a las otras 2

opciones de simulación: “Video Simulation” y “Machine Simulation”.


Figura 2-26


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2.5.2 Video Simulation

Este es el modo de simulación con eliminación de material. Es necesario tener definido un tocho de

partida en nuestro “Setup”, de lo contrario CATIA nos asignara uno por defecto. Si bien en este modo de

visualización no tenemos mucho control sobre la trayectoria exacta que sigue la herramienta, sí que es

muy útil para comprobar que obtenemos la pieza deseada y no nos dejamos partes sin mecanizar o ver

si las trayectorias de transición colisionan con el tocho.

El menú es similar al de “Tool Path Replay”, pero cambian algunas de las opciones disponibles.

El análisis de geometría es una de las herramientas más útiles con las que contamos. Nos permite

realizar mediciones sobre la pieza resultante después de mecanizar y también nos permite realizar

análisis de material remanente que indica las zonas en las que tenemos que volver a trabajar.

Para el análisis de material remanente podemos

definir una serie de profundidades y asignarle

rangos de colores para saber, de un vistazo, qué

zonas se encuentran dentro de nuestras

tolerancias y cuáles no. Si activamos la opción

“gouge” no solo vemos el material que nos

hemos dejado en exceso, sino también por

defecto, ya que es posible que alguna trayectoria

esté mal calculada y penetre demasiado en la

pieza.

La geometría final no siempre coincide con la pieza de diseño. Esto depende de

las herramientas y el proceso utilizado. Para conocer con detalle las medidas de la

pieza resultante podemos utilizar una serie de herramientas de medición.

Podemos medir entre distintos puntos, medir superficies y también arcos. Se

pueden resaltar los puntos de los vértices para hacer más sencillo el proceso.

Una vez realizada la simulación, podemos abrir el menú de guardado y almacenamos el resultado

como un archivo .CATProduct para trabajar posteriormente con ella.

Figura 2-29

Figura 2-30

Figura 2-31


17

2.5.3 Machine Simulation

El tercer modo de simulación está orientado a la visualización

del movimiento de la máquina-herramienta. Para poder

utilizar este modo es necesario disponer de un modelo 3D de

nuestra máquina con la cinemática interna definida. Si no lo

tenemos, en el módulo de “machine simulation -> NC

Machine Tool Builder” podemos diseñar nuestro dispositivo.

Este módulo no obstante se sale de los objetivos del capítulo

y no vamos a explicar su uso.

Para empezar a utilizar esta simulación, lo primero es

asignarle una máquina a nuestra operación. Dentro del menú

de “Part Operation -> Machine” seleccionaremos el tipo

de máquina herramienta a usar en nuestro proyecto. En este

caso no podemos seleccionar algunas de las máquinas

genéricas que vienen en CATIA, sino que debemos hacer click

en el símbolo de la carpeta para seleccionar nuestro modelo

de máquina-herramienta.

Lo siguiente es posicionar la pieza en la máquina. Con

el botón “workpiece automatic mount” la

ubicamos en el punto de montaje definido en las

características de la máquina.

A partir de aquí ya podemos iniciar las simulaciones.

Podemos hacerlas utilizando las trayectorias de CATIA

o utilizando el código NC generado por el programa.

Esto último también lo podemos hacer en el video de

eliminación de material si le asignamos una máquina-

herramienta.

En este modo podemos analizar colisiones con detalle y, si es

necesario, podemos editar las trayectorias para evitar el impacto.

Para ello hacemos click derecho en cualquier lugar de la

trayectoria y seleccionamos “modify tool path” .

Figura 2-32

Figura 2-33

Figura 2-34


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2.6 OPERACIONES AVANZADAS.

En este apartado vamos a explicar las distintas opciones disponibles para editar nuestras trayectorias y

aplicarles operaciones de transformación, movimientos de máquina e instrucciones de post-procesado,

así como la implantación de diversas estrategias de mecanizado. Antes de empezar a explicar cómo

aplicar las distintas estrategias y operaciones avanzadas de mecanizado con CATIA v5, como el

mecanizado de alta velocidad o los patrones trocoidales, es necesario entender en qué consisten y

cuando es realmente útil o necesaria su aplicación. En el capítulo 5 encontraremos una explicación

detallada de la tecnología de estas nuevas técnicas, por lo que es recomendable su lectura en este

punto.

2.6.1 Operaciones auxiliares

En la barra de herramientas llamada “auxiliary operations”

disponemos de una serie de operaciones que permiten

insertar cambios en el programa. La primera de ellas “insert

tool change” ya la conocemos de apartados anteriores.

Normalmente el cambio de herramienta se realiza

automáticamente al insertar una operación. Este comando

nos permite hacerlo manualmente. El comando “machine

instruction” sirve para darle órdenes a la máquina-herramienta y “head change” es para el caso de

cabezales intercambiables. No pretendemos entrar en el uso de las máquinas, así que no entraremos en

detalle.

2.6.1.1 Machine rotation

En el árbol de especificaciones, hacemos click en la operación tras la

que queremos que se una la rotación. Si tenemos seleccionada un

modelo propio de máquina herramienta, nos aparecerá el menú de la

figura 2-33. Si, por el contrario, tenemos seleccionada una máquina

genérica, el menú tendrá 2 atributos extra: eje de rotación (A, B ó C) y

categoría (mesa o cabezal).

En el menú podremos definir manualmente el ángulo de rotación o

seleccionar un eje de referencia en nuestro modelo 3D. También

podemos definir el sentido de giro y si es un valor absoluto o

incremental.

Por último, si hemos elegido un modelo propio de máquina, es

posible generar todas estas trayectorias automáticamente. Haciendo click derecho en nuestro

“manufacturing program” seleccionamos “generate machine rotations” y se nos generarán los

movimientos de forma similar a como se crean los caminos de transición.

Nota: para más información acerca de los ejes de giro y la configuración de las máquinas herramientas,

consultar el Capitulo 3.

Figura 2-35

Figura 2-36


19

2.6.1.2 Machining axis change

En determinadas ocasiones es conveniente trabajar con otro

sistema de coordenadas en nuestro programa. Con este

comando podemos seleccionar un nuevo origen y nuevas

direcciones para nuestros ejes. Podemos hacerlo introduciendo

los valores manualmente o bien seleccionando un sistema de

coordenadas previamente definido en nuestro diseño 3D.

Si lo hacemos manualmente, tenemos que expresar el origen de

nuestro nuevo sistema en coordenadas absolutas y luego

asignarles valores a las direcciones de los ejes uno a uno.

2.6.1.3 Post-processor instructions

Las instrucciones de post-procesador (PP) son líneas de comando introducidas directamente en el

programa en lenguaje APT. Este código APT es el código que genera CATIA una vez tenemos nuestro

programa terminado y es el que describe los movimientos de la máquina y las distintas acciones que

realiza. Una vez tengamos dicho código, tenemos que mandarlo a un post-procesador, que se encargará

de traducirlo al lenguaje de nuestra máquina-herramienta.

Existen numerosas instrucciones con funciones tan

variadas como activar/desactivar el uso de refrigerante,

programar un ciclo de mecanizado, activar

compensaciones de herramienta etc. En CATIA disponemos

de un asistente que nos facilita el trabajo mostrándonos

las diversas opciones y restringe los errores debido a la

introducción de órdenes erróneas o que el software no sea

capaz de interpretar.

Nota: para más información acerca de la obtención de

código CNC y post-procesadores, consultar el Capítulo 4

2.6.1.4 TRACUT, COPY, Copy-Transformation

Estas 3 operaciones se encuentran juntas en el submenú desplegable de la barra de herramientas

auxiliares (llamada “transformation management sub-toolbar”. Son muy similares y se aplican de forma

parecida, así que las explicaremos en el mismo apartado. Básicamente todas consisten en hacerle algún

tipo de transformación geométrica a una trayectoria o grupos de trayectorias y realizar copias de la

misma.

Figura 2-37

Figura 2-38


20

La operación TRACUT consiste en aplicarle una

transformación a una secuencia delimitada de

operaciones en el programa. Para delimitar estas

operaciones, (ver figura 2-36) insertamos el

operador TRACUT antes de la primera

operación a transformar y desde el menú

desplegable que nos sale a continuación

seleccionamos TRACUT/NOMORE y lo

introducimos detrás de la última operación de

nuestra secuencia. En este proceso no se copia

ninguna trayectoria, solamente se transforma.

La operación COPY consiste en clonar una cadena

de operaciones. También hay que delimitar esa

cadena, pero en este caso, el operador COPY

se coloca tras la última operación y en el menú

emergente seleccionamos “create INDEX” y lo

ubicamos antes de nuestra primera operación (ver

figura 2-37). Tras esto, además del tipo de

transformación a aplicar tenemos que seleccionar

el número de copias que se realizan.

COPY-transformation trabaja de forma similar a

COPY, pero no se tiene por qué aplicar a una

secuencia de operaciones, sino que puede ser

alternando otras operaciones en medio. Sin

embargo, en este caso tienen que utilizar la misma

herramienta para trabajar. Seleccionamos las

operaciones una a una con el comando “add

operations” del menú emergente (figura 2-

38). Después seleccionamos la transformación y el

número de copias.

Contamos con la siguiente lista de transformaciones para

realizarles a nuestras operaciones:

Traslación

Rotación

Simetría

Cambios de eje

Escalado

Afinidad

Transformación matricial

Figura 2-39

Figura 2-40

Figura 2-41


21

2.6.1.5 Opposite hand machining

El siguiente subconjunto de comandos está orientado a la programación de piezas simétricas. Al aplicar

una operación de simetría con TRACUT o cualquiera de los otros comandos vistos en el apartado

anterior, lo que hacemos es una transformación geométrica de la trayectoria. Esto normalmente no es

suficiente para que el mecanizado quede bien definido, por lo que se hace necesario el uso de estas

herramientas.

“Opposite hand machining options” abre un cuadro de dialogo en el que configuramos que

operaciones cambian sus condiciones de corte tras una simetría.

“Reverse Machining Conditions” sirve para seleccionar en el árbol de especificaciones el

programa al cuyas condiciones de corte han cambiado e invertirlas.

Es posible que en una operación de simetría cambie el orden en que se han de realizar las

operaciones. Para reubicarlas usamos el comando “reorder operation list”.

Por último, es posible que las macros usadas para el programa también tengan que ser

cambiadas. “Inverse macros” solventa este problema.

2.6.2 Edición de trayectorias

En la barra de herramientas “Tool path management” encontramos el comando para editar

manualmente las trayectorias. Al igual que con el comando “replay tool path”, lo primero que

necesitamos hacer es que CATIA nos calcule las trayectorias si no lo hemos

hecho previamente. Para ello seleccionamos la operación y con “click derecho”

le damos a “Compute Tool Path”. Esto es necesario hacerlo cada vez que

hagamos un cambio en la operación.

Haciendo click en el botón “Edit tool

path” y luego seleccionando la operación a

editar nos aparece el cuadro de diálogo.

Las opciones de edición que tenemos son:

“Point modification”

“Area modification”

“PP words modification”

“Translation”

“Rotation”

“Mirror”

“Reverse”

“Connection”

“Aproach and retract

modifications”

“Display ON/OFF”

Los parámetros de cada comando los podemos encontrar de una forma más extensa en la

documentación de CATIA.

Figura 2-42


22

2.6.3 Operaciones multieje

Las ventajas de utilizar el sistema CAM respecto a una programación manual se hacen patentes cuando

nuestras trayectorias pasan a 3 dimensiones. En el módulo de “Advanced Machining” encontramos un

amplio abanico de posibilidades para realizar operaciones. Podemos distinguir estas operaciones según

el número simultáneo de ejes que utilizan. Hay que señalar que muchas de las operaciones que vamos a

citar para 3 ejes tienen su equivalente en 5 ejes y se definen con los mismos parámetros más los

relativos a la orientación espacial de la herramienta.

Como son muy numerosas, vamos a enumerarlas y describiremos sus características más importantes

sin llegar a entrar en detalles de definición.

2.6.3.1 Operaciones de desbaste

Estas operaciones son todas para el inicio del mecanizado. En su definición se incluye el tocho de partida

y CATIA calcula el material que ha de eliminarse y procura que las trayectorias pasen por esas zonas. En

general el desbaste se realiza en varias pasadas y se termina dejando unas creces de mecanizado para

luego dar las pasadas de acabado.

Roughing . Es un desbastado básico en niveles Z. En esta

operación se controlan simultáneamente los ejes X, Y, y Z, pero

no hay cambios de orientación en los ejes. Las macros incluyen

distintas opciones de entrada al material y en la estrategia se

pueden seleccionar parámetros para mecanizado de alta

velocidad y mecanizado trocoidal.

Cavities Roughing . Especializado para piezas en las que

tenemos muchas cavidades. Aunque el desbaste normal

detecta los huecos, este incluye muchas más opciones.

Sweep Roughing . El desbastado por barrido puede aplicar

offsets de forma progresiva a la pieza para que la forma final

se parezca más a nuestras dimensiones de diseño (figura 2-

43).

Plunge milling . El desbaste por penetración aplica diversas

entradas de forma axial al material a modo de taladro. Esto

reduce las fuerzas laterales haciéndolo indicado para

desbastar cavidades profundas.

2.6.3.2 Re-mecanizado

Pencil . Es una herramienta para mecanizar material que se ha quedado entre

intersecciones de 2 superficies en operaciones previas.

Figura 2-43

Figura 2-44


23

2.6.3.3 Operaciones de Semi-acabado

Estas operaciones están pensadas para dar pasadas de acabado o semi-acabado a la pieza teniendo un

mejor control de la trayectoria. Muchas de estas operaciones en 3 ejes tienen su contrapartida en 5

ejes. Aunque el objetivo de estas operaciones sea el mismo, la aplicación de una estrategia adecuada a

cada caso nos permite ahorrar tiempo de programación, tiempo de mecanizado y aumenta la vida de las

herramientas y la calidad del proceso, con lo cual es imprescindible estar familiarizado con ellas y saber

cuando conviene aplicar cada una.

Sweeping /4-axis curve sweeping / Multi-axis

sweeping . Las operaciones de barrido son muy

adecuadas para superficies tridimensionales y dejan un

buen acabado, pero no son las más recomendables cuando

se presentan escalones abruptos. (Figura 2-45)

Zlevel machining . Como su propio nombre indica, esta

operación de 3 ejes da pasadas en los niveles z siguiendo el

contorno de la pieza.

Contour-driven / Multi-axis contour driven .Esta

estrategia consiste en generar trayectorias mediante la utilización de los contornos de la pieza.

Spiral / Multi-axis spiral . Para el mecanizado de superficie planas o casi planas, esta

estrategia consigue uno de los mejores acabados siendo además de las más simples de usar.

Isoparametric / Multi-axis isoparametric . Esta estrategia permite mecanizar superficies

cuya anchura va variando con un número dado de trayectoria, generando unas “curvas de nivel”

que van barriendo dicha superficie (ver figura 2-46)

4-axis pocketing . Similar a la operación “Pocketing” pero para 4 ejes.

Figura 2-45

Figura 2-46


24

Multi-axis flank contouring . La versión de 5 ejes

de esta operación es mucho más potente en relación

a su versión de 2.5 que otras operaciones, ya que

presenta una mayor disposición de opciones para

controlar la orientación del eje a lo largo de la

trayectoria. Es posible crear varias combinaciones en

forma de abanico (figura 2-47) que la hacen muy

versátil sobre todo para las pasadas de acabado en

los contornos.

Multi-axis curve machining . Como el caso en 2.5

ejes pero con control sobre la orientación del husillo.

Multi-axis helix . Esta operación merece una consideración especial. Dada la relevancia que

tiene en la industria el mecanizado de álabes, CATIA incorpora una estrategia especialmente

diseñada para facilitar el mecanizado de este tipo de superficies. El mecanizado de rotores es

muy complejo ya que no solo estamos tratando de conseguir un buen acabado superficial con

un control muy estricto de las dimensiones, sino que se trata generalmente de paredes muy

finas y lo que es más importante, debido a su disposición radial, existen otros álabes alrededor

dificultando el acceso de la herramienta y haciendo más necesario que nunca un análisis de

colisiones. Por eso este patrón incluye un mejor control del movimiento de los ejes facilitando la

interpolación entre distintas orientaciones (ver figuras 2-48 y 2-49).

Multi-axis Tube . La última de las operaciones disponibles está pensada para el mecanizado

de superficies interiores de forma tubular siguiendo un eje.

Figura 2-47



25

2.6.4 Reconocimiento de material remanente

Una de las funcionalidades más útiles a la hora de programar trayectorias es la capacidad del software

CAM para reconocer zonas donde aún quede material por mecanizar. Esto nos avisará para que no nos

dejemos zonas sin trabajar y además evitará cortes de la herramienta en vacío. Existen distintas formas

de usar esta capacidad:

2.6.4.1 Analisis

Esta opción ya la vimos en el apartado de simulación de mecanizado. Es una comprobación visual para

realizar medidas sobre la pieza y verificar las tolerancias del mecanizado. Este es un uso manual de esta

capacidad, ya que nos sirve para entender nosotros mejor la geometría de la pieza, no como apoyo a

otras operaciones.

2.6.4.2 Intermediate stock

La opción de tochos intermedios es la primera de

reconocimiento de material automático. En

operaciones de desbastado lo primero que

hacemos es definir nuestro tocho de partida. Sin

embargo, a partir de la primera operación, CATIA

calcula automáticamente las siguientes pasadas de

desbastado en zonas donde ha sobrado material de

la operación anterior.

Es posible activar la visualización de estos tochos intermedios en la edición de “Part Operation”. Si

hacemos click en la pestaña de opciones (ver figura 2-50) podemos activar la casilla correspondiente.

Una vez activada esta casilla tenemos disponible en los menús de edición de operaciones 2 comandos

adicionales: “Input Stock” y “Output Stock” . Estos 2 comandos pueden tener diversos estados:

Input stock computed but not displayed

Input stock computed and displayed

Input stock not computed or not up to date

Input stock not computable (una o más operaciones previas pueden estar incompletas)

Output stock computation

Output stock computed and displayed

Utilizando el menú de opciones, “tools->options->machining->general” podemos seleccionar las

opciones de visualización de estos tochos cambiando el color y asignando transparencias para una

utilización más sencilla.

Figura 2-50


26

2.6.4.3 Prismatic rework area

Este comando trabaja, en vez de con volúmenes tridimensionales,

con áreas sin trabajar. Está indicado para operaciones prismáticas

(2.5 ejes). Tras una operación que haya dejado partes sin mecanizar

(por ejemplo un cajeado), al hacer click sobre “Prismatic rework area”

aparecerá un menú contextual con un icono sensitivo. Al cargar

los datos de la operación anterior usando “Load From” se crea una

entidad con las áreas que necesitan ser trabajadas de nuevo y que

podremos seleccionar como geometría para la definición de nuevas

operaciones.

2.6.5 Estrategia HSM

La estrategia HSM no es un comando de CATIA en sí, sino un conjunto de parámetros que hay que

definirles a las operaciones y hay que tener siempre presentes. En el Capitulo 5 hablamos de las

características del mecanizado de alta velocidad y de su aplicación al mecanizado multieje. Para una

mejor comprensión de estos parámetros recomendamos su lectura.

2.6.5.1 Espesor

La característica principal del HSM para realizar un mecanizado con éxito es que

el espesor de viruta ha de ser constante para evitar picos de carga que pueden

ser fatales para la herramienta a esas velocidades.

Para controlar estos espesores tenemos que fijar una estrategia adecuada para

asignar el paso de la herramienta entre trayectorias (como en la figura 2-52) y

controlar la profundidad. Estos parámetros se fijan en los apartados “Radial” y

“Axial” de la pestaña de estrategia.

Pero más importante aún es controlar los momentos en los

que puede haber picos de carga como en la entrada al

material o en el mecanizado de esquinas y recovecos. Si

encontramos puntos conflictivos tendremos que actuar

sobre la estrategia, programar macros o utilizar patrones

especiales como el mecanizado trocoidal, explicado en el

apartado 2.6.6.

2.6.5.2 Estrategia

Debido a las altas velocidades, en ángulos rectos puede

haber problemas debido a la inercia de la herramienta. En

el apartado HSM podemos seleccionar una estrategia de

alta velocidad que crea redondeos en las esquinas para

evitar esos efectos de arranques y paradas bruscos.

Figura 2-51

Figura 2-52

Figura 2-53


27

Otras opciones en la pestaña de HSM, para operaciones como “pocketing” incluyen un mayor control

sobre la forma de las esquinas o las uniones entre las distintas pasadas para crear transiciones suaves.

2.6.5.3 Macros

Las macros dan un gran control sobre la definición de algunas

trayectorias, generalmente las de entrada y salida del material. Esto nos

permite crear entradas suaves en forma de rampa o hélice manteniendo

constante la carga de viruta sin forzar la herramienta.

Otras operaciones como el desbastado por barrido (sweep roughing)

tienen macros para controlar la trayectoria entre pasadas. Como el

barrido consiste en dar pasadas en zigzag tenemos que programar un

cambio suave para el cambio de sentido.

2.6.6 Mecanizado Trocoidal

El mecanizado Trocoidal es una estrategia utilizada cuando tenemos que enfrentarnos radialmente a

una gran cantidad de material, como puede ser el caso del mecanizado de una ranura. A pesar del

nombre, en este apartado hablamos de una función de CATIA llamada “Full engagement” que se

encuentra normalmente desactivada en la pestaña de estrategia de las operaciones. El objetivo de esta

función es detectar entradas bruscas de la herramienta en el material para evitar picos de carga.

La función “Full engagement” se activa

cuando:

Más del 75% del diámetro de la

herramienta entra en el material.

Más de 120° de la herramienta está

en contacto.

El “Stepover” radial es mayor del 75%

del volumen teórico del material.


Figura 2-56

Figura 2-57


28

El uso de esta función es lo que permite activar el patrón trocoidal. Tenemos 3 posibilidades de ajuste:

“None”. No se activa la función.

“Trochoid”. Activa el uso del patrón trocoidal en las zonas donde no se respeta el “stepover”. El

parámetro a definir es el mínimo radio que tendrá la curva trocoide. En la figura 2-59 se ve en la

línea roja la parte del trayecto que encuentra más material del programado. En la figura 2-58 se

activa el patrón en esas zonas.

“Multipass”. En vez de cambiar de patrón lo que hace esta opción es dar varias pasadas de

menor espesor para compensar la carga necesaria. El parámetro a asignar será la profundidad

máxima a mecanizar cuando la herramienta se encuentra en modo “Full engagement”.

2.6.7 NURBs

Es posible pedirle a CATIA que nos calcule las trayectorias con un formato de NURBs en el programa

APT. Si nuestro control lo permite, este tipo de interpolación tiene una serie de ventajas asociadas

explicadas en el capítulo 5, aunque deberemos disponer del post-procesador adecuado para procesar

estas órdenes.

Para activarlo simplemente tenemos que activar la casilla correspondiente en el “machine editor” (ver

figura 2-60).


Figura 2-60

3. Características de las máquinas-herramienta y de los controles Heidenhain

29

3 CARACTERÍSTICAS DE LAS MAQUINAS-HERRAMIENTA Y DE LOS CONTROLES HEIDENHAIN

3.1 TIPOS DE MÁQUINAS HERRAMIENTAS CNC

A la hora de programar la fabricación una pieza necesitamos conocer las características de las máquinas-

herramienta que estamos usando. Nuestro software CAM de CATIA v5 nos permite trabajar con varios

tipos de máquinas distintos:

Tornos

Fresadoras de 3 ejes

Fresadoras de 4 y 5 ejes

Maquinas de prototipado rápido

Nosotros vamos a centrarnos en los centros de fresado de 5 ejes que son los que permiten una

fabricación más versátil.

3.2 CONFIGURACIÓN DE CENTROS DE FRESADO DE 5 EJES

Una máquina de 5 ejes puede controlar movimientos de herramientas en 5 ejes. Con 3 ejes lineales y 2

ejes giratorios se puede alcanzar, en teoría, cualquier punto en el espacio con la orientación deseada de

la herramienta. Se trata de los 3 ejes lineales conocidos X, Y, Z y 2 ejes giratorios adicionales. Esos ejes

giratorios se los conoce como A, B, C y se definen como el giro alrededor de los ejes cartesianos X, Y, Z

respectivamente. Para los dos ejes giratorios existen distintas soluciones cinemáticas. Aquí

presentaremos de forma esquemática las más usuales.

3.2.1 2 ejes giratorios en el cabezal

Normalmente, esta configuración es para máquinas relativamente grandes. Para piezas de cierto

tamaño con una gran superficie de trabajo es más difícil hacer que se mueva la mesa, así que el cabezal

se desplaza a través de un pórtico para poder llegar a todos lados. Su movimiento es, no obstante, algo

más limitado.

Figura 3-1

Figura 3-2


30

En una máquina de 5 ejes tenemos que tener en cuenta que un eje gira siempre sobre otro. Por

ejemplo, en la figura 3-1 tenemos una configuración A sobre C, es decir: A gira sobre un cabezal que a su

vez gira sobre C.

Cuando un eje giratorio no se sitúa perpendicular a un eje linear se dice que es un “eje ranurado”. En la

figura 3-2 tenemos una configuración C sobre B, en la cual el eje C es ranurado.

3.2.2 2 ejes giratorios en la mesa

Todos los movimientos de rotación (excepto los del huso de la herramienta) son llevados a cabo por las

mesas. La mesa rotatoria principal lleva sobre ella otra más pequeña, con un movimiento de rotación

independiente con respecto a la primera.

En este tipo de fresadoras la pieza presenta la posibilidad de ser movida con respecto a la herramienta

de forma independiente; en general este es el tipo más simple y extendido de plataforma multieje, ya

que es fácilmente obtenible mediante el añadido de las mesas rotatorias a una máquina herramienta de

3 ejes lineales convencional. La capacidad de trayectorias posibles es mayor que en otras

configuraciones, pero el tamaño de las piezas a mecanizar también es menor.

En las figuras 3-3 y 3-4 aparecen una configuración C sobre A y C sobre B (C ranurado) respectivamente.

3.2.3 1 eje giratorio en cabezal y otro en mesa

Además de una mesa rotatoria, estas máquinas tienen un cabezal

basculante. De los tres grupos es posiblemente el más versátil por su

capacidad para mecanizar piezas grandes y pesadas.

El cabezal basculante es el que lleva el peso de la herramienta y el que

debe, por tanto, poder soportar las presiones y fuerzas de corte propias

de cada proceso.

Figura 3-5



31

3.2.4 Otras configuraciones

Para distintas necesidades, los fabricantes de

máquinas herramienta desarrollan cada vez nuevas

soluciones cinemáticas. Las máquinas que hemos

visto hasta ahora presentan configuraciones en serie,

esto es, presentan tantos grados de libertad como

ejes, normalmente los cartesianos y algunos de

rotación. Esto simplifica mucho el control puesto que

cada eje controla un grado de libertad. Por contra,

estas configuraciones hacen que los ejes tengan que

soportar cargas en todos lados y además soportar las

cargas de los ejes que se encuentran sobre ellos

Para solucionar esto se han inventado otras

soluciones, como las configuraciones de ejes

paralelos (hexápodos o plataforma Stewart). Estas

presentan unas mejores características dinámicas,

pudiendo utilizar mayores velocidades y trabajar con

mayores cargas. No obstante, lo complicado que se

hace el control, el tamaño de las máquinas o la

dificultad de la puesta a punto hacen que estas

maquinas sean menos utilizadas.

Figura 3-6


32

3.3 MIKRON HSM 400U LP

Ahora que conocemos lo básico de las

configuraciones es necesario conocer cómo opera

nuestra propia máquina-herramienta. El centro de

mecanizado del que disponemos lo proporcionó la

compañía GF AgieCharmilles. Se trata de una

máquina herramienta MIKRON HSM 400U LP.

Este centro es una máquina de 5 ejes de husillo

vertical y una configuración C sobre B, ambos ejes

de rotación en la mesa. Principalmente está

pensada para operar bajo condiciones de

mecanizado de alta velocidad (HSM). Está dotada

con un control Heidenhain iTNC 530 que se adapta a

las necesidades de alto rendimiento del aparato.

Sin llegar a entrar demasiado en detalle en el funcionamiento de la máquina, pues no es el objetivo de

este documento estudiar a fondo su cinemática, es necesario conocer algunos parámetros que nos

serán de utilidad más adelante cuando programemos nuestro mecanizado. Incluimos los más

importantes en una tabla a continuación.

Área de trabajo

Longitudinal X 500 mm

Lateral Y 240 mm

Vertical Z 360 mm

Eje de balanceo B +110/-110 o

Eje de rotación C n x 360 o

Velocidad de desplazamiento rápido

Velocidad X, Y 60 m/min

Velocidad Z 60 m/min

Aceleración max. 17 m/s2

Balanceo B 165 rpm

Giro C 250 rpm

Trabajo del husillo 40% ED

54000 min-1, HSK-E32 8.5/3.5 kW/Nm

42000 min-1, HSK-E40 13.5/8.8 kW/Nm

30000 min-1, HSK-E40 13.5/8.8 kW/Nm

Mesa de trabajo

Carga máxima 25 kg

Figura 3-7


33

3.4 EL CONTROL HEIDENHAIN

El control de una máquina-herramienta es el cerebro del

sistema. Es el encargado de procesar la información que se le

proporciona y transmitir las órdenes de desplazamiento

correspondientes a los motores de la máquina.

En el caso de nuestro centro de mecanizado, el controlador

instalado es un Heidenhain iTNC 530. Es un control de gran

capacidad adaptado a procesos de alta velocidad. Puede

llegar a controlar hasta 9 ejes en total, permitiendo controlar

nuestro centro MIKRON de 5 ejes.

La pantalla tiene un formato digital y el teclado incluye un

ratón táctil que facilita el uso de la interfaz gráfica. Además

disponemos de un volante para realizar movimientos de

forma manual.

Aunque para programas complejos se utiliza un software

CAM, el control permite la programación a pie de máquina de

forma bastante sencilla e intuitiva mediante sencillos

comandos en lo que se denomina “diálogo conversacional”.

3.4.1 Labores del controlador

Además de las labores de programación, un controlador puede desarrollar más tareas de cálculo y

supervisión. En el caso del iTNC se incluyen numerosas funcionalidades:

Compensación de la herramienta. Al realizar un mecanizado, la herramienta puede no tener

exactamente la geometría especificada en el sistema CAM, pudiendo presentar ligeras

desviaciones en las dimensiones o defectos de forma. El controlador tiene la capacidad de

compensar estas variaciones para no influir en la precisión del proceso.

Guiado de punta de la herramienta (TCPM). Esta función es vital para el éxito de un

mecanizado de 5 ejes. Normalmente las trayectorias se programan mediante el desplazamiento

de la punta de la herramienta, mientras que las órdenes de movimiento se le proporcionan a los

ejes y la mesa basculante. Para poder mantener la posición relativa del centro de la herramienta

con la pieza, el iTNC 530 realiza automáticamente los movimientos de compensación con los

datos internos de la geometría de la máquina.

Monitorización dinámica de colisiones (DCM). En los sistemas CAM podemos simular las

colisiones con los portaherramientas y la pieza, pero dejamos varios componentes de la

máquina sin supervisar. El DCM sirve para interrumpir el mecanizado en caso de colisión

inminente y se consigue una mayor seguridad.

Regulación adaptativa del avance (AFC). El objetivo de esta funcionalidad es regular el avance

de la trayectoria en función de la potencia desarrollada por el cabezal y otros datos del proceso.

Si se sobrepasan ciertos valores límite, el control disminuye la carga de trabajo.

Figura 3-8


34

Funciones “Look ahead”. Para el mecanizado de alta velocidad es necesario un procesado muy

rápido de las ordenes. Para procurar una mayor fidelidad del contorno, el iTNC se puede

adelantar hasta 1024 frases en el programa. De este modo se pueden ajustar a tiempo la

velocidad del eje a los pasos del contorno.

Interpolación por Splines. Es posible programar las trayectorias utilizando splines para generar

el contorno. El control puede interpolar estos splines y ejecutar polinomios de tercer grado.

Gestión de herramientas. Para agilizar el cambio de herramientas en el proceso, el control

gestiona la batería con los portaherramientas. Durante el mecanizado se prepara el cambio de la

siguiente herramienta, reduciendo el tiempo que la máquina esta sin trabajar.

Gestión de palets. Aunque nuestra máquina no dispone de ello, está preparada para

incorporarle un sistema automático de palets con piezas a mecanizar para aumentar la

productividad. El control también se encarga de la gestión de este sistema.

3.4.2 Programa virtual iTNC 530

Para poder programar los contornos con ayuda del controlador, la empresa Heidenhain ha creado un

puesto de trabajo virtual que simula al control y permite luego transmitir los datos directamente a este.

Es incluso posible hacerse con un teclado igual al del control para utilizarlo con dicho software.

Existe una versión de prueba de este software disponible en la página web de Heidenhain,

http://www.heidenhain.es , que está limitada a una simulación de 100 líneas de programa pero es

idónea para familiarizarse con los controles básicos de la máquina.

http://www.heidenhain.es/

4. Generación de códigos de mecanizado. Post-procesado. Implementación y uso

35

4 GENERACIÓN DE CÓDIGOS DE MECANIZADO. POST-PROCESADO. IMPLEMENTACIÓN Y USO

4.1 LENGUAJES DE MECANIZADO.

Antiguamente bastaba un artesano con su máquina para fabricar algo. Hoy día los procesos son mucho

más complejos e intervienen muchos elementos a la hora de producir una pieza mediante mecanizado.

Son necesarias personas (diseñadores, programadores, técnicos de taller…) al igual que diversas

herramientas. Los paquetes de software CAD-CAM simplifican muchísimo el diseño y programación de la

pieza, las máquinas-herramienta son más potentes y mucho más complejas y los controles incluyen

multitud de funciones para mejorar la calidad del proceso. No obstante, todos estos elementos crean

una problemática añadida: el lenguaje de comunicación entre ellos.

Al igual que las personas necesitan poder entenderse entre ellas para que el proceso tenga éxito, la

información tiene que poder transmitirse entre el software y el hardware que llevará a cabo el proceso.

Esa transmisión de datos no es inmediata y se tiene que hacer mediante algún lenguaje de

programación. La dificultad radica en que existen tantos lenguajes como máquinas distintas.

Aunque se está avanzando poco a poco en este aspecto, la realidad es que los lenguajes de mecanizado

viven en el pasado. La mayoría consiste en una programación línea a línea de la trayectoria y se llegan a

dar casos en los que la numeración de las líneas se hace de 10 en 10 o de 5 en 5, vestigio de la

programación con tarjetas perforadas que se hacía así por si había que insertar correcciones a

posteriori.

En este capítulo vamos a hablar de 3 lenguajes: APT, ISO y los lenguajes de los fabricantes, en concreto

el lenguaje conversacional Heidenhain.

4.1.1 Lenguaje orientado a geometría APT

El lenguaje APT (Automatically Programmed Tool) está definido por un estándar ANSI. Es un lenguaje

orientado a geometría, lo que significa que el programa describe la trayectoria de la herramienta, pero

no da las órdenes de movimiento a la máquina. Se compone de sentencias sencillas que describen la

geometría, desde puntos y líneas a superficies complejas creadas con splines.

Esto surge porque al igual que cada máquina necesita sus propias órdenes de movimiento, cada

programa CAM podría generar el archivo con la trayectoria de la herramienta en un formato distinto. Al

estar estandarizado, podemos utilizar distinto software para crear la programación de las trayectorias

pero siempre tendremos un formato común.

Aún así dentro del mismo APT existen algunos “dialectos” orientados a como lo utilizaremos luego. Por

ejemplo, para una máquina de 3 ejes se da la posición en los ejes X, Y, Z, pero si utilizamos una máquina

de 5 ejes, el programa incluye además los ejes I, J, K, con la orientación del eje de la herramienta.

También existen órdenes especiales para activar compensaciones o refrigerantes.


36

4.1.2 Lenguaje estándar ISO

También conocido como G-code, es un lenguaje estandarizado que entienden la mayoría de los

controles. El código consiste en una serie de líneas numeradas con comandos dados principalmente con

la letra G seguida de un número y a continuación una serie de parámetros.

Por ejemplo la orden “movimiento” sería la G1, los parámetros de estas son las coordenadas a donde

queremos desplazarnos, X, Y, Z, el avance F y la velocidad del husillo S:

N1 G1 X+10 Y-20 Z 0 F35 S2500

Además se incluyen numerosas funciones auxiliares para activar procesos de la máquina con el código M

así como numerosos ciclos de mecanizado que facilitan la programación.

La ventaja clara de este lenguaje es su extensión. Prácticamente todos los controles pueden leerlo. La

desventaja es que no está optimizado para ningún control en concreto y no se adapta con facilidad a los

nuevos procesos de mecanizado que contienen trayectorias cada vez más complejas. Además su

programación “a pie de máquina” es poco intuitiva, por lo que los fabricantes han optado en su mayoría

por crear su propio lenguaje.

4.1.3 El lenguaje de los fabricantes. Lenguaje conversacional Heidenhain

La mayoría de los fabricantes tienen su propio lenguaje. En realidad suelen diferir poco del ISO, la

estructura es muy similar, pero incluyen muchas funciones propias que suplen las carencias del lenguaje

común.

El lenguaje Heidenhain se le denomina conversacional porque a la hora de programarlo “a pie de

máquina” es mucho más sencillo e intuitivo. Si uno introduce la orden de desplazamiento, el control va

preguntando con un lenguaje llano por cada uno de los parámetros que necesita la operación hasta que

está correctamente definida.

Estas características le hicieron muy popular en su día en los talleres donde aún se programaba

manualmente. Hoy día, las ventajas las centran en las distintas funciones del lenguaje para adaptarse a

la programación moderna.

Ejemplos de estos son las funciones AFC (Adaptative Feed Control) para controlar los cambios bruscos

de trayectoria y regular el avance en mecanizados de alta velocidad para evitar impactos y controlar la

inercia de la herramienta. Otro tipo de función más moderna es la TCPM (Tool Center Point

Management) para realizar los movimientos compensatorios en los ejes basculantes para mecanizados

multiejes.

Esta diversidad de lenguajes hace necesario el uso de unos “traductores” llamados post-procesadores si

queremos pasar nuestros programas complejos al lenguaje máquina.


37

4.2 EL POST-PROCESADOR

4.2.1 Qué es un post-procesador

El post-procesador es el elemento intermedio entre el programa generado por nuestro software CAM y

el documento con las órdenes necesarias para que la máquina desarrolle dicho programa. Este puede

ser un programa externo o estar integrado dentro de las características de nuestro CAM.

La programación de un mecanizado se realiza de manera independiente de la máquina-herramienta

mediante el código APT, pero a la hora de convertir el programa, cada post-procesador debe de estar

adaptado a su centro de mecanizado correspondiente.

Pero las tareas de un post-procesador no se reducen a traducir sentencia por sentencia los comandos

dados por el programa en APT, sino que tiene que convertir las coordenadas de las trayectorias a

órdenes de movimiento de la máquina, teniendo que realizar en algunos casos compensaciones según la

herramienta utilizada y las correspondientes adaptaciones de la velocidad de avance y giro de la

herramienta.

El post-procesador es un elemento indispensable para el proceso. No obstante, al ser un mercado muy

específico el que lo utiliza, unido a la necesidad de que dicho post-procesador esté personalizado para

cada máquina hace que el acceso a este tipo de software sea difícil y muy costoso.

4.2.2 Funcionamiento del post-procesador

El lenguaje APT se compone de frases sencillas que describen la trayectoria y comandos de máquina. Un

ejemplo de fragmento de código APT es el siguiente:

1 GOTO / 35.00000, 15.00000, 80.00000, 0.000000, 0.000000, 1.000000

2 $$ End of generation of : Profile Contouring.1

3 $$ OPERATION NAME : Profile Contouring.2

4 $$ Start generation of : Profile Contouring.2

5 FEDRAT/ 300.0000,MMPM

6 SPINDL/ 4000.0000,RPM,CLW

7 GOTO / 35.00000, 90.66987, 71.57477, 0.000000, 0.500000, 0.866025

8 GOTO / 35.00000, 70.66987, 36.93376, 0.000000, 0.500000, 0.866025

En la primera sentencia, GOTO / indica una sentencia de trayectoria. Los 3 primeros valores se

corresponden a los ejes X, Y, Z, y los 3 últimos indican la orientación del eje de la herramienta según los

vectores I, J, K. En este caso estaría orientado de manera vertical siguiendo el eje Z. En las sentencias 2,

3 y 4, $$ indica la presencia de comentarios, necesarios para saber cuando ocurre un evento importante

como en este caso, un final de operación y comienzo de la siguiente. En la frase 5ª FEDRAT/ indica el

avance en milímetros por minuto y en la siguiente, SPINDL/ indica las revoluciones a las que gira el

husillo, así como el sentido de giro CLW (Clockwise, sentido horario en inglés). En lenguaje ISO la

traducción implicaría añadirle a una sentencia de movimiento las instrucciones F y S además de activar

el cabezal con la función M03 (M04 activaría el sentido anti-horario de giro).


38

Para explicar el modo en el que el post-procesador calcula las órdenes

de movimiento es necesario recordar conceptos vistos en el capítulo 3.

Para empezar, recordamos que las máquinas podían hacer giros

alrededor de los ejes cartesianos. Esos ejes rotativos los

denominábamos A, B, y C respectivamente. El sentido de giro sigue la

clásica “regla de la mano derecha” (ver figura 4-1).

Para determinar una posición en el espacio con una determinada

orientación son necesarios 5 ejes: los 3 cartesianos X, Y, Z, y 2 ejes de

rotación.

Como es necesario conocer la cinemática de la máquina para poder

realizar el post-procesado, nosotros vamos a utilizar como ejemplo

una máquina de 5 ejes que dispone sus 2 rotaciones en el cabezal

como la de la figura 4-2. En este caso las rotaciones son A y C. En

esta máquina, se dice que “el eje A gira sobre el eje C”, ya que la

rotación de C determina la orientación del eje de rotación A. Esta

estructura de la máquina es la que determina la forma del post-

procesado.

Hay que percatarse de que aunque en la figura 4-1 se alinean las

rotaciones con los ejes cartesianos, ese no es el caso en general, ya

que los centros de rotación van cambiando conforme se mueve la

herramienta. Esto hace necesario el cálculo de una serie de

compensaciones.

El modo de proceder es descomponer el movimiento en traslaciones y rotaciones.

GOTO / 35.00000, 90.66987, 71.57477, 0.000000, 0.500000, 0.866025

GOTO / 35.00000, 70.66987, 36.93376, 0.000000, 0.500000, 0.866025

En una sentencia de APT, las traslaciones no son más que el desplazamiento entre coordenadas de los

ejes cartesianos. Así si partimos del punto (0, 0, 0), las líneas se traducirían a lenguaje ISO como:

N1 G1 X 35.00000 Y 90.66987 Z 71.57477 N2 Y 70.66987 Z 36.93376

En el caso de Heidenhain sería lo mismo cambiando la G1 por L. Como se puede observar, de la 1ª línea

a la 2ª del APT no hay variación en la columna X, con lo que no es necesario registrarla.

Figura 4-1

Figura 4-2


39

Sin embargo, el caso de los giros puede resultar bastante más complejo. Para explicar la descomposición

del movimiento nos apoyaremos en el gráfico de la figura 4-3.

Suponemos que partimos de una herramienta orientada

en el eje Z, es decir, con el vector (0, 0, 1). El código APT

nos da el nuevo vector unitario h de la orientación de la

herramienta descompuesto en sus componentes i, j, k.

Para generar la descomposición de los giros tenemos

que recordar la estructura de la máquina.

En nuestro ejemplo el eje que gira independientemente

del otro es el C, por tanto, para descomponer su giro

debemos proyectar el vector h sobre el plano XY,

resultando el vector proyección p. Este vector forma

con el eje Z un plano donde está contenido el vector h y

será donde tiene que realizar su segundo giro sobre el

eje A.

Una manera sencilla de ver esto es ver que el vector p

define la orientación de un nuevo sistema de

coordenadas X’, Y’, Z’, donde Z=Z’. Este sistema se crea

debido al primer giro de ángulo C alrededor del eje Z

(por eso Z=Z’). En este momento, la herramienta

seguiría teniendo la misma orientación (0, 0, 1), pero

ahora el eje X’ es perpendicular al plano donde está el

vector h. Ahora realizando el giro A alcanzamos la

orientación h de la herramienta.

Es muy importante tener presentes los criterios de signos en la programación del post-procesado. En

este caso, aunque el vector h tiene componentes positivas, tanto el giro C como el giro A son negativos.

Hemos de tener en cuenta que aunque el criterio que hemos expuesto es el más general, no todas las

máquinas tienen por qué seguir el mismo criterio de signos.

Los límites de los ángulos de desplazamiento también es necesario conocerlos. Por norma general, el

eje C suele poder girar los 360°, como ocurre en este ejemplo, pero los giros A o B suelen estar

limitados (ver figura 4-2), pudiendo en ocasiones no ser alcanzables ciertas posiciones.

Por último, no todas las máquinas siguen los mismos valores frontera del giro. Hay máquinas que

pueden tener definido el giro del eje C entre −180° y 180° mientras q otras pueden tenerlo entre 0° y

360°.

Por eso, aunque el proceso general es el mismo, todos estos detalles varían y hacen necesaria una

personalización del post-procesador.

Figura 4-3


40

Si nos fijamos bien en la figura 4-4, podemos ver que el planteamiento que hemos hecho para

descomponer los giros solamente sería válido si ese punto donde estamos haciendo las rotaciones fuese

el centro de rotación de todos los ejes. Simplemente mirando la arquitectura de la máquina vemos que

ese no es el caso, con lo que sería necesario realizar unos movimientos en los ejes X, Y, Z para

compensar esas rotaciones y además recalibrar la velocidad de desplazamiento de los ejes para

mantener constante el avance relativo de la herramienta con respecto a la pieza (figura 4-5).

La tarea de programar estos movimientos requiere un conocimiento muy avanzado tanto de la

geometría precisa de la máquina como de sus características cinemáticas, haciéndolo extremadamente

laborioso. Para algunas máquinas con controles más antiguos, como pueden ser algunas Fanuc, esta

labor la tenía que realizar el post-procesador.

Los controles modernos diseñados para mecanizado en 5 ejes como los Sinumerik 810D/840D de

Siemens o nuestro control iTNC 530 de Heidenhain incluyen funciones que realizan automáticamente

estas compensaciones, ya que en la memoria interna tienen almacenados todos los datos de la máquina

de fábrica.

En el caso del iTNC 530 Heidenhain disponemos de la ya citada TCPM (Tool Center Point Management)

que se activa con la función auxiliar M128. Si se programa un movimiento de la mesa basculante con

M128 activada, el TNC gira también el sistema de coordenadas. Si se gira por ejemplo el eje C 90°

(mediante posicionamiento o desplazamiento del punto cero) y a continuación se programa un

movimiento en el eje X, el TNC realiza el movimiento en el eje Y de la máquina. El TNC también

transforma el punto cero fijado, que se ha desplazado por el movimiento de la mesa giratoria.

Otras funciones facilitan también la tarea del post-procesador, como la M126 para desplazamiento

óptimo de los ejes giratorios:

Posición real Posición absoluta Recorrido

Sin M126 350° 10° -340°

Con M126 350° 10° +20°



41

4.3 OBTENCIÓN DEL CÓDIGO CNC EN CATIA

4.3.1 Opciones: selección post

Lo primero que tenemos que realizar antes de sacar un código es configurar las opciones de CATIA.

Accedemos al menú en “tools->options->machining->output”. Esta pestaña de las opciones de

mecanizado contiene todo lo referente a la salida que produce nuestro programa.

El paso más importante es la primera opción, donde

tendremos que elegir el post-procesador que utilizará

CATIA. Existen 3 post-procesadores de compañías externas

que están disponibles para usarlos libremente. Si bien sus

opciones son muy limitadas o nulas para tareas de 5 ejes,

disponemos de un amplio surtido de post-procesadores para máquinas de 3 ejes en diversos lenguajes.

Seleccionar alguna de estas opciones además nos abrirá paso más tarde a la elección de catálogos con

instrucciones para ese post-procesador en concreto.

No obstante, si vamos a utilizar algún programa externo para realizar el post-procesado, podemos dejar

activa la opción “None” y seleccionaremos más adelante parámetros para crear un código APT estándar.

Otra de las opciones importantes es la “Tool Output Point”.

Esta opción es la que nos indica cómo se define nuestra

trayectoria: según la punta de la herramienta, según el

centro o solo el centro para herramientas de punta

redonda.

El resto de opciones determinan donde se almacenan

cada uno de los datos posibles de salida y no afectan

a lo que es la generación de ficheros.

4.3.2 Parámetros

Accediendo al menú de edición de la máquina desde

“Part Operation” encontramos diversas pestañas que

nos sirven para definir el aspecto que tendrá el

archivo de salida con nuestro programa.

4.3.2.1 Numerical control

En esta pestaña definimos opciones relativas a cómo

se calculará el post-procesado:

Controler emulator. Si disponemos de algún

tipo de emulador para nuestro controlador

podemos seleccionarlo en esta pestaña.

Figura 4-6

Figura 4-7

Figura 4-8


42

Post-Processor/PP words table. Las alternativas disponibles para seleccionar un post-procesador

aquí dependerán de las selecciones que hayamos hecho previamente en el menú opciones.

Cada post-procesador puede llevar una sintaxis distinta asignada. La “PP words table” sirve en

este caso para que la salida tenga la sintaxis correcta.

NC data type. Seleccionamos si queremos obtener el formato APT o utilizar el post-procesador

para obtener un lenguaje concreto. Para esta última opción seleccionamos “ISO”

NC data format. Si vamos a trabajar en 5 ejes es importante cambiar la salida del programa a los

ejes (X, Y, Z, I, J, K). Si utilizamos un post de 3 ejes hay que utilizar (X, Y, Z) pues no está pensado

para entender la sintaxis de 5 ejes.

Home point strategy. Es el formato de orden de movimiento en APT.

Min/Max interpol. Radius. Radios máximos y mínimos para realizar una interpolación.

Min discretization step/angle. Pasos y ángulos mínimos de discretización.

Interpolation options. Selecciona las interpolaciones disponibles. Nuestro post- procesador debe

de estar preparado para poder trabajar con ellas.

Feedrates. Selecciona la velocidad de avance máxima de la máquina-herramienta y la velocidad

aplicable a los desplazamientos rápidos (el equivalente a G0 en código ISO)

Axial/radial movement. Activa/desactiva este modo de movimiento.

4.3.2.2 Tooling

Permite seleccionar catálogos predefinidos de

herramientas.

4.3.2.3 Spindle

En esta pestaña aparecen las características básicas del giro del husillo.

4.3.2.4 Rotary Data

Similar a la pestaña “Spindle”, proporciona las características básicas de los ejes de giro en máquinas de

más de 3 ejes.

Figura 4-9

Figura 4-10


43

4.3.2.5 Compensation

Si deseamos activar algún tipo de compensación

en la trayectoria lo activamos desde esta pestaña.

4.3.2.6 NC Output

En la última de las pestañas encontramos los

parámetros para definir el aspecto del código APT que

luego será traducido.

Feedrates. Con esto se establece el valor del

avance rápido al principio del programa o se

deja el predeterminado por la máquina.

También es posible desactivar la opción

“RAPID”. Esto se hace porque en algunas

máquinas esta sintaxis produce inestabilidad y

baja precisión, con lo cual es preferible usar

una orden G1 con alto avance.

Tool motions. Permite seleccionar los tipos de

sintaxis permitidos en la salida.

Statements. Es el formato que tendrán los

caracteres que definen los comentarios en el

programa.

Format for points coordinates./Format for axial

components. Formato para definir los dígitos de las

coordenadas.

4.3.3 Generar el código del programa

Una vez hecho nuestro programa y seleccionados todos los

parámetros del post-procesador solo resta generar el archivo

de código. Para ello acudimos a la barra “NC Output

Management”. Seleccionando el comando “Generate NC

output in interactive mode” accedemos al menú para crear

nuestro documento. También podríamos acceder a través de

“Generate NC code in Batch mode”.

Dependiendo del tipo de código que queramos generar, nos

encontraremos unas opciones u otras dentro de la ventana

emergente.

Figura 4-11

Figura 4-12

Figura 4-13


44

En la pestaña “In/Out” (figura 4-13) en el apartado “Input” tenemos seleccionado nuestro archivo

.CATProcess y tenemos que elegir seleccionar mediante “part operations” o “programs”. Si

seleccionamos un “part operation”, se añadirán todos los programas asignados a él. En el caso de

“programs” los añadimos 1 a 1.

En “NC data type” seleccionamos el formato que deseamos (APT ó NC) y seleccionamos si queremos un

archivo para todo, un archivo por cada programa o un archivo por cada operación. En programas muy

extensos de 5 ejes suele ser conveniente utilizar más de un archivo para poder organizarlos mejor.

Al final de esta pestaña podemos seleccionar el lugar donde se almacenará nuestro archivo (usualmente

en el mismo lugar donde se encuentra almacenado el .CATProcess).

En las pestañas “Tool motions” y “Formatting” encontramos los mismos parámetros definidos en la

máquina. De hecho si hemos escogido un modelo 3D de nuestra máquina, estas opciones aparecen

bloqueadas.

Si nuestro objetivo es generar APT hasta aquí es suficiente. Si el objetivo es generar un archivo NC,

tendremos que hacer uso de la última pestaña. En esta podremos seleccionar los post-procesadores de

la lista que tenemos fijada en el menú de opciones de CATIA (ver figura 4-6). Si se tienen los permisos

adecuados es posible realizar ligeras modificaciones en el comportamiento del post-procesador e

instalarle algunos nuevos incluyendo las licencias.

4.3.4 Documentación

Es posible una vez tenemos todo generado, que

queramos obtener también la documentación relativa

al proceso para poder luego tenerla de referencia

junto al código y poder interpretarlo. Para ello

tenemos el comando “Generate

Documentation”. CATIA nos generará

automáticamente una documentación en formato

.HTML con toda la información referente al proceso:

herramientas, operaciones, estrategias

seleccionadas…etc.

Figura 4-14


45

4.4 USO DEL IMSPOST

CATIA contiene un amplio abanico de post-procesadores de 3 ejes por defecto. No obstante, para el

caso de máquinas-herramienta de 5 ejes hay que hacer uso de algún tipo de programa externo para

realizar el post-procesado. En nuestro caso hemos seleccionado el programa IMSPost 7.0. Así pues, tras

desarrollar un programa en CATIA, debemos obtener el fichero en formato APT y post-procesaremos

mediante esta nueva aplicación.

4.4.1 Primeros pasos

Lo primero que hemos de hacer cuando abrimos el

programa es crear un nuevo proyecto de post-

procesador o abrir alguno que tengamos ya

terminado y listo para ejecutarse. Si abrimos un

nuevo proyecto, nos pedirá que seleccionemos una

plantilla de base, nos proporcionará una breve

descripción del programa y nos da una muestra

característica del código que generaría.

Podremos elegir utilizar la máquina por defecto para

ese post, o bien, seleccionar una nueva

configuración. Al continuar dándole a “OK” pasamos

al menú de selección de máquina-herramienta. Aquí

podemos seleccionar prácticamente todas las

configuraciones que nos encontraremos en uso en el

mercado de una fresadora y algunos tipos más de

máquina-herramienta.

En la figura 4-16 hemos seleccionado como ejemplo

una máquina con una configuración similar a la de la

MIKRON HSM 400U, una máquina de 5 ejes de

husillo vertical con configuración C sobre B ambas

en mesa.

Tras seleccionar nuestra máquina, nos encontramos

en la pantalla principal del IMSPost.

En la barra de menú “File->description”

encontramos una descripción editable del post-

procesador que vamos a realizar.

En “File->Preferences” podremos configurar todas

las salidas que dé el programa.

Figura 4-15

Figura 4-16

Figura 4-17


46

4.4.2 Post-Processor Checklist

Para modificar el post-procesador a nuestro gusto tenemos una

ventana que nos indica paso a paso las características que podemos ir

editando. Su formato de “checklist” nos indica qué pasos tenemos

completos. Haciendo click en la casilla “check” activamos o

desactivamos el icono para seleccionar las partes que ya hemos

definido por completo.

Al hacer click en cada uno de los elementos de la lista aparece una

ventana guía con las opciones a definir. El sistema es sencillo y se

repite a lo largo de toda la lista. Aparecen casillas con opción de

activar/desactivar alguna opción y casillas de texto donde escribimos

el texto que querríamos para activar dichas funciones. Por ejemplo:

para activar la función auxiliar de uso del refrigerante, el texto que

introduciríamos sería M08 ó M8, según le convenga a nuestro

controlador (ver figura 4-19).

4.4.2.1 Program codes

En este apartado definimos como queremos que se traduzca cada

aspecto del código. Cada apartado indica unas funciones distintas:

Start of Program. Podemos introducir unas frases iniciales

que necesita nuestro controlador para arrancar el programa.

Partno Definition. Arranque del programa.

Coolant Definition. Funciones de activación del refrigerante.

Spindle Definition. Definimos las funciones de encendido y

apagado, la selección del sentido de giro y la forma de indicar

la velocidad de rotación del husillo.

Tool Change. En el apartado de cambio de herramientas tenemos numerosas acciones. Además

de definir la sintaxis del cambio de utensilio, también podemos incluir opciones antes o después

de manera automática. Por ejemplo, puede ser necesario indicar a la máquina parar el husillo o

desactivar la compensación de movimientos en 5 ejes para que la herramienta pueda volver a la

torreta de cambio.

Feedrate Definition. Indica la sintaxis para seleccionar el avance en el programa.

Cutter Compensation. Especificación de los códigos para introducir la compensación de

herramienta en un programa.

Motion Functions. Uno de los más complejos. Se define en esta ventana cómo se realizan cada

una de las funciones de movimiento. Se incluyen opciones para tener en cuenta cualquier tipo

de sintaxis disponible en un controlador (ver figura 4-20)

Drill Cycles. Si queremos definir los códigos para realizar ciclos de taladrado, lo podemos hacer

aquí.

End of Program. Frases de finalización del programa y parada.

Figura 4-18

Figura 4-19


47

4.4.2.2 Controller Format

En este bloque se encuentran definiciones sobre toda la estructura del programa en global.

Sequence Numbers. Se determina si hay una numeración de filas y el formato en que se realiza.

Comment Blocks. La estructura de los comentarios dentro del programa.

Register Format. Este apartado lista todos los valores que hemos ido incluyendo en las otras

operaciones y el formato que tiene cada una de esas variables. Por ejemplo, valores X, Y, Z, son

variables numéricas decimales que se dan en milímetros, mientras que las funciones como G ó

M son variables constantes definidas como “modales”.

Function Codes (G/M). Similar al anterior, ahora se listan solamente las variables que

representan funciones, a qué tipo de grupo pertenece y qué otras variables utilizan.

Sort Output. Dependiendo del controlador, es preciso ordenar las variables de alguna manera.

En general las funciones auxiliares M van por detrás de los valores de coordenadas X, Y, Z. Si

nuestro controlador necesita en su sintaxis ponerlas delante, tendríamos que cambiar aquí las

prioridades (ver figura 4-21).

4.4.2.3 Machine Format

Detalles referentes a la geometría y cinemática de nuestra máquina-herramienta.

Motion Axes. Descripción de los ejes con los que cuenta la herramienta y sus límites de

giro/desplazamiento.

Machine Components. Piezas que forman la máquina virtual que hemos seleccionado.

Reference Points. Son los puntos de referencia de esas piezas. Para poder rellenar todos los

datos hace falta un conocimiento muy amplio de la geometría de nuestra máquina.

Todos estos comandos tienen su equivalente respectivo en la barra superior de herramientas.



48

4.4.3 Generación del post-procesado y consideraciones finales.

Por último para generar un código NC con el post que hemos diseñado, tenemos que ir a la barra de

herramientas “execute->Postprocess”, seleccionar nuestra fuente de APT y el destino del archivo.

Hay que hacer notar que en todo momento hemos estado hablando de editar un post-procesador

existente para acomodarlo a nuestras necesidades y no crear uno desde cero. Aunque es posible crear

nuestros programas desde cero, la característica principal del IMSPost es la edición de archivos. En una

planta industrial con varias máquinas-herramienta distintas sería posible pagar un solo programa y

luego editarlo para adaptarlo según los requerimientos de cada aparato en concreto. Para hacer un

post-procesador desde cero habría que utilizar una programación específica de macros que trae el

programa que excede con creces los objetivos de este documento.

Por último, añadir que en la documentación del proyecto se incluye un post-procesador funcional para

la MIKRON HSM 400U en lenguaje Heidenhain.

5. Estrategias y trayectorias de mecanizado

49

5 ESTRATEGIAS Y TRAYECTORIAS DE MECANIZADO

5.1 OBJETIVOS DEL CAPÍTULO

Existen numerosas estrategias que surgen a raíz de las nuevas tecnologías de mecanizado. El objetivo de

este capítulo no es solo estudiar la aplicación de estrategias de mecanizado en CATIA v5, sino aprender

cómo funcionan estos nuevos procesos y entenderlo como todo un proceso de optimización.

Los procesos de mecanizado multiejes y de alta velocidad (HSM, High-Speed-Machining) proporcionan

una mayor eficiencia económica mediante reducciones de pasos intermedios, mejoras en el tiempo de

vida de herramientas, calidad de pieza, etc. No obstante, además del alto costo de la inversión inicial de

los equipos, también es necesaria una mayor preparación por parte de los programadores para conocer

y saber aprovechar las ventajas de estos procesos. La programación en sí no es más complicada, lo que

sucede es que toma más tiempo. El programador necesita prever más eventos para desarrollar una

estrategia apropiada. Una vez se ha determinado la estrategia de programación, los actuales programas

de CAD/CAM hacen relativamente fácil la generación del recorrido óptimo de la herramienta. La

generación de trayectorias multiejes y la tecnología normalmente utilizada en el HSM ha estado

disponible desde hace tiempo en varias plataformas de programación. La diferencia es que ahora esta

tecnología es más fácil de utilizar.

5.2 MECANIZADO EN 3, 3+2 Y 5 EJES

Una de las primeras decisiones que tendremos que tomar a la hora de planificar el mecanizado es qué

tipo de máquina-herramienta vamos a necesitar para desarrollar nuestra pieza.

Para mecanizar superficies abiertas con curvatura convexa es posible utilizar tan solo 3 ejes. Sin

embargo, cuando hay cambios frecuentes de curvaturas y cavidades profundas, algunas piezas necesitan

mecanizado con 5 ejes para su fabricación completa. Dentro de éstas se incluyen piezas de contorneado

complejo como cavidades de moldes, blisks (bladed-disc parts, partes de Discos de Paletas), impulsores

y otras partes para turbinas donde la orientación de la herramienta debe ser controlada para conseguir

la superficie mecanizada. En esta categoría también se incluyen piezas que tienen elementos

mecanizados que presentan interferencia con otros elementos de la misma pieza, y piezas con

superficies que simplemente no

pueden obtenerse por rotación

alrededor de 1 solo eje.

Como podemos apreciar en la figura 5-

1, es frecuente utilizar el mecanizado

de 3 ejes para fresar grandes

superficies abiertas utilizando

herramientas de punta redonda. No

obstante, al no variar la orientación

del eje, las condiciones de corte nunca

serán óptimas.

Figura 5-1


50

Aun cuando las piezas puedan ser producidas en máquinas de 3 ejes, hay una serie de consideraciones

económicas que a menudo revelan que el mecanizado con 5 ejes ofrece un menor costo puerta a

puerta:

Ahorro en costos potenciales mediante la reducción del volumen de máquinas, herramental y

fijaciones, con respecto a los requeridos actualmente para alcanzar los mismos resultados.

Valor del incremento de la producción (incluido el ahorro de tiempo por la eliminación de

montajes separados y por la reducción del tiempo en fila requerido para operación en máquinas

separadas).

Valor del inventario actual de piezas en proceso, no necesario con el mecanizado multieje.

Valor de la reducción del desperdicio y del retrabajado, obtenido por el mecanizado completo

en un solo montaje, por la reducción de la manipulación de la pieza y por la precisión más

uniforme.

Valor del ahorro en tiempo y costo del control de calidad y la inspección.

Todos estos ahorros potenciales y otros más deben ser comparados con la gran inversión inicial

requerida por el mecanizado con cinco ejes. No obstante, Las consideraciones para el mecanizado con

cinco ejes no se deben restringir a la máquina. Es importante reconocer, entender y considerar

constantemente el proceso de decisión de los multiejes como un verdadero proceso de optimización.

5.2.1 Mecanizado en 3+2 ejes

El mecanizado 3+2 es una técnica por medio de la cual un programa de fresado de tres ejes se ejecuta

con la herramienta de corte bloqueada en una posición inclinada usando los dos ejes rotativos de una

máquina de 5 ejes; de ahí su nombre: mecanizado 3+2. También es llamado “mecanizado de 5 ejes

posicional”, porque el 4º y el 5º eje se usan para orientar la herramienta de corte en una posición fija,

más que para manipular la herramienta continuamente durante el proceso de mecanizado. Esto

distingue el mecanizado 3+2 del mecanizado continuo o simultáneo en 5 ejes. Otros nombres que

aparecen son mecanizado inclinado, fijo o ladeado, en referencia al ángulo característico de la

herramienta de corte.

La principal ventaja del mecanizado 3+2 es que permite el uso de una herramienta de corte más corta y

más rígida de lo admitido por el mecanizado convencional en 3 ejes. Con el 3+2, el cabezal de husillo

puede acercarse a la pieza de trabajo con la herramienta en ángulo hacia la superficie. Una herramienta

más corta permite mayores avances y velocidades con menor deflexión y menores vibraciones de la

herramienta. Esto significa que pueden lograrse un buen acabado superficial y resultados dimensionales

más precisos en un tiempo de ciclo más corto. Otros beneficios incluyen movimientos más breves de la

herramienta, menos líneas del código de programa y menos alistamientos de la máquina. También la

capacidad de orientar los ejes permite a la herramienta trabajar en sus zonas óptimas de corte.


51

En la figura 5-2, la fresa trabaja con condiciones de corte óptimas. Las condiciones de corte empeoran

cuanto más se desplaza la fresa en la pieza hacia arriba o hacia un lado. Para conseguir también en este

caso condiciones de corte óptimas, se gira la mesa. Para mecanizar por completo una superficie de

forma libre, se necesitan a menudo giros múltiples en distintas direcciones.

Los agujeros taladrados en ángulos compuestos en un solo alistamiento también son un importante

beneficio del mecanizado 3+2. Alinear el taladro en la orientación correcta se logra en la programación

más que en el taller, con múltiples alistamientos y fijaciones complejas. En algunos casos, como en la

industria aeronáutica, esto se convierte en una verdadera necesidad dada la cantidad de taladros

existentes.

5.2.2 Mecanizado en 5 ejes simultáneos

El mecanizado 3+2 es una de las opciones que hace de un centro de mecanizado en cinco ejes un activo

valioso. Sin embargo, no constituye un sustituto del mecanizado simultáneo en 5 ejes. Por ejemplo, el

simultáneo en 5 ejes se necesita para usar un escariador de nariz plana a fin de producir esquinas

agudas en cavidades. El mecanizado 3+2 usa generalmente una fresa de punta esférica, como el que se

usaría para el mecanizado de 3 ejes en un centro de mecanizado convencional de 3 ejes. Otros modos

de corte que utilizan herramientas de corte con geometrías cónicas, tipo chupete, u otras de formas

especiales, pueden requerir el movimiento completo en cinco ejes para optimizar resultados.

Al poder controlar la orientación del eje de la herramienta en toda la trayectoria conseguimos, no solo

condiciones de corte óptimas para la herramienta, sino que además podemos mecanizar zonas más

difíciles como cavidades profundas o evitar colisiones con otras partes de la pieza como por ejemplo en

el mecanizado de álabes de turbina que estén muy cerca unos de otros. También nos permiten ajustar

las trayectorias para conseguir transiciones más suaves eliminando ángulos o haciendo entradas en

rampa o espiral y mantener cargas de viruta constantes o lo más uniforme posible. Estas características

adquieren una gran importancia en el mecanizado de alta velocidad como hablaremos más adelante.



52

A la hora de programar, la idea es hacer el programa

independiente de la máquina que vayamos a utilizar, así

podremos usarlo en la que nos convenga en cada momento. Por

ello en lenguaje APT, además de las coordenadas X, Y, Z de la

punta de la herramienta, obtenemos otras 3 coordenadas I, J, K

que nos dan la orientación del eje con lo que tenemos definido

por completo el movimiento relativo de la herramienta con la

pieza.. Más adelante será el post-procesador o el propio control

de la máquina el encargado de traducir estos movimientos

teniendo en cuenta la cinemática de la máquina.

Los movimientos de la máquina dependerán de la longitud y

radio de de la herramienta, por eso es importante que el

software CAM nos permita ver claramente las trayectorias y que

tenga la posibilidad de detectar colisiones automáticamente. Con

CATIA v5 podremos tener en cuenta todos estos aspectos

cuando programemos cada operación.

La versatilidad de las máquinas de 5 ejes no se limita a producir piezas con superficies complejas. Como

ya hemos visto, es posible reducir el número de operaciones necesarias y de alistamientos, con el

consecuente ahorro en herramientas, máquinas y utillajes. Utilizando las técnicas adecuadas se pueden

acortar los tiempos de operación y aumentar mucho la calidad de las piezas y su aplicación es cada vez

más sencilla gracias a los paquetes de software CAD/CAM como CATIA. Esto convierte a las máquinas de

5 ejes en un activo muy valioso en cualquier taller.

5.3 MECANIZADO DE ALTA VELOCIDAD (HSM)

5.3.1 Conceptos básicos

El término de Mecanizado de Alta Velocidad (High Speed Machining ó HSM) comúnmente se refiere a

mecanizar a altas velocidades de rotación y con altas velocidades de alimentación del material. La idea

es simple: para obtener una misma carga de viruta reducimos drásticamente el espesor a mecanizar (del

orden del 5-10% del radio de la herramienta) y aumentamos mucho las velocidades (entre 5 ó 10 veces

la de un mecanizado convencional). La viruta que se produce es mucho más pequeña, pero se evacua

mucho más rápido. La base del funcionamiento del mecanizado de alta velocidad radica en la escasa

profundidad de corte.. Una profundidad de corte menor significa menos calor generado en el corte. Con

menos calor en el corte, las rpm pueden incrementarse ostensiblemente. Además, como la carga de

viruta por diente permanece constante o aumenta, se puede alcanzar una velocidad de avance mucho

más alta a medida que las rpm se incrementan.

Otro beneficio que no es evidente en estos datos es que la forma neta después del mecanizado es

mucho más cercana a la forma final de la pieza, por lo que en algunos casos se pueden eliminar los

pasos de semiacabado. Esto ahorra tiempo y elimina el costo de las herramientas que hubieran sido

requeridas en esta operación.

Figura 5-4


53

¿Cuándo se considera que un mecanizado es de alta velocidad? Lo cierto es que no hay mucho acuerdo

en esto. Las máquinas de “alta velocidad” mecanizan a partir de las 6000 rpm, aunque actualmente

pueden llegar a alcanzar las 40.000 rpm. La realidad es que no es algo que dependa de la velocidad, sino

que es un proceso en sí mismo. La filosofía del mecanizado de alta velocidad se puede aplicar a otros

tipos de mecanizado y se pueden llegar a dar casos exitosos con máquinas antiguas a 4000 rpm.

En el Mecanizado de Alta Velocidad se

establece que las velocidades responsables

de la deformación se desarrollan

completamente en la zona de cizalladura

primaria. El tiempo de contacto

herramienta‐viruta es muy pequeño,

haciendo que el calor generado apenas sea

trasmitido a la herramienta o a la pieza.

Este calor es evacuado en gran porcentaje

por la viruta, en un proceso cercano a

condiciones adiabáticas y favorecido por la

formación de viruta continúa.

La temperatura es un factor fundamental en los procesos de mecanizado ya que afecta de manera

negativa a la pieza y a la herramienta ya que modifica la geometría superficial debida a dilataciones así

como disminuye la vida útil de la misma. Con el Mecanizado de Alta Velocidad, la viruta evacúa

aproximadamente el 90% del calor generado en el proceso, por lo

que pieza y herramienta sólo adquieren en torno a un 10% del calor

generado en el proceso. Este efecto es muy notable si es comparado

con un mecanizado convencional, donde la viruta evacúa en torno al

20% del calor generado en el proceso, llevándose la herramienta y la

pieza en torno a un 40% cada una. Por ello el Mecanizado de Alta

Velocidad presenta una gran ventaja en cuanto a la evacuación del

calor se refiere, permitiendo que la pieza y la herramienta durante el

proceso de mecanizado permanezcan a temperaturas inferiores, lo

cual aumenta la vida de la herramienta.

5.3.2 Aplicaciones del Mecanizado de Alta Velocidad

Las principales áreas actuales para el uso del HSM son el fresado de cavidades, la construcción de

matrices de forjado, moldes de inyección o moldes de soplado, fabricación de electrodos para la

electroerosión, modelado de prototipos y moldes de prototipos. Las piezas conseguidas por este

método tienen altos grados de terminación y se pueden conseguir complejas configuraciones 3D como

rotores de turbinas.

Figura 5-5

Figura 5-6

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:ZONAS_DE_DEFORMACION.png?uselang=es


54

Otra de sus aplicaciones es el mecanizado de materiales duros. La razón por la cual el HSM puede usarse

en el mecanizado de estos materiales radica en el control de la temperatura. En el pasado, el

mecanizado de materiales endurecidos requería de una disminución en las rpm, porque el corte de

materiales más duros genera más calor. Con rpm por debajo de 900, el tiempo de ciclo era más largo

comparado con el de la electroerosión (por esta razón la electroerosión era preferida para el

mecanizado después de un tratamiento térmico). Con el HSM, la disminución de las rpm para controlar

la temperatura no es un asunto crítico, con lo que se podrían mantener velocidades suficientemente

altas como para que el tiempo del ciclo sea mucho menor comparado con el de la electroerosión.

Las ventajas del Mecanizado de Alta Velocidad son muy numerosas:

La mayor precisión permite un mecanizado de una sola pasada para el desbaste y acabado.

A una mayor velocidad hay una reducción del tiempo de mecanizado.

Hay una disminución del coeficiente de rozamiento viruta-herramienta, reduciendo las fuerzas

de corte y el desgaste.

La evacuación casi total del calor por medio de la viruta hace posible en ocasiones prescindir de

fluidos de corte.

Posibilidad de mecanizado de aceros duros (>50 Hrc).

La temperatura de la herramienta de corte y de la pieza de corte permanece baja, lo que otorga

una vida prolongada a la herramienta.

La baja fuerza de corte reduce las deflexiones de la herramienta y también las del husillo. Esto

protege al cojinete, a las guías y principalmente evita vibraciones dañinas para la máquina y

perjudiciales para la terminación de la pieza.

Se puede realizar mecanizados de paredes realmente finas (0,2 mm)

Se puede suprimir el trabajo de acabado manual dramáticamente.

La reducción de pasos en el proceso es una ventaja importante del HSM, ya que produce una

baja en los costos de inversión y simplifica la logística. Menos espacio de planta es necesario.

HSM puede llegar a dar una tolerancia de 0,02mm mientras que la tolerancia con métodos

como la electroerosión (EDM) es de 0,2mm.

Los diseños y los cambios en el diseño pueden ser hechos muy rápidamente vía CAD/CAM.

Por tanto el Mecanizado de Alta Velocidad permite un incremento de la calidad, reducción del tiempo

de fabricación y de costes con respecto a un mecanizado convencional. No obstante también tenemos

que tener en cuenta sus desventajas:

Mayores gastos de inversión.

Necesidad de formación, infraestructuras, herramientas y controles CAD/CAM adaptados.

Las altas aceleraciones y desaceleraciones, así como el arranque intermitente del husillo

provocan un relativamente alto desgaste de las guías, del cojinete, lo que ocasiona costos de

mantenimiento mayores.

Se debe poseer un conocimiento sobre procesos y programación de las maquinas, lo cual puede

llevar a dificultades en la toma de empleados.

Período considerablemente prolongado de “prueba y error”.

Las precauciones de seguridad son altamente necesarias: Si a 40mm del centro de la

herramienta liberara una esquirla mientras el husillo tiene una velocidad de 40000rpm, y si esta

esquirla tuviera una masa de 0,015kg, se desprendería con una energía cinética de 53Nm lo cual

es equivalente a la energía que adquiere una bala disparada de una pistola.


55

5.3.3 Metodología de mecanizado en alta velocidad

Incrementar la velocidad de husillo, reducir la carga de viruta y redondear las esquinas agudas en los

patrones de herramienta son algunas consideraciones importantes para el éxito del mecanizado de alta

velocidad. Sin embargo, los programadores y los mecánicos de CN que se detienen en estas reflexiones

se encuentran con lugares comunes como la ruptura de herramientas o la restricción de parámetros

como el stepover, la tasa de avance o la profundidad del corte. Hemos de tener estos factores en

cuenta, porque si el Mecanizado de Alta Velocidad no brinda de manera confiable una producción

significativamente más rápida, entonces las máquinas de alta velocidad no valen su inversión.

El Mecanizado de Alta Velocidad es una manera fundamentalmente diferente de mecanizar, por lo que

para mejorar nuestros procesos y hacerlos altamente fiables tenemos que tener en cuenta una serie de

consideraciones. Implementar estas ideas no es complicado en absoluto y conseguiremos dar a nuestro

proceso el valor que realmente tiene.

5.3.3.1 Apuntar a la remoción constante de material

En este sistema optimizado, todos los elementos operan justo por debajo de sus capacidades máximas y

ninguno de ellos está sobrecargado. Esto es lo que debemos intentar lograr en el mecanizado de alta

velocidad. Para evitar el daño de la herramienta, la velocidad y el avance deberían permanecer en los

límites de la carga pico encontrada en el patrón de herramienta. Sin embargo, ajustar la velocidad y el

avance de esta forma deja que la herramienta corte más despacio de lo que debería durante los

períodos de carga-no-máxima. Esto significa que se busca una remoción constante de material o una

carga de viruta consistente. Si hay una carga de viruta inconsistente, pasa una de estas dos cosas: se

dañan herramientas en el proceso, o el proceso opera muy lentamente.

Optimizar la tasa de eliminación de metal en el

desbaste es el paso más importante en la

programación CAM. La profundidad de corte y el

stepover recomendado por las tablas de mecanizado

para una combinación dada de herramienta y

material, asumen que se está desbastando con el

mismo stepover durante todo el patrón de

herramienta. Sin embargo, si su patrón involucra un

movimiento para ranurado o el embebido de una

esquina sin cuidado, la herramienta encontraría,

entonces, mucho más material que el previsto.

Los patrones de separación sencillos trabajan bien, solo si todos los lados del material a ser eliminado

son abiertos. Si existen paredes adyacentes al área que está tratando de desbastar, entonces esta pauta

podría hacer que la herramienta se hunda en el material. Una mejor opción es usar un modelo de

separación que siga la pieza. Un patrón como tal evita que el ranurado inicie lejos de las paredes de la

pieza y se introduzca en ellas. Aun cuando este patrón de herramienta incluye muchos movimientos

rápidos, el tiempo de mecanizado total se reduce gracias al incremento en el stepover que permite esta

técnica. Una opción, incluso mejor, es usar un patrón trocoidal que monitorea la cantidad de embebido

de la herramienta para mantener un umbral consistente.

Figura 5-7


56

5.3.3.2 Vincularse con los niveles Z

Este tipo de operación consiste en ir mecanizando la pieza en capas de planos paralelos. Aunque se le

conozca con el nombre de nivel Z (también "water line" en inglés o "Z constante"), no se refiere al eje Z

de referencia, sino al eje perpendicular de esos planos paralelos. Vincularnos a los niveles Z nos permite

tener una carga de viruta constante y simplifica mucho el control, permitiendo unas mayores

velocidades. En la mayoría de los casos, realizar el acabado de superficies 3D a través de las operaciones

en el nivel Z proporciona un mejor contacto con el material y un acabado más consistente que las

operaciones proyectadas de acabado. Las operaciones de nivel Z garantizan que la tasa de remoción de

material y el contacto de la herramienta sean consistentes, con profundidades de corte axiales fijas y

cortes arriba-abajo. En contraste, las operaciones de líneas paralelas proyectadas van hacia arriba y

hacia abajo, según la geometría de la parte, provocando puntas significativas en el contacto axial cuando

pasan por pendientes empinadas. De nuevo, si estas áreas de carga pico no dañan la herramienta,

entonces las partes sin pendientes acentuadas del proceso se estarán cortando muy lentamente.

5.3.3.3 Conocer nuestro controlador

Conocer las características de nuestro controlador es vital. Lo primero porque para desarrollar altas

velocidades, necesitamos un procesamiento de ordenes muy veloz (del orden del milisegundo), con

funciones “look ahead” para poder calcular el contorno con previsión. No todos los controladores son

capaces de desarrollar altas velocidades y tenemos que conocer los límites de nuestra máquina.

Algunos controladores ofrecen modos de procesamiento de alta velocidad que proporcionan tasas de

aceleración y desaceleración agresivas durante las operaciones de desbaste, donde una precisión de

submicrones es demasiado. Por ejemplo, en las máquinas Makino que usan controladores Fanuc, con

sólo activar el código M251 antes de los ciclos de desbaste es posible reducir el tiempo de desbaste en

30%. El controlador Siemens Sinumerik 840D ofrece un ciclo de alta velocidad similar (ciclo 832), el cual

les permite a los usuarios ajustar varios modos de optimización de velocidad.

El control Heidenhain iTNC 530, que es en el que nos basamos en

este documento, cumple todas las características necesarias para

realizar un mecanizado HSM. Incluye funciones de control de los

movimientos de compensación de la herramienta para

mecanizado multieje como el TCPM (Tool Center Point

Managment, una mejora de la función M128), la monitorización

dinámica de colisiones (DCM) o patrones de corte trocoidal.

También tiene una regulación adaptativa del avance (AFC) que

está basada en la potencia del cabezal y cuando sobrepasamos

ciertos límites, aplica restricciones a la velocidad

automáticamente.

Debemos tener en cuenta las características de nuestro control

cuando programamos con nuestro software CAM y utilizar un

post-procesador adecuado para sacar el máximo rendimiento a

nuestro proceso.

Figura 5-8


57

5.3.3.4 Minimizar la longitud de la herramienta

Una herramienta de corte se comporta como una viga empotrada, cuya fuerza de corte actúa en su

extremo libre. Las ecuaciones físicas comprobadas muestran que la deflexión es exponencialmente

proporcional a la longitud de la herramienta de corte. Por ejemplo, una herramienta de diámetro de 6

mm, ajustada a una longitud de 24 mm, podría deflectarse un 50% más que la misma herramienta

ajustada a 20 mm de longitud.

La deflexión en el filo de corte es la principal causa detrás de varios efectos negativos, como la vibración,

el bamboleo y la carga de impacto. De aquí que sea importante mantener esta deflexión en un mínimo.

Reducir la longitud de la herramienta es la forma más fácil de controlar la deflexión de la herramienta y

mantener altas tasas de eliminación de material.

5.3.3.5 Movimientos a evitar

El recorrido de la herramienta durante el fresado de copia suele ser una

combinación de fresado hacia arriba y hacia abajo, y requiere numerosos y poco

favorables empañes y retiradas del corte. Cada una de estas entradas y salidas

implica una flexión de la herramienta, que deja una marca elevada en la

superficie. A medida que la pendiente se hace más inclinada (en las caras de caída

de la mayoría de cavidades y núcleos de matrices, por ejemplo), el contacto axial

puede punzar drásticamente. Esto podría quebrar la herramienta.

Existen dos técnicas para mitigar las puntas o picos de contacto que resultan de

los ascensos inclinados.

Uno es cambiar el ángulo de zigzag, de modo que la herramienta tome estas

paredes inclinadas con un ángulo de 45° en lugar de tomarlas de frente. Ascender

con un ángulo reduce la pendiente efectiva y alivia la sobrecarga. Un beneficio adicional de cortar a 45°

es que los chaflanes que van a 0° y 90° se tocan sólo momentáneamente durante cada pase, dando

tiempo a la herramienta de recuperarse. Cortar paralelamente a estos chaflanes incrementaría la carga

durante unos pocos pases, elevaría posiblemente la temperatura de la punta de corte y debilitaría la

herramienta.

Otra técnica para evitar la sobrecarga de la herramienta mientras se cortan paredes inclinadas es

premecanizar estas paredes mediante operaciones en el nivel Z. El fresado por áreas en zigzag de la

parte completa puede venir luego, pero el premecanizado de estas paredes significa que el fresado en

zigzag puede evitar cargar la herramienta cuando se encuentre con estas paredes.

5.3.3.6 Interactuar con el diseñador de herramientas

Ciertas características requieren una programación y un mecanizado más cuidadoso que otras. En

muchas ocasiones, disponer de las herramientas adecuadas nos puede facilitar mucho el trabajo, como

puede ser en el caso de chaflanes o ranuras con un ángulo de determinado de despulla. Es posible

diseñar herramientas o portaherramientas específicos para ciertas operaciones, por lo que es una buena

idea informar a nuestro proveedor de los retos con los que nos encontramos.

Figura 5-9


58

5.3.4 Características de las herramientas y portaherramientas

Aunque es posible trasladar la filosofía del Mecanizado de Alta Velocidad a máquinas antiguas, para

llevar a cabo aplicaciones de HSM con las velocidades actuales es necesario utilizar maquinas

herramientas rígidas y especialmente preparadas. El equipamiento debe haber sido diseñado para

realizar específicamente Mecanizado de Alta velocidad. (No es posible la adaptación de máquinas

convencionales). También se requieren herramientas de corte como carros porta-herramientas

específicamente diseñados para este tipo de mecanizado. Es importante también contar con un

software adecuado para calcular y establecer los caminos convenientes para realizar el maquinado

(CAD-CAM).

En el HSM podemos decir que la herramienta es un factor clave. El HSM no existiría si no se dispusiera

de herramientas capaces de soportar las nuevas condiciones de mecanizado, en especial las elevadas

temperaturas de oxidación. El desgaste y los altos costes de las herramientas suponen actualmente una

limitación en el mecanizado. Una limitación que va decreciendo poco a poco.

Las causas más comunes por las que se desgastan las herramientas son:

Desgaste por abrasión: desgaste producido por el contacto entre materiales más duros que la

herramienta y la propia herramienta rayándola y desgastándola.

Desgaste por adhesión: cuando en la zona de corte debido a las altas temperaturas, el material

de corte y la herramienta se sueldan y, al separarse, parte de la herramienta se desprende.

Desgaste por difusión: desgaste producido por el aumento de la temperatura de la herramienta,

con lo que se produce una difusión entre las redes cristalinas de la pieza y la herramienta,

debilitando la superficie de la herramienta.

Fallas mecánicas: fallas producidas por estrategias, condiciones de corte, herramientas, etc.

inadecuadas.

El material de la herramienta debe cumplir con habilidades específicas tales como:

Ser suficientemente dura para resistir el desgaste y deformación pero tenaz para resistir los

cortes intermitentes e inclusiones.

Ser químicamente inerte en relación al material de la pieza de trabajo y estable para resistir la

oxidación, para evitar que se genere el filo recrecido y desgaste prematuro.

Estas propiedades permitirán mecanizar con altas velocidades de corte, aumentar la vida de las

herramientas y obtener la mejor calidad superficial y dimensional posible en la pieza a mecanizar.

5.3.4.1 Portaherramientas

El mecanizado de alta velocidad requiere altas

precisiones de concentricidad de la herramienta de

corte con el fin de evitar errores y aumentar la

seguridad del proceso en el mecanizado a altas

revoluciones de corte. Actualmente los conos

portaherramientas más utilizados son los especiales

tipo HSK (del alemán “Hohl Shaft Kegel”). Las

principales ventajas que ofrecen los conos HSK se

deben fundamentalmente a dos factores. Por un lado, el

sistema de amarre se realiza mediante unas garras o

Figura 5-10


59

mordazas que se ajustan en un hueco tallado dentro del cono en forma de copa. A medida que la

velocidad de giro aumenta se garantiza el contacto en todo momento, ya que la fuerza centrífuga

expande las mordazas que sujetan el cono contra el eje del husillo. Esta circunstancia permite unas

condiciones de corte más agresivas, además de aportar mayor rigidez y precisión. Por otro lado, en la

unión del cono y el husillo, existe un doble contacto entre las superficies del cono y el alojamiento del

eje. El doble contacto ofrece mayor repetitividad a la hora de volver a colocar el cono.

El ajuste de la herramienta en el portaherramientas debe ser extremadamente preciso. Los diferentes

sistemas empleados para el ajuste de herramientas en los portas de alta velocidad son:

Mecánico: Este tipo de ajuste es el conocido universalmente como ajuste de tuerca y pinza

(portapinzas). En el caso de tuerca de gran apriete, la pinza es cilíndrica, en cambio, en el caso

tradicional, de una tuerca normal, la pinza es cónica.

Hidráulico: No es una opción muy recomendable, ya que al girar a altas revoluciones (a partir de

20000 rpm.), la limitada rigidez, hace aumentar el salto radial de la herramienta. Las ventajas

que presenta este portaherramientas es que no necesita ningún mecanismo secundario, sin

embargo el coste individual del portaherramientas (sin contar el mecanismo de calentamiento

de los térmicos) es más elevado que los térmicos.

Térmico: El portaherramientas se somete a un proceso de calentamiento, con lo que aumenta el

diámetro interior por dilatación. Una vez dilatado se introduce la herramienta, y tras el

subsiguiente proceso de contracción queda sujeta la herramienta. Esta opción es la más

recomendada, pero actualmente también es la más compleja y cara, ya que obliga a disponer de

un dispositivo térmico auxiliar para la sujeción.

5.3.4.2 Material y recubrimiento de la herramienta

En cuanto al material, no se suelen usar aceros comunes y los aceros rápidos se utilizan para materiales

blandos como el aluminio. Para aplicaciones de HSM se suelen usar fresas de alto rendimiento. Se

suelen usar por ejemplo: Carburos cementados, Cermets, Nitruro de Boro, Diamante y demás materiales

duros.

La herramienta de corte es un factor importante en el HSM. El sustrato, la forma y el recubrimiento

determinan cuánto calor puede resistir la herramienta. El sustrato determina la rigidez. La mayoría de

las herramientas de corte diseñadas para el HSM actualmente se fabrican de un submicrograno de

carburo. En términos más simples, esto significa que las dimensiones de las partículas de carburo son

menores a una micra. Un grano más pequeño permite obtener una herramienta de mayor densidad, lo

cual se traduce directamente en su rigidez.

Los recubrimientos para aplicaciones en el HSM es probablemente el área que más se ha desarrollado.

El TiAlN, el recubrimiento más usado en el HSM, tiene muchas y diversas variantes. La primera variante,

con la que se han visto los mejores resultados, es de hecho un recubrimiento AlTiN. Esto significa que el

recubrimiento contiene más aluminio que titanio. El aluminio en el recubrimiento crea óxido de

aluminio durante el corte. El óxido de aluminio ayuda a deformar plásticamente el metal en la zona de

corte, lo cual contribuye a liberar el calor a través de la viruta, al mismo tiempo que protege la arista de

corte. Este recubrimiento también puede ser usado en aplicaciones a menor velocidad, lo cual lo hace

bastante versátil.


60

5.3.4.3 Geometría de la herramienta

La forma de la herramienta de corte puede ayudar a controlar la temperatura y a incrementar su rigidez.

Las herramientas que se fabrican en la actualidad, que parecen funcionar mejor, tienen grandes

diámetros internos para aumentar la rigidez y un afilado diseñado pensando en el calentamiento y la

resistencia mecánica. El diámetro interno es la medida de la sección de la herramienta que no incluye

las estrías de corte. La viruta generada en el HSM es muy pequeña y no necesita de un área extensa para

su evacuación. Esto permite a los fabricantes de herramientas de corte diseñar herramientas con

grandes diámetros internos para ganar en rigidez. El afilado (aplanado o redondeado) se debe diseñar

para permitir la máxima disipación del calor generado durante el corte a través de la viruta y no a través

del cuerpo de la herramienta. El afilado también debe procurar una mínima deflexión, ya que la

deflexión genera vibración, y por lo tanto, calor.

Un uso adecuado de la geometría de nuestra herramienta podría aumentar también la fiabilidad del

proceso. Realmente, cualquiera asumiría que una baja velocidad de avance haría el proceso más fiable y,

por tanto, mejor acondicionado para permitir que el operador se retire para realizar alguna otra tarea.

Pero algunos tipos de cortadores de fresado, en particular las fresas con insertos y bordes circulares,

pueden cortar con mayor confiabilidad y productividad cuando la velocidad de avance se aumenta. La

manera como estos cortadores de bordes redondos se relacionan con el mecanizado no atendido se

explica mejor en una serie de cuatro pasos.

Un inserto redondo convierte la fuerza radial de corte en fuerza axial en la medida en que la

profundidad de corte se hace menor. La figura 5-11 ilustra este efecto. El perfil redondo redirige el

vector de la fuerza cuando la profundidad de corte se hace pequeña. En un corte liviano, una mayor

proporción de la fuerza de corte es dirigida hacia "arriba" o paralela al eje del husillo.

Dirigir la fuerza axialmente reduce la vibración. La fuerza radial tiende a flectar la herramienta, lo que

hace que el proceso sea propenso a vibrar y, por tanto, susceptible de causar una fractura en la

herramienta de carburo. Pero la fuerza axial hace que el ensamble herramienta y portaherramientas

quede sometido a compresión. En lugar de una fractura, la estabilidad resultante del sistema induce a la

herramienta a fallar por desgaste gradual del borde de corte.

Figura 5-11


61

Un corte más estable es más predecible. Ese cambio en el

modo de fallo de la herramienta es la clave del mecanizado

no atendido. Una herramienta que pueda fracturarse en

cualquier momento necesita tener un operario cerca. Pero

el desgaste gradual es predecible. Un proceso limitado por

desgaste en lugar de fracturarse hace posible predecir con

confianza cuándo el operario que se ha alejado de la

máquina debe retornar a ella.

El adelgazamiento de la viruta permite mayor velocidad de

avance, manteniendo alta la productividad. El fresado más

predecible no es benéfico si el corte liviano hace que baje la

productividad. Una alta velocidad de avance es necesaria

para compensar la poca profundidad. Un fenómeno que

ayuda en esto es el "adelgazamiento de la viruta". Cuando se utiliza un borde de corte redondo con una

baja profundidad de corte, el adelgazamiento de la viruta produce un espesor de viruta menor del que la

velocidad de avance programada por diente podría sugerir, como lo ilustra la figura 5-12. La

consecuencia del adelgazamiento de la viruta es que una velocidad de avance programada más alta

corresponde a la velocidad de avance por diente recomendada para la herramienta. En otras palabras,

este estilo de fresado exige un intercambio de alta velocidad de avance por baja profundidad de corte, y

el adelgazamiento de la viruta es parte de lo que hace posible este intercambio.

La combinación de todos los puntos anteriores crea una cadena que conecta alta velocidad de avance

con mecanizado no atendido. La confianza en el mecanizado no atendido viene de una vida de

herramienta predecible; la vida de herramienta predecible se ve favorecida por una fuerza dirigida en

sentido axial; la fuerza dirigida axialmente es el resultado de cortar con pequeñas profundidades usando

bordes de corte redondos; el corte con bajas profundidades y bordes redondos lleva a un

adelgazamiento de la viruta, y el adelgazamiento de la viruta hace posible una alta velocidad de avance

que mantiene una gran productividad.

5.3.5 Características de los fluidos de corte. El mecanizado en seco

En mecanizado convencional cuando hay tiempo para la propagación del calor, se hace necesario el uso

de refrigerante para prevenir el calentamiento en la pieza, la herramienta, el portaherramientas y

ocasionalmente el husillo. El costo de estos fluidos de corte representa un porcentaje importante

dentro del proceso de fabricación. En el caso del Mecanizado de Alta Velocidad, aunque parezca una

idea descabellada, no siempre es necesario el uso de fluidos de corte e incluso pueden llegar a ser

contraproducentes. La razón de esto es la propia naturaleza del método HSM, ya que la mayor parte de

la transmisión del calor se realiza a través de la viruta. En el caso del HSM, el desarrollo de

recubrimientos de la herramienta de última generación, con una excelente resistencia a alta

temperatura favorece la posibilidad de realizar el mecanizado en situaciones de ausencia de

refrigerante.

Figura 5-12


62

Uno de los principales factores para el éxito en HSM es la total evacuación de la viruta de la zona de

corte. Evitar la acumulación de viruta cuando se trabaja con un acero templado es absolutamente

esencial para una vida predecible de la herramienta y para un mantener una buena seguridad. Además,

la formación de buenas virutas es la manera más importante en que la herramienta afecta la

transferencia de calor. Las virutas pueden transportar alrededor del 85-90% del calor generado por la

acción de corte, pasando el resto a la pieza y la herramienta. Las herramientas incluyen ranuras en la

superficie para apoyar la rotura de las virutas. Otra manera de ayudar a la ruptura de las virutas y a la

evacuación de calor consiste en reemplazar el líquido de corte por un gas; el aire es el más utilizado.

Aunque no resulta muy eficiente para el enfriamiento, un chorro de aire de taller a veces basta para

retirar las virutas de la pieza y de la máquina. Es mucho mejor aún si la máquina herramienta permite el

pasaje de aire a través del husillo.

El uso de un fluido de corte, a menudo puede empeorar la situación por una simple razón: la mayoría de

los efectos del enfriamiento van a las partes del trabajo que ya están más frías que el corte. Los fluidos

tienden a enfriar sólo la región circundante, áreas que se habían calentado previamente, intensificando

así los gradientes de temperatura y aumentando los esfuerzos térmicos. Esto puede provocar la

aparición de fisuras en los bordes de la herramienta por fatiga térmica.

Además del costo y de la vida de la herramienta, otro factor que afecta la selección del mecanizado en

seco es la propia pieza de trabajo. Algunas veces, el fluido de corte puede producir herrumbre en la

pieza o contaminarla. Consideremos un implante médico, como la junta de bolas de la cadera. Los

fluidos de corte son indeseables cuando hay temor de contaminación.

La susceptibilidad de la pieza de trabajo para un proceso seco también depende del material. Un fluido

de corte puede ser superfluo en el corte de la mayoría de las aleaciones de hierro fundido, aceros al

carbono y aceros aleados, por ejemplo. Estos materiales, que son relativamente fáciles de mecanizar y

conducen bien el calor, permiten que las virutas transporten la mayoría del calor generado. La excepción

es el acero de bajo carbono, que se vuelve más adhesivo en la medida en que disminuye el contenido de

carbono. Estas aleaciones pueden necesitar un fluido como lubricante para prevenir la soldadura.

Los fluidos de corte normalmente son innecesarios cuando se mecaniza la mayoría de las aleaciones de

aluminio, por las temperaturas relativamente bajas que se presentan. En situaciones en las que ocurre la

soldadura de la viruta en estos materiales, el problema generalmente puede ser resuelto con el uso de

ángulos de ataque altamente positivos y bordes agudos que corten el material. Sin embargo, el

refrigerante a alta presión puede ser útil cuando se corta aluminio a altas velocidades si un simple

chorro de aire no es suficiente para ayudar a romper y a evacuar las virutas.

Mecanizar aceros inoxidables en seco es un poco más difícil. El calor puede causar problemas en estos

materiales al sobretemperar aleaciones martensíticas, por ejemplo. En muchas aleaciones austeníticas,

el calor no fluye bien desde la zona de corte hacia las virutas porque la conductividad térmica tiende a

ser muy baja. El sobrecalentamiento del borde de corte puede, por tanto, disminuir la vida de la

herramienta hasta valores inaceptables. Otra razón por la que los fluidos de corte son usualmente

necesarios para mecanizar aceros inoxidables es que muchas aleaciones son gomosas, lo cual significa

que son propensas a causar abarrotamiento en el borde de corte, dando como resultado un acabado

superficial pobre.


63

Para muchos materiales, el mecanizado en seco es una excepción. Las aleaciones para altas

temperaturas constituyen un grupo completo de materiales que requieren fluidos de corte. En

particular, el corte de aleaciones con base en níquel y cromo produce temperaturas extremadamente

altas que requieren un fluido de corte para disipar el calor. La lubricidad de un fluido también mantiene

la generación en un mínimo. El uso de fluidos de corte es imperativo cuando se mecaniza titanio. Es

gomoso, tiene baja conductividad térmica, y, en el caso de algunas aleaciones, tiene un bajo punto de

llama. Como consecuencia, las virutas no extraen el calor y la pieza se calienta tanto que puede llegar a

ignición y arder (el magnesio también arde fácilmente y, por ende, sus virutas). Los fluidos de corte

previenen el problema lubricando el borde, retirando las virutas y enfriando la pieza de trabajo. Para

asegurar que el fluido realice bien estas funciones, las aleaciones de titanio necesitan fluidos

suministrados a alta presión, generalmente en un rango de 4.000 psi a 7.000 psi.

Mientras muchos talleres han aprendido el valor del mecanizado en seco por accidente, muchos otros

han fallado en ver sus beneficios aunque hayan tenido el propósito. La razón es que el éxito del

mecanizado en seco requiere mucho más que eliminar el refrigerante: demanda una estrategia

metódica para controlar el calor en el proceso global. Asegurar la buena formación de virutas, una

selección adecuada de las herramientas y sus recubrimientos, encontrar los mejores parámetros de

corte y conocer los materiales con los que trabajamos nos puede aportar un gran beneficio en nuestro

proceso.

5.4 ESTRATEGIAS AVANZADAS DE MECANIZADO

Para aplicar los principios del mecanizado multiejes y de Alta Velocidad se han creado numerosas

estrategias de mecanizado. Los controles de las máquinas y los sistemas CAM han ido evolucionando

paralelamente a las nuevas técnicas facilitando la programación. Se habla a veces de un “mecanizado

inteligente”, ya que se incluyen funciones de regulación automático del avance, identificación de

geometrías y previsión de colisiones. Los programas CAM traen ya diversas opciones para calcular

trayectorias de forma automática e insertarlas en el programa.

5.4.1 Transiciones suaves

En HSM la herramienta desarrolla unas velocidades altísimas acompañadas de unas altas fuerzas de

inercia. Esto hace que sufra mucho el husillo, los rodamientos y los motores de la máquina. Cuando

mecanizamos con este método es esto lo primero a tener en cuenta a la hora de programar. Las

conexiones rectas entre pasadas son el método tradicional y no son adecuadas para el HSM, ya que el

control detectará el movimiento de la herramienta y reducirá de forma significativa el avance además

de hacer que sufra nuestra máquina.

En mecanizados de alta velocidad, al cambiar de dirección, debemos incluir un pequeño recorrido radial

de la herramienta para que se mantenga en movimiento y en empañe constante. Estos cambios se

darán sobre todo en las esquinas y en los cambios entre las distintas pasadas paralelas. Los programas

CAM ya vienen equipados con funciones que cumplen estos objetivos, pero hay que controlar los

avances programados y las entradas en el material para evitar errores fatales.


64

Las pasadas laterales conectan pasos consecutivos para una trayectoria de herramienta. Se debe evitar

en lo posible que haya entradas y salidas frecuentes en la pieza. Pueden crear tensiones perjudiciales

sobre el filo, o tendencia a paradas y vibración. Se recomienda programar un recorrido de la

herramienta que mantenga la fresa en contacto total, en lugar de realizar varias pasadas en paralelo. No

obstante, en caso de que no se puedan evitar estas entradas y salidas se pueden crear una serie de lazos

para mantener la inercia de la herramienta y el avance programado.

5.4.2 Mecanizado en rampa

El mecanizado en rampa se utiliza habitualmente como aproximación eficaz a la pieza cuando se van a

mecanizar canales, alojamientos o cavidades cerradas ya que elimina la necesidad de taladrar. La idea es

alcanzar la profundidad de mecanizado de forma suave y progresiva. Básicamente podemos definir dos

tipos de estrategia de mecanizado en rampa: lineal y circular.

5.4.2.1 Mecanizado en rampa de dos ejes: lineal

El mecanizado en rampa lineal está definido por el avance simultáneo en dirección axial (Z) y en una

dirección radial (X o Y), es decir, una rampa de dos ejes. En general es preferible el mecanizado circular

al mecanizado recto (ranurado), porque se reduce el corte radial y permite realizar fresado hacia abajo

(en concordancia) puro, con mejor evacuación de la viruta. La rotación en sentido contrario al de las

agujas del reloj garantiza el fresado hacia abajo.

Hay tres procesos de mecanizado que se

producen simultáneamente durante la

operación de mecanizado en rampa:

1. Mecanizado periférico con la plaquita

anterior.

2. Mecanizado del fondo con la plaquita

anterior.

3. Mecanizado del fondo con la plaquita

posterior.

Las fuerzas de corte son axiales y radiales, por lo que se produce una tensión añadida sobre la

herramienta debido al ranurado y esto implica que se generan grandes fuerzas radiales y virutas largas.


Figura 5-15


65

Hay algunas recomendaciones generales a la hora de mecanizar en rampa:

Reducir el avance al 75% del valor normal.

Si se realiza el fresado de la ranura directamente después de mecanizar la rampa, es importante

continuar con avance más bajo durante una distancia que sea igual al diámetro de la fresa, hasta

que la plaquita posterior haya dejado de trabajar.

Utilizar refrigerante para optimizar a la evacuación de la viruta.

Disminuir el radio en la herramienta para reducir el área de contacto.

El mecanizado en rampa recto se debe limitar a ranuras estrechas de menos de 30 mm de

ancho, si el acceso para rampas helicoidales está limitado.

Si se mecanizan rampas con varias pasadas para producir una

ranura profunda, resulta sencillo incrementar la productividad

mecanizando en rampa en ambos sentidos (rampas

progresivas) en lugar de pasar en un solo sentido (rampa de

una pasada). Así podríamos descender formando una hélice de

forma suave.

5.4.2.2 Mecanizado en rampa circular

El mecanizado en rampa circular (también llamado helicoidal,

espiral etc.) es una alternativa al taladro. Se define como el

desplazamiento simultáneo de un recorrido circular (X e Y) y del

recorrido de avance axial (Z) con un paso determinado. Si se

compara con el mecanizado en rampa lineal, la interpolación

helicoidal es un proceso mucho más uniforme porque se reduce el

corte radial, se consigue fresado hacia abajo en concordancia puro

y mejora la evacuación de viruta.

Hay tres aspectos clave para el mecanizado en rampa circular: si no

se aplica correctamente, los problemas son inevitables.

Selección del diámetro de fresa según el tamaño del agujero

La selección del tamaño de fresa es muy importante cuando se utilizan fresas sin corte en la zona

central. En la figura 5-18 podemos ver los 3 casos que se nos pueden dar. En el primero, el diámetro de

fresa permite garantizar que la plaquita mecanice sobre la línea central del agujero. En el segundo, el

diámetro de fresa es demasiado pequeño y dejará un núcleo en el centro, como en trepanado. Esto

resulta aceptable para grandes cortes (‘arquetas’) pero será necesario prever el apoyo del núcleo en el

momento de su caída. Si la fresa es demasiado grande, como en el tercer caso, la plaquita no pasará

tampoco por la línea central del agujero y se formará un tetón en el que quedará atascada la parte baja

de la fresa.

Figura 5-16

Figura 5-17


66

Figura 5-18

Paso

El paso no puede nunca ser mayor que el valor máximo de aP (espesor de viruta axial)

para el concepto de fresa y depende del diámetro del agujero, el diámetro de la fresa y

el ángulo de la rampa.

Velocidad de avance

El valor del avance siempre depende del valor de hex,

que se corresponde con la velocidad de avance periférica, vfm. Sin

embargo, muchas máquinas requieren que se defina el avance en el

centro de la herramienta, vf, que se debe calcular como corresponde:

La velocidad a utilizar será:

vfm = si se utiliza compensación de radio

vf = si se utiliza avance del centro de la herramienta

5.4.3 Mecanizado trocoidal

El mecanizado trocoidal es una nueva estrategia de trayectoria de herramienta para aumentar la

velocidad del mecanizado de desbaste. Una "trocoide" se define como la huella de un punto fijado en un

círculo que rueda a lo largo de una línea. En términos generales, una "trocoide" es cualquier curva que

constituye el lugar de un punto fijado a una curva A, mientras que la A se desliza a lo largo de otra curva

B sin resbalar. El resultado es una trayectoria de herramienta parecida a un espirógrafo donde el

material se retira de la parte cortante de la herramienta de corte. Este tipo de herramientas se emplean

a menudo en esta práctica y es adecuado para el mecanizado de cajeras abiertas y ranuras. También se

adapta al HSM ya que la herramienta de corte se mueve siempre de forma encorvada y permite que se

mantenga el máximo avance a través de todo el proceso de mecanizado. Además, el movimiento

circular permite que las virutas se expulsen de forma clara y concisa.

Figura 5-19


67

El fresado trocoidal se usa cuando se trata de hacer una ranura

o eliminar una gran cantidad de material que exige la utilización

de todo el diámetro de corte de la herramienta. También es

buena idea usarlo cuando nos surgen problemas de vibración.

Este tipo de trayectoria requiere de capacidad de la máquina-

herramienta y una programación especializada. Muchos

controles modernos, como los Heidenhain, incluyen ya órdenes

para poder ejecutar estas estrategias. Los programas CAM

también incluyen normalmente esta estrategia. En el caso de

CATIA v5 se trata de una opción llamada “full engagement” que

detecta cuando la fresa tiene que utilizar un determinado

porcentaje del diámetro para poder mecanizar y cambia

automáticamente a un patrón trocoidal.

La herramienta se programa con un recorrido de rotación a la entrada y a la salida del corte, con el paso

radial, w, bajo, lo que implica que:

El arco de empañe controlado genera fuerzas de corte bajas y esto permite elevar la

profundidad de corte axial.

Se utiliza toda la longitud del filo y por ello calentamiento y desgaste son uniformes y

distribuidos, la vida útil de la herramienta será mayor que con el fresado de ranuras tradicional.

Debido al corto arco de empañe, se utilizan herramientas de varios filos y esto permite

incrementar el avance de mesa sin perder seguridad respecto a la vida útil de la herramienta.

El máximo corte radial, ae, no debe superar el 20% del diámetro de la fresa.

Para ranuras de anchura inferior a 2 x Dc

La herramienta se programa con un recorrido continuo en

espiral que avanza en dirección radial para mecanizar una

ranura o un perfil. El avance es constante, con un corte

radial que varía continuamente. El 50% del tiempo la

herramienta está fuera del corte. En este caso tendremos

que hacer algunas consideraciones:

El corte radial está cambiando constantemente y, en

el punto de mayor inmersión, es más alto que el

solapamiento programado, w.

Es importante mantener la relación entre el

diámetro de la fresa y la anchura de la ranura por

debajo del 70% y el paso radial, w, por debajo del

10% de Dc.

El avance es constante, sin embargo, el avance del centro de la

herramienta, vf, es distinto del avance de la periferia, vfm. Si se

programa el avance en función del centro de la herramienta,

será necesario calcular el avance periférico como en el caso del

mecanizado en rampa circular.

Figura 5-20

Figura 5-21


68

Para ranuras de anchura superior a 2 x Dc

Un recorrido continuo en espiral, como el que se programa para una ranura estrecha en donde el 50%

del tiempo se consume con la herramienta fuera del corte, se puede optimizar a medida que la ranura

se hace más ancha:

1. Rotación al entrar, radio programado (radm) = 50% de Dc.

2. G1 con ae = 0.1 x Dc.

3. Rotación al salir, radio programado (radm) = 50% de Dc.

4. Rápido desplazamiento hasta la siguiente posición de

inicio.

5. Repetir el ciclo.

5.4.4 Desbaste por penetración

El desbaste por penetración o fresado en “plunge” como

se le conoce en algunos sitios (del inglés “plunge milling”)

es una estrategia bastante sencilla de aplicar. La idea es

desbastar el material realizando una serie de taladros. Se

realiza un taladro inicial (usualmente un mecanizado en

rampa circular) y luego se van superponiendo los

distintos taladros hasta eliminar todo el material. Este

mecanizado no se realiza con una broca, sino que se usa

una fresa normal. Las brocas no tienen el fondo plano y

además no trabajan bien cuando no están

completamente rodeadas de material.

En el desbaste por penetración, el mecanizado se realiza en el extremo de la herramienta en lugar de la

periferia y esto supone una ventaja porque cambia la dirección de las fuerzas de corte predominantes

de radial a axial. Esto hace especialmente indicado esta estrategia para el mecanizado de cavidades

muy profundas, en las que el voladizo de la herramienta sea muy grande y tengamos problemas de

rigidez o vibraciones. Al usar la rigidez del eje Z, cambian las características de vibración del sistema.

Esta mejora en la vibración también lo hace adecuado para mecanizar paredes delgadas donde la

vibración puede dañar la pieza de trabajo.

También puede ser una alternativa para máquinas antiguas

en las que ya no tengamos tanta fiabilidad en los ejes X e Y

o en los que la potencia o el par estén limitados.

Normalmente hay una mayor capacidad disponible para el

eje Z y podría darse uso a máquinas antiguas que nos

ahorrarían tiempo de mecanizado. No obstante el fresado

en “plunge” no debe ser nuestra primera opción porque la

velocidad de arranque de viruta es menor comparado con

otros procesos.

Figura 5-22

Figura 5-23

Figura 5-24


69

Para realizar un desbaste por penetración tendremos que hacer una

serie de consideraciones:

Usar una máquina de eje horizontal facilitará la evacuación

de viruta.

Usar fluidos de corte o aire comprimido también ayuda a

evacuar esta viruta.

Si se compara con los métodos tradicionales, el fresado en

"plunge" requiere menor avance por diente.

Hay que verificar que siempre haya más de un diente en

contacto con el corte.

Utilizar fresas con paso reducido.

Utilizar un "programa con desplazamiento en gancho" para

evitar remecanizar en el movimiento de retorno. Los

software CAM que incluyen este tipo de mecanizado lo

hacen automáticamente, de lo contrario sería conveniente

programarlo en algún tipo de macro.

No se recomienda utilizar un ciclo de taladrado porque el

remecanizado puede provocar vibración al extraer la

herramienta.

Hay que siempre dejar existencias constantes para las

operaciones posteriores de acabado.

5.4.5 Reconocimiento de material remanente

El reconocimiento de material remanente es una funcionalidad que traen ahora prácticamente todos los

paquetes de CAM. Como su propio nombre indica, se trata de identificar los restos de material que

quedan en el tocho después de hacer nuestras operaciones. Esto es muy útil para las operaciones de re-

desbaste y de acabado, ya que podemos utilizar el modelo resultante de las operaciones anteriores

como base para nuestro mecanizado. El resultado es una trayectoria más eficaz ya que la herramienta

permanece más tiempo en el material y elimina cortes en vacio.

El re-desbaste es una operación bastante importante en el contexto del mecanizado de alta velocidad,

ya que si en el desbaste hemos dejado áreas bastante pobladas de material el resultado puede ser que

en determinados momentos la herramienta se encuentre con una carga superior a la que soporta. Con

el re-mecanizado las esquinas ajustadas se liberan, presionando menos a la herramienta y permitiendo

que se mueva más rápido.

En CATIA v5 también está incluida esta opción y es posible visualizar el tocho resultante después de cada

operación y poder usarlo en las operaciones siguientes.

Figura 5-25


70

5.4.6 Esquinado

Una de las operaciones que más a menudo tendremos que hacer será el repaso de las esquinas. Aunque

aquí nos estamos refiriendo a las esquinas que se quedan sin desbastar en un mecanizado en escuadra,

la técnica es la misma para cualquier resto de material que nos quede en un mecanizado 3D. Una vez

que nuestro software de CAM ha identificado el material que nos queda sin mecanizar podemos

proceder a su eliminación. Las estrategias vienen a ser las mismas que las utilizadas para el desbaste: el

recorte y el desbaste por penetración.

El recorte es una técnica de semidesbaste utilizada en fresado

de esquinas donde no ha podido llegar la herramienta más

grande utilizada en la operación anterior. A diferencia del

fresado trocoidal, no es necesario un recorrido de rotación al

entrar ni al salir del corte ya que el corte radial parte de cero

hasta llegar al máximo en el punto medio y volver a cero otra

vez. El material se elimina con varias pasadas sucesivas, que

garantiza baja inmersión radial/ángulo de empañe y bajas

fuerzas de corte.

Como en todas las operaciones de contorneado de radio que

hemos visto, al programar con avance del centro de la

herramienta, vf, la velocidad de avance se debe reducir respecto

al avance de la periferia de la herramienta, vfm, para que se mantenga constante el avance por diente.

Además, como la profundidad de corte puede hacerse demasiado grande ya que varía la relación entre

el diámetro recorrido y el de la herramienta, debemos ir reduciendo el avance de manera continua en

cada pasada. Para los mismos radios inicial y final, el número de pasadas requeridas variará según el

ángulo de la esquina. Para esquinas con ángulos inferiores a 60˚, una buena solución puede ser el

fresado en "plunge".

El fresado en "plunge" del material sobrante después de una

operación de desbaste en esquinas profundas de 90 grados puede

presentar ventajas. Las brocas llegan a permitir cortes hasta el 75%

del diámetro de la fresa y esto presenta ventajas en esquinas

estrechas. Pero sobre todo el desbaste por penetración se usa en

esquinas de cavidades profundas para evitar vibraciones y posibles

colisiones con el portaherramientas.

Figura 5-26

Figura 5-27

Figura 5-28


71

5.4.7 Mecanizado paredes finas

Una de las particularidades del Mecanizado de Alta Velocidad es que permite el mecanizado de paredes

muy delgadas. El uso de técnicas de alta velocidad, es decir, valores pequeños de ap/ae y altos de vc,

facilitan el fresado de paredes delgadas, ya que reducen el tiempo de

empañe de la herramienta y, con él, el impulso y la desviación. Para

crear estas superficies esbeltas también hay que tomar una serie de

consideraciones en la estrategia a tomar. Las recomendaciones para

estas estrategias dependen de la propia esbeltez de la pieza. El

número de pasadas vendrá determinado en todos los casos por las

dimensiones de la pared y por la profundidad de corte axial.

Relación pequeña entre altura y espesor <15:1:

Las pasadas deben seguir un recorrido en zigzag.

Mecanizamos un lado de la pared con pasadas no

superpuestas.

Repetimos en el lado opuesto.

Dejamos tolerancia en ambos lados para el posterior

acabado.

Relación moderada entre altura y espesor <30:1

Fresado por niveles:

Vamos alternando los lados y mecanizamos a profundidades

dadas, con pasadas no superpuestas.

Fresado escalonado con apoyo:

Una aproximación similar, pero con solapamiento entre

pasadas en las caras opuestas de la pared: de esta forma se

consigue mejor apoyo en el punto que se está mecanizando.

La primera pasada se debe realizar a profundidad de corte

reducida, ap/2.

En cualquiera de los casos, se debe dejar una tolerancia en

ambos lados para el posterior acabado de 0.2 – 1.0 mm.

Relación muy alta entre altura y espesor >30:1

Además de ir alternando los lados de la pared durante el

mecanizado, se debe aproximar el espesor de pared

deseado por fases, mediante una rutina de “árbol de

navidad”.

La sección más delgada siempre se apoya en las secciones

más gruesas que están debajo a medida que se mecaniza.

Desplazamos la pared hacia abajo siguiendo los pasos. Figura 5-29


72

5.4.8 Trayectorias basadas en NURBS

Los NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) son entes matemáticos que definen exactamente una

curva o superficie a partir de varios puntos de control, no necesariamente pertenecientes a la

trayectoria, y unos pesos asociados a los mismos. Los pesos actúan esencialmente como la gravedad,

produciendo deformaciones en la dirección de los puntos de control. Cuanto mayor sea la complejidad

de la curva, mayor será el número de puntos de control que deberá especificarse, pero, en todo caso, el

número de puntos generados será menor que el necesario utilizando la aproximación tradicional por

tramos rectos. La reducción en el número de puntos manejado en las curvas habituales está en una

proporción de entre un 30 y un 50%.

El empleo los NURBS para definir una

trayectoria de mecanizado precisa

evidentemente de la disponibilidad de un CNC

con interpolador polinómico, capaz de

procesar la información codificada en esta

forma. Muchos de los paquetes de CAD

existentes trabajan internamente con NURBS

para la definición de curvas y superficies. La

disponibilidad de un CNC con capacidad de

procesar NURBS supone la eliminación de un

paso intermedio generador de error a la hora

de aproximar una trayectoria curva a una de multitud de tramos rectos, con el consiguiente incremento

de la calidad superficial, disminución de la talla del fichero de la trayectoria, e incluso incremento de la

velocidad de avance.

Algunas ventajas de los NURBS son:

Mejora del rendimiento dinámico. Como los NURBS introducen continuidad en C2 en la

trayectoria cuando es posible, se reduce dramáticamente las deceleraciones en la máquina

producidas por discontinuidad en la curvatura. Esto es fácil de ver: si la derivada de una curva no

es continua en un punto, el control detecta una discontinuidad en la aceleración y establece el

valor de la velocidad a un mínimo. Además, grandes variaciones en el avance pueden provocar

marcas en la superficie y deteriorar la calidad.

Mejora en la calidad superficial. Si lo comparamos con la interpolación lineal, una superficie

mecanizada con NURBS tendrá un aspecto más suave y no produce aristas como en la

interpolación lineal. Se puede obtener una gran calidad superficial sin reducir significantemente

la tolerancia del programa.

Mejora en productividad. NURBS proporciona mejores propiedades dinámicas. Como resultado,

la ganancia en productividad usando NURBS en vez de interpolación lineal o circular se

incrementa. Comparando en términos de tiempo de mecanizado de las diferentes salidas del

APT se ha verificado una mejora en muchos programas incluyendo operaciones de 3 y 5 ejes.

Figura 5-30


73

No obstante también tienen algunas limitaciones:

Las sentencias de salida de NURBS se calculan teniendo en cuenta las tolerancias de mecanizado

definidas en la operación. El número de puntos de control es una consecuencia de la precisión

requerida en NURBS y esta a su vez está relacionada con la tolerancia del mecanizado. No hay

opción del usuario para manipular el número de puntos de control.

Las salidas NURBS solo se pueden hacer en APT, con lo cual es necesario disponer de un post-

procesador capaz de traducir todos los comandos.

El fichero generado tampoco es compatible con ningún tipo de compensación de herramienta y

la posición tampoco puede ser el centro de la herramienta. Siempre es la trayectoria que sigue

la punta, con lo cual el control tendrá que hacer su propia compensación.

En CATIA v5 no se puede importar APT que contengan NURBS usando el comando “import” y

tampoco es posible usar la simulación ISO del formato NURBS.

La reducción del volumen de datos que se obtiene con la especificación de las trayectorias

mediante NURBS tiene importancia en el caso de utilizar controles con baja capacidad de

almacenamiento, habituales hasta fechas recientes. Sin embargo, los CNC actuales, con gigas de

memoria, y con la posibilidad de aplicar la función look-ahead, diluyen algunas de las ventajas

del uso de los NURBS.

En definitiva, si bien los NURBS son una nueva técnica que comienza a desarrollarse y que ha aportado y

puede seguir aportando una serie de ventajas, algunas de ellas ya no son tales gracias a las prestaciones

de los CNCs de última generación. Las limitaciones de la máquina en cuanto a velocidades de avance y/o

aceleraciones no están causadas por la capacidad de proceso de datos del CNC, sino por la respuesta del

sistema electromecánico. Además, aunque es más eficiente, presenta una serie de inconvenientes que

dificulta mucho la programación.


74

6. Casos prácticos. Aplicaciones y ejemplos

75

6 CASOS PRÁCTICOS. APLICACIONES Y EJEMPLOS.


76

6.1 PRIMEROS PASOS: SETUP DE LA PIEZA Y OPERACIONES BÁSICAS

El objetivo de esta práctica es tener una primera toma de contacto con el módulo de mecanizado de

CATIA realizando una serie de tareas básicas y definir una metodología de trabajo que no cree malos

hábitos y nos permita tener nuestros proyectos estructurados de manera que cualquiera pueda acceder

con facilidad a ellos.

6.1.1 Paso 1: Selección de la pieza y creación del tocho de mecanizado

Para la elaboración de esta práctica empezaremos

accediendo a la pieza Setup.CATPart incluida en la

carpeta “Casos prácticos” de la documentación del

proyecto con CATIA. Al abrir el documento nos

encontramos automáticamente en el módulo

“mechanical design->part design”.

En este caso la pieza de diseño viene ya montada

directamente sobre una base que nos servirá de

utensilio de amarre. Aunque no vayamos a

mecanizar ese elemento, es bueno diseñar las

piezas con ellos ya que nos permiten determinar a

posteriori si se producen colisiones.

En el árbol encontramos un elemento “body” llamado “Cuerpo”

donde describimos la geometría de la pieza. Para diseñar nuestro

tocho vamos a la barra superior de herramientas y creamos un

nuevo elemento haciendo click en insert->body. En el nuevo cuerpo

que hemos creado hacemos click derecho y en “properties” le

cambiamos el nombre a “Tocho”

Como la base de amarre va a ser la misma, copiamos del elemento “Cuerpo” la primera operación

creada llamada Pad.1 y la pegamos en el nuevo cuerpo. Ahora crearemos el tocho directamente

apoyado sobre nuestra base. Esto nos sirve para ver también la base en las simulaciones de eliminación

de material que explicaremos más adelante.

Creamos la base de nuestro tocho haciendo primero

un “sketch” . Usamos como plano de referencia la

parte superior de nuestro elemento de amarre y

creamos un rectángulo con las dimensiones como el

de la figura 6-3. Después, teniendo seleccionado

nuestro “sketch” creamos una operación “Pad” .

A este le damos una altura de 45mm y hacemos click

en “ok”. Con esto tenemos lista la geometría de

nuestro tocho.

Figura 6-1

Figura 6-2

Figura 6-3


77

Para una mejor visualización del tocho durante todo el

proceso hacemos click derecho sobre el elemento “Tocho”

y en “properties” accedemos a la pestaña de propiedades

graficas.

Seleccionamos un color de relleno que resalte mucho, le

asignamos un valor a la transparencia superior a 0 y

aplicamos los cambios. Con esto conseguimos ver tanto el

tocho como la pieza.

Si decidimos ocultar del todo alguna de las geometrías, por

ejemplo el tocho, solo tenemos que hacer click derecho en

ella y activar “hide/show” . El icono de ese elemento se

volverá transparente para indicar que está oculto. Para

volver a hacerlo visible hacemos el mismo proceso.

Una vez que hemos acabado de diseñar el tocho de nuestra pieza, guardamos todos los cambios para

empezar a programar.

6.1.2 Paso 2: Setup del proceso

Ahora estamos listos para comenzar nuestro proceso

de mecanizado. Lo primero que tenemos que hacer es

acceder al módulo de mecanizado. Como no vamos a

utilizar opciones avanzadas y nuestro mecanizado se

puede realizar en 3 ejes, haremos uso de un módulo

con la configuración más sencilla. Para ello, con el

documento de la pieza abierta, vamos a

“start->machining->prismatic machining”.

Figura 6-4

Figura 6-5

Figura 6-6


78

Una vez en el módulo podemos ver la estructura del árbol

de especificaciones vista en el capítulo 2. Haciendo doble

click en “Part Operation” abrimos el menú para

asignar los recursos a nuestro proceso.

Empezamos asignando una máquina. Accediendo a

“Machine”, seleccionamos como máquina herramienta la

máquina de 3 ejes que viene por defecto. En el resto de

pestañas que encontramos en esta ventana dejamos

aplicados los valores por defecto. También dejaremos por

defecto los ejes de referencia de la máquina.

En el apartado “Product or Part” nos encontramos ya

con nuestra pieza debido a que, al abrir el módulo desde

ella, se asigna automáticamente. Solo nos queda asignar en

la pestaña de geometría la pieza de diseño y el tocho. Cuando hacemos click en el símbolo de pieza de

diseño nos lleva de nuevo a nuestra vista 3D donde podemos seleccionar la pieza. En este caso es más

sencillo si seleccionamos desde el árbol de especificaciones el objeto “Cuerpo”. Repetimos el proceso

para asignar el “stock”, que en este caso es nuestra pieza “Tocho”. Hacemos click en “Ok” y salimos del

menú.

6.1.3 Paso 3: Selección de herramientas y definición de operaciones.

Lo habitual es tener planteado el proceso de antemano antes de empezar a programar nada, con una

idea general de las operaciones que vamos a realizar y las herramientas que vamos a utilizar. En este

ejercicio vamos a utilizar 3 herramientas y con ellas haremos 4 operaciones:

T1 Fresa ∅ 10 de punta plana Planeado de la cara superior.

Contorneado de la pieza.

T2 Fresa especial para chaflanes Contorneado para realizar el chaflán.

T3 Broca ∅ 10 Taladro central.

Esta forma de mecanizar la pieza es puramente didáctica, para comprender como se definen las

operaciones. No estamos usando parámetros reales de mecanizado.

La primera de las tareas que vamos a realizar es un planeado. Seleccionamos el comando “Facing” y

nos piden que seleccionemos una operación de referencia para introducir esta detrás. Como es la

primera, hacemos click en “Manufacturing Program.1”. Automáticamente, CATIA nos asigna un cambio

de herramienta para esta operación y se abre el cuadro con los parámetros del planeado.

En las distintas pestañas vemos varios símbolos con “luces” indicadoras:

Verde significa que esa pestaña está totalmente definida y lista para aplicarse.

Amarillo significa que está definida, pero el usuario debería revisar los parámetros.

Rojo indica que faltan datos por asignar.

Figura 6-7


79

La primera pestaña es la de geometría . La imagen que nos aparece

se conoce como “sensitive icon” y nos ayuda a definir la geometría de la

operación. El planeado es el caso más sencillo, pues solo incluye dos

elementos de fácil selección.

La primera es la superficie de mecanizado. Al hacer click derecho sobre ella

nos aparece un menú desplegable donde podemos asignar un offset y una

casilla activada que detecta automáticamente el contorno. Vamos a

desactivar esta casilla. Una vez hecho esto, seleccionamos con click

izquierdo la superficie y nos pide que seleccionemos un plano en la vista

3D. Seleccionamos la cara superior de la pieza de diseño, (“Cuerpo”).

Como hemos desactivado la detección automática de

contorno, tenemos que seleccionarlo manualmente.

Tenemos que hacer visible el “Tocho” si lo teníamos

oculto y seleccionamos el borde superior de este (ver

figura 6-9). Esto es importante hacerlo así para

mecanizar toda la cara superior del tocho. Con

autodetección de contornos utilizaría el contorno de la

pieza de diseño y dejaríamos parte sin trabajar. Con esto

ya tenemos definida la geometría necesaria.

Pasamos ahora a la pestaña de herramientas . Hemos dicho

que utilizaríamos una fresa normal de diámetro 10 mm. La que

insertó CATIA por defecto es así salvo por un detalle. Nuestra

herramienta es de punta plana y esta incluye un pequeño radio de

redondeo Rc de 2 mm. Cambiamos este valor a 0 mm y ya tenemos

la herramienta definida.

Por último tenemos la pestaña de estrategia . Tenemos unos

valores asignados por defecto que además hacen que el icono este

en verde, con lo que nosotros vamos a dejar esos valores y vamos a

darle a “Ok” para terminar con esta operación.

Lo siguiente que haremos es un contorneado a la pieza. Para introducir la operación usamos el comando

“Profile contouring” y cuando nos pidan la operación de referencia hacemos click en “Facing.1”

para insertar la operación a continuación de esta. Además, si procedemos así, CATIA utilizará como

herramienta por defecto la de la operación anterior. Como vamos a usar la misma herramienta, no

tenemos que editarlo.

Figura 6-8

Figura 6-9

Figura 6-10


80

En la pestaña de geometrías podemos elegir entre 4 modos distintos de usar “profile contouring”

“Between two planes”

“Between two curves”

“Between a curve and surfaces”

“By flank contouring”

Nosotros utilizaremos “Between two planes” y comenzaremos señalando el elemento guía. En este caso

será el perfil de la pieza (Ver figura 6-11). Como fondo de la operación señalaremos el plano de la placa

sobre el que apoya la pieza (el mismo en el que está definida la curva guía en la fig. 6-11).

Opcionalmente podemos añadir el plano superior de la operación tomando la cara superior de la pieza.

Al utilizar en este proceso la misma herramienta, no tendremos que volver a editarla, así que pasamos

directamente a la pestaña de estrategia. Esta vez no nos sirven las opciones por defecto, así que

haremos algunos cambios. En estilo de camino seleccionaremos “One way”. En la pestaña “Machining”

tenemos que asegurarnos de que está activada la casilla “Close tool path”. En la pestaña “Stepover”

cambiamos en “Radial Strategy” el número de trayectorias a 2, mientras que en estrategia axial vamos

a dejarlo solo en 1 el número de niveles (vamos a suponer una máquina con potencia infinita para el

ejemplo).


Figura 6-13


81

Un último detalle que incorporaremos a esta

operación será una macro de aproximación.

Dado que no hemos definido ningún modelo de

máquina-herramienta concreto, CATIA no es

capaz de generar automáticamente los caminos

de transición porque no tiene cinemática que

simular. Para evitar colisiones vamos a añadir

manualmente esos caminos.

Accedemos a la pestaña de macros y

aparece la ventana con todas las macros

disponibles. Seleccionamos la macro de

aproximación que se encuentra en primer lugar.

Cambiamos el modo a “Axial” y cambia el icono

sensitivo de definición. Hacemos doble click en

este y le damos un valor de 50 mm. Antes de

salir es muy importante activar la macro

haciendo click derecho sobre ella.

Con esto hemos acabado de definir nuestra

operación y podemos salir haciendo click en

“OK”.

Lo siguiente que realizaremos es el chaflán. Usaremos el

mismo tipo de operación que antes: “Profile

contouring”, y lo definiremos detrás de “Profile

Contouring.1”. Tenemos que definir una nueva

herramienta específica para chaflanes. Para ello vamos a

seleccionar una herramienta de tipo “Countersink” y la

llamaremos “T2 Countersink D10”. La definiremos tal como

está descrito en la Figura 6-15. Los factores más

importantes son el ángulo de chaflán a 45º y tener una

longitud de corte suficiente para realizar la operación.

Cuando cambiamos a la pestaña de geometría de nuevo

podemos ver que en nuestro árbol de definiciones se ha

creado automáticamente un cambio de herramienta detrás

de la operación “Profile contouring.2” y que la nueva

herramienta se ha añadido al final del todo a

“ResourcesList”. Más tarde podríamos editar aquí las

propiedades de esa herramienta concreta.

Figura 6-14

Figura 6-15


82

De nuevo en la pestaña de geometría usaremos el

modo “Between two planes” para definir la

operación. Esta vez el contorno será el de la figura

6-16. Para el plano de mecanizado sería necesario

definir un plano auxiliar para apoyarnos. En lugar de

eso, seleccionamos la cara superior de la pieza y

haciendo click derecho en el icono sensitivo le

asignamos un “offset” de -2 mm.

En la pestaña de estrategia (figura 6-13)

encontramos los valores definidos en la operación

anterior. Como el chaflán lo haremos de una sola

pasada, modificamos en la pestaña “Stepover->Radial strategy” el número de caminos a 1.

Por último, es importante definir aquí otra macro. La haremos exactamente igual a la del apartado

anterior, siguiendo la figura 6-14. En este caso solo es necesario darle una longitud de 10 mm. Hacemos

click en “OK” y tenemos la 3ª operación terminada.

La operación de taladrado es muy sencilla. Seleccionamos “Drilling operation”, en la pestaña de

herramientas seleccionamos un taladro de diámetro 10 mm y en el icono sensitivo seleccionamos la

geometría del agujero de nuestra pieza, incluyendo el plano superior y el fondo.

Figura 6-16



83

6.1.4 Paso 4: Visualización de la operación.

Hasta ahora hemos definido las operaciones sin ver muy bien cuál es el resultado obtenido. Lo primero

que vamos a hacer es visualizar las trayectorias. Para ello tenemos que decirle a CATIA que las calcule

con los datos que tiene. Hacemos click derecho en “Manufacturing Program.1” y buscamos el comando

“Compute Tool Path” (ver Figura 6-19) y en la pequeña ventana que nos sale seleccionamos

“Computation if necessary”.

En el árbol de especificaciones, al lado del

nombre de cada operación, nos aparece

ahora entre paréntesis la palabra

“computed” y debajo un elemento “Tool

Path” que es nuestra trayectoria.

Haciendo click derecho en cada una de las

operaciones, seleccionamos “Replay Tool

Path” y podremos explorar la

trayectoria con la ayuda del menú.

Es posible pasar de una operación a otra

haciendo uso de los botones y

Si lo que queremos es ver la simulación de eliminación de material, seleccionamos la última de las

operaciones (en este caso el taladrado) y desde el mismo menú de “Replay Tool Path” podemos

acceder al “video mode” . Los comandos para las simulaciones los explicaremos mejor en el capítulo

2 y en ejercicios posteriores.

Figura 6-19

Figura 6-20


84

6.2 OPERACIONES AUXILIARES Y TRAYECTORIAS. SIMULACIÓN DEL MECANIZADO

En este segundo ejercicio vamos a profundizar en el módulo de mecanizado. Nuestros objetivos son:

Reforzar el concepto del setup del proceso definiendo nuevos elementos y propiedades.

Aprender a utilizar operaciones auxiliares para facilitar la programación.

Avanzar en el manejo de las trayectorias programadas y su simulación.

Para ello vamos a empezar a utilizar el módulo de “Advanced machining” que contiene muchas más

opciones que el “Prismatic machining” ya que no está limitado a operaciones de 2.5 ejes. Como la

ubicación de las barras de herramientas varía según cada usuario, tenemos que asegurarnos si no

encontramos algún comando que la barra de herramientas esta activada en “view->toolbars”. También

en “View->commands list” es posible encontrar por orden alfabético el comando buscado.

Para cada uno de los apartados vamos a utilizar piezas específicas con el objeto de presentar con

claridad los conceptos. Todos los modelos se encuentran en: \Casos prácticos\2.- Operaciones auxiliares

6.2.1 Desbaste por zonas

El desbaste por zonas básicamente consiste en separar en pequeñas partes una pieza y asignarles

operaciones individualmente para obtener un mejor control local de las trayectorias. Dado que CATIA

calcula automáticamente todos los caminos de la herramienta, es difícil, en ocasiones, asignar

parámetros a la operación para que obtengamos en resultado que queremos. Para ahorrarnos tediosas

labores de edición manual de trayectorias es mejor dividir las operaciones en fragmentos más

asequibles. Pese a que nosotros vamos a utilizar esta técnica para operaciones de desbaste en

cavidades, la metodología es aplicable a cualquier tipo de operaciones.

Para este ejercicio vamos a usar la pieza Casos prácticos\2.- Operaciones

auxiliares\Left_Hand_Part.CATPart contenida en este proyecto. En esta

pieza tenemos definidos, además de la pieza de diseño, 3 tochos: uno que

representa el bloque entero para simulación de material y otros 2

pequeños en color azul y amarillo auxiliares.

Al abrir el documento nos encontramos automáticamente en el módulo

“mechanical design->part design”. Para la realización de este ejercicio

accedemos al módulo “Machining->Advanced machining”. Haciendo

doble click en “Part Operation” abrimos el menú para asignar los

recursos a nuestro proceso.

Haciendo click en “machine” asignamos una máquina-herramienta. En este caso hacemos click en el

símbolo de la carpeta para seleccionar un modelo propio de máquina y seleccionaremos una

máquina de 3 ejes de ejemplo de CATIA: “Mill_3axis.CATProduct”. Le ponemos un nombre y dejamos

los valores de las pestañas por defecto.

Figura 6-21


85

Es bueno definir nuestro propio sistema de

coordenadas en la pieza o en la máquina para

poder utilizarlos luego a la hora de sacar el código

CNC. Para ello haremos click en “Reference

Machining Axis System” . En el icono sensitivo

que nos aparece hacemos click en el punto origen

del sistema de coordenadas y seleccionamos un

punto de nuestra geometría (ver figura 6-22).

En la pestaña de geometría asignamos las siguientes piezas:

Design part: “PartBody”

Stock: “Tocho”

Lo más probable es que ahora nuestro modelo de máquina-

herramienta ocupe la mayor parte de la pantalla. Usando el

comando “Fit All In” del “View Toolbar” ajustamos la vista

para centrar todos los elementos.

Lo siguiente que tenemos que realizar es ubicar la pieza en la

mesa de trabajo de la máquina. Normalmente, estos modelos ya

tienen un punto de montaje definido por defecto. Haciendo uso

del comando “Workpiece Automatic Mount” emplazamos la

pieza en su lugar. La representación de la máquina normalmente

es un obstáculo. En el árbol de especificaciones, en la lista de

recursos, hacemos click derecho sobre el nombre de la máquina y

utilizamos “hide/show” para ocultarla.

La operación que vamos a hacer es un proceso que opera en 3 ejes simultáneamente, por eso utilizamos

el módulo de “Advanced Machining”. Se trata de un desbaste o “roughing” . En la pestaña de

herramientas nos encontramos con otras 2 pestañas.

La primera es la conocida definición de herramienta.

En este caso tomaremos la fresa que viene por

defecto de diámetro 5 mm teniendo cuidado de

desactivar la opción “ball end tool” y poniendo el

valor de Rc a 0 para hacerla de punta plana,

La otra pestaña es para definir el portaherramientas.

Agregamos un nombre (Pej. Porta 1) y podremos

definir la geometría de este. Tomamos los valores de

la figura 6-24 y continuamos definiendo la operación.

Figura 6-23

Figura 6-24

Figura 6-22


86

Pasamos ahora a definir la geometría de la operación. En el icono

sensitivo hemos de seleccionar como “Part” la pieza de diseño

“PartBody”, y como “Rough stock” el cuerpo “Tocho”. Al ser esta

operación un desbastado, se asigna automáticamente un “offset”

para permitir después dar una pasada de acabado. Nosotros no

haremos acabado en esta ocasión, por lo que tenemos que

asegurarnos que el valor de “Offset on part” lo ponemos a 0 mm.

También definiremos los planos “Top” y “bottom” que son la parte

superior e inferior de la cavidad respectivamente. Para una selección

cómoda deberíamos tener ocultos los cuerpos “TochoParcial” 1 y 2.

Los valores de las pestañas de macros y velocidades los dejaremos por defecto. En la pestaña de

estrategia nos aseguramos de que la profundidad máxima de corte es de 5 mm (pestaña “axial”)

dejando todo lo demás también por defecto.

Para comprobar las trayectorias que vamos creando podemos darle a “Replay Tool Path” dentro del

menú. Esto nos permite ir comprobando nuestros cambios y además hace el cálculo de la trayectoria,

con lo que no tenemos que utilizar luego el comando “Compute Tool Path”.

En la figura 6-26 podemos apreciar las trayectorias

de la operación. Al reproducir la animación nos

damos cuenta de que primero mecaniza una

cavidad, luego pasa a la otra y de nuevo vuelve para

terminar con un perfilado. En este caso no supondría

un gran contratiempo, pero en el caso de una pieza

con numerosas cavidades, el incremento de tiempo

que suponen estos movimientos en vacio puede ser

importante. Es por ello que a veces conviene dividir

el proceso en partes compactas.

Para realizar el desbastado por zonas vamos a crear un

nuevo programa de mecanizado. Hacemos click en el

comando “Manufacturing program” y lo introducimos

detrás de nuestro “Manufacturing program.1” en nuestro

árbol de especificaciones. Definimos ahora 2 nuevas

operaciones de desbastado, pero en esta ocasión se

selecciona como “Rough” en la pestaña de geometrías los

cuerpos “TochoParcial1” y “TochoParcial2” respectivamente.

Simulando la trayectoria podemos observar que ya no

encontramos el problema anterior de traslaciones

indeseadas.

Figura 6-25

Figura 6-26

Figura 6-27


87

6.2.2 Simulación del mecanizado

Utilizando los resultados obtenidos en el apartado anterior vamos a aprender nuevas características de

la simulación del mecanizado. Recordamos que para poder hacer cualquier tipo de visualización, el

cálculo de trayectorias tiene que estar calculado y actualizado. Si no es el caso, hacemos click derecho

en “Manufacturing Program.2” , buscamos el comando “Compute Tool Path” y en la ventana

seleccionamos “Computation if necessary”. Accedemos al “video mode” para una simulación de

eliminación de material.

Una vez simulado el proceso completo podemos utilizar

el comando de análisis de para examinar la

geometría con detalle. Si hacemos click en el botón

“more” podemos incrementar el rango de capas que

examinamos. En este caso el material remanente solo

se encuentra en las esquinas, ya que no dejamos ningún

tipo de creces con la superficie de diseño. Si activamos la

opción “Gouge” podemos hacer el análisis de material

que hemos quitado de más. Es interesante tenerlo

activado por si hemos definido mal alguna operación.

Errores de 1 mm de espesor es muy difícil verlos en la

pieza a simple vista, pero puede ser crucial para nuestra

producción.

Para una medición más detallada, en el mismo desplegable del comando análisis

encontramos la opción “Measurement” para estudiar la pieza con más detalle.

Un detalle importante es que si vemos los tiempos estimados de mecanizado, no

se corresponden con las simulaciones hechas hasta ahora. Esto es porque la

función de “Replay Tool Path” es controlar las trayectorias y “Video mode”

controlar la eliminación de material y una simulación a tiempo real sería en

exceso lenta. No obstante, el tercer modo de simulación nos permite visualizar el proceso completo

incluyendo los movimientos de la máquina, esta vez a tiempo real, para tener una visión de conjunto del

proceso.

Para acceder a este modo de visualización podemos ir al módulo “Machining simulation->NC Machine

Tool Simulation” o bien haciendo click derecho sobre nuestro “Manufacturing Program” en el árbol de

especificaciones y seleccionando la opción “Simulate Machine Using Tool Path” . Una vez en este

módulo, usando el comando “Machine Simulation” accedemos al modo de reproducción. Podemos

reproducir el proceso completo o simplemente las operaciones que nos interesen en cada momento.

En este modo observamos, por ejemplo, que el movimiento en el eje Z lo realiza la herramienta, pero el

movimiento en X e Y lo realiza la mesa, al contrario de lo que parecíamos ver en las otras que teníamos

fija la pieza y la herramienta seguía su trayectoria.

Figura 6-28

Figura 6-29


88

Es posible hacer al mismo tiempo una simulación de la máquina y de eliminación de material e incluso

visualizando las trayectorias. Si accedemos al menú de opciones de simulación, “Tools->options-

>Machining Simulation->Simulation” encontraremos la ventana de configuración donde nos permiten

activar las casillas correspondientes.

6.2.3 Operaciones auxiliares

En este apartado utilizaremos algunas de las características de la barra de operaciones auxiliares. Esta

barra contiene comandos para realizar tareas de forma manual en vez de dejar que CATIA las inserte de

forma automática, como pueden ser cambios de herramienta, rotaciones de la máquina o cambios de

eje. Además contiene un comando para insertar instrucciones de post-procesado, como puede ser

activar la refrigeración. Nosotros vamos a centrarnos en el último de ellos, que es un submenú

desplegable con operaciones de transformación.

Para practicar estas operaciones vamos a utilizar la pieza Casos

prácticos\2.- Operaciones

auxiliares\CopyTransfoSample.CATPart contenida en la

documentación.

Figura 6-30


Figura 6-33


89

Empezamos por crear 2 operaciones de cajeado (“Pocketing”

) en el primer cuadrado y en el primer triángulo, cada una

con una herramienta distinta, por ejemplo 2 fresas de 10 y 8 mm

respectivamente. Cuando hagamos la definición del cajeado

tenemos que tener cuidado de que en el menú del icono

sensitivo (haciendo click derecho sobre la superficie) esta

desactivada la opción de detección automática de islas.

Hacemos click derecho en “Manufacturing Program”

seleccionamos “Compute Tool Path”.

La primera operación auxiliar que vamos a utilizar es el operador

TRACUT . Este comando sirve para transformar la operación

que hemos realizado sin hacer copias de ningún tipo.

Para englobar a las operaciones que deseemos tenemos que introducir el

operador TRACUT antes de las operaciones a transformar. En el menú que

nos sale seleccionamos la instrucción TRACUT/NOMORE y la

insertamos justo después de la última operación a transformar. En nuestro

caso el operador se aplicará a los 2 cambios de herramienta y las 2

operaciones.

En el menú del TRACUT seleccionamos los siguientes parámetros:

“Transformation type”: “translation”

“Translation type”: “Absolute coordinates”

“Distance along X”: -100 mm

Para visualizar la operación accedemos a “Replay Tool Path” desde el primer cambio de herramienta. Es

muy importante tener activado en el cuadro “TRACUT display mode” en el menú para poder hacer

esto.

Como bien podemos observar en la figura 6-36, las

operaciones son las mismas que las realizadas pero

trasladadas 100 mm. Podemos introducir muchos tipos

de transformaciones a nuestras operaciones:

Traslaciones

Rotaciones

Simetrías

Cambios de eje

Afinidad

Escalado

Transformación matricial

Figura 6-34

Figura 6-35

Figura 6-36


90

El operador COPY funciona de manera similar. La primera diferencia es

como englobar las operaciones. En este caso, el operador COPY va

detrás del último proceso y en el menú que aparece seleccionamos

“Create INDEX/i” y lo introducimos antes de la primera de las

operaciones a copiar.

Los parámetros a introducir son similares a los anteriores,

con el añadido de seleccionar el número de copias a

clonar. El resultado es que nuestras operaciones se

mantienen y aparecen diversas copias de ellas con la

transformación aplicada. Sin embargo, este operador no

nos permite jugar con el orden en que se realizan las

operaciones.

La última de las operaciones auxiliares solo funciona con

operaciones hechas con la misma herramienta. Por ello

cambiamos la herramienta de “Pocketing.2” a T1. A

continuación introducimos el operador “Copy-Transformation”

detrás de “Pocketing.2”. En este caso tenemos que utilizar

“Add operations” para añadir las operaciones que

queremos clonar.

Los parámetros son similares a los de COPY. La excepción es

que podemos elegir el orden de las operaciones:

“Each operation N times” realiza primero las 3

operaciones del cuadrado y luego realizaría las 3 operaciones

del triángulo (figura 6-40).

“All operations N times” realizaría primero el

cuadrado, luego el triángulo adyacente y repetiría la secuencia hasta el final (figura 6-41).

Figura 6-37

Figura 6-38

Figura 6-39



91

6.2.4 Trayectorias de transición

Hasta ahora nos hemos ocupado de generar las trayectorias de las operaciones sin preocuparnos mucho

como iban de una a otra. Ahora vamos a crear esos caminos intermedios. Utilizaremos en este ejemplo

la pieza Casos prácticos\2.- Operaciones auxiliares\Stepped.CATPart. Para poder generar estas

trayectorias necesitamos conocer el tipo de cinemática de la máquina, por eso es necesario definir una

máquina-herramienta.

Hacemos doble click en “Part Operation” y

haciendo click en “machine” asignamos una

máquina-herramienta. Utilizamos el símbolo de

la carpeta para seleccionar un modelo

propio de máquina. Tomamos la Jomach35 que

es una máquina de 5 ejes y la ocultamos para

que no nos estorbe al trabajar.

En la pestaña de geometría seleccionamos

“Transverse box plane” y tomamos los 5

planos que forman una caja alrededor de la

pieza (no incluimos el plano en diagonal).

Una vez terminado situamos la pieza en la máquina con el comando “Workpiece Automatic Mount” .

Ahora creamos 2 taladros con una broca genérica de 10 mm (valor por defecto) por ejemplo en los

agujeros 1 y 9. Haciendo click derecho en el programa seleccionamos “Compute Tool Path”.

Seleccionamos el comando “Generate Transition

Paths” y nos aparecerá el menú.

Seleccionamos “Manufacturing Program.1” para

que se generen las trayectorias pulsamos “OK”

dejando el resto de valores por defecto. El

programa se actualizará entonces con las nuevas

trayectorias. Si utilizamos “Replay”

podremos comprobar nuestras trayectorias. En el

primer caso, como teníamos seleccionado el

modo “Perpendicular to transition plane” todos

los alejamientos y acercamientos de la

herramienta se realizan de forma perpendicular a

los planos (figura 6-43).

Figura 6-42

Figura 6-43


92

Con el comando “Update Transition Paths” nos

aparece de nuevo el menú por si queremos realizar

algún cambio. Si cambiamos los parámetros

introducidos y seleccionamos el modo de

“Aproach/retract” a “Along operation tool axis”

obtenemos la trayectoria de la figura 6-44.

Si volvemos a “Part Operation” y en la definición de

“Transverse box plane” incluimos el plano que está

en diagonal, obtenemos entonces las trayectorias de la

figura 6-45.

Por último, para eliminar todos los caminos generados

automáticamente solo tenemos que hacer uso del

comando “Remove Transition Paths” .

Esta forma de generar caminos de forma automática

es particularmente útil cuando tenemos muchas

pequeñas operaciones separadas como pueden ser el

caso de piezas con muchos taladros. Nos ahorra

mucho tiempo al no tener que generarlas

manualmente y como mucho tendremos que cambiar

algún parámetro para obtener el camino deseado.

Figura 6-44

Figura 6-45


93

6.3 POST-PROCESADO

El objetivo de este ejercicio es aprender a obtener el código numérico de nuestro programa para poder

aplicarlo a nuestro centro de mecanizado. En esta ocasión haremos uso de 2 programas: utilizaremos

CATIA v5 para obtener el código APT y luego utilizaremos el programa IMSPost 7.0 para post-procesar

dicho código y traducirlo a lenguaje Heidenhain.

Para la realización de este ejercicio vamos a utilizar la pieza Casos prácticos\3.-

postprocesado\Post.CATPart contenida en la documentación. La sencilla geometría nos permitirá luego

seguir las líneas de código que describen la trayectoria sin problemas. Para una mejor visualización, al

final del caso práctico incluimos los planos con las medidas relevantes de la pieza.

6.3.1 Setup y creación de las operaciones

Abrimos el módulo de mecanizado y entramos en la

pestaña “output” del menú de opciones de mecanizado:

“Tools->Options->Machining->Output”. Aquí elegimos el

post-procesador que deseamos usar. Como vamos a

utilizar un programa externo para esta tarea,

seleccionamos la opción “None” (figura 6-46). Nos

tenemos que asegurar también de que la opción “Tool Tip”

está activada para obtener la trayectoria de la punta de la

herramienta (figura 6-47).

Salimos del menú de opciones y nos dirigimos a

“Part Operation” para asignarle una máquina a

nuestro proceso. En este caso seleccionamos la

máquina de 5 ejes por defecto de CATIA y

seleccionamos los parámetros como indica la figura

6-48. No necesitamos seleccionar un emulador de

control ni el post-procesador, pero si es

recomendable seleccionar la .PPtable de IMS ya que

usaremos más adelante el IMSPost o bien una

específica de la máquina a utilizar. Una PPtable es

un archivo que contiene la sintaxis que usa cada

post-procesador para que CATIA de una salida que

pueda comprender.

Como vamos a realizar operaciones con distinta

orientación de la herramienta, tenemos que elegir

el formato AXIS (X, Y, Z, I, J, K) para que nuestra

salida incluya esos datos.

En esta ocasión no necesitamos definir más cosas

en “Part Operation”, guardamos las opciones y

empezamos con las operaciones.

Figura 6-46

Figura 6-47

Figura 6-48


94

Vamos a definir 2 operaciones de contorneado alrededor de los 2 escalones que presenta la pieza.

Seleccionamos el comando “Profile Contouring” e introducimos nuestra primera operación.

Utilizaremos como herramienta una fresa de diámetro 10 mm (la que suele salir por defecto nos servirá

en este caso).

En la selección de la geometría seleccionamos el contorno del

primer escalón (figura 6-49) y definimos también los parámetros

“Bottom” y “Top Plane”.

Para la estrategia tenemos que asegurarnos en la pestaña

“machining” que esta activada la opción “Close Tool Path” y en

“Stepover” que solo tenemos 1 pasada.

En las macros definiremos las trayectorias “Approach” y “Retract”

haciendo click en “Add Axial Motion” y dándoles una longitud

de 40 y 60 mm respectivamente. No hay que olvidar activar las

macros haciendo click derecho.

A continuación creamos otra operación de contorneado para el escalón en el plano inclinado con la

misma herramienta, los mismos parámetros de estrategia y las mismas macros que en el caso anterior.

Para terminar, hay que recordar calcular las trayectorias con “Compute Tool Path” o dándole a “Replay”.

El aspecto de las trayectorias tiene que ser como el de las figuras 6-50 y 6-51.

Figura 6-49



95

6.3.2 Obtención del código APT

Una vez definidas nuestras 2 operaciones, activamos el

comando “Generate NC output in interactive mode” . En el

menú emergente encontramos varias pestañas.

En la pestaña “In/Out” (figura 6-52) en el apartado “Input”

tenemos seleccionado nuestro archivo .CATProcess y tenemos

que elegir seleccionar mediante “part operations” o

“programs”. Si seleccionamos un “part operation”, se añadirán

todos los programas asignados a él. En el caso de “programs”

los añadimos 1 a 1. En este caso es indiferente dado que solo

tenemos 1 solo programa.

En “NC data type” seleccionamos el formato que deseamos

(en este caso APT) y seleccionamos si queremos un archivo

para todo, un archivo por cada programa o un archivo por cada

operación. De nuevo, como solamente tenemos un programa,

esta opción es indiferente. Sin embargo, en programas muy

extensos de 5 ejes suele ser conveniente utilizar más de un

archivo para poder organizarlos mejor.

Al final de esta pestaña podemos seleccionar el lugar donde se almacenará nuestro archivo (usualmente

en el mismo lugar donde se encuentra almacenado el .CATProcess).

En la pestaña “Tool motions” encontramos opciones relativas a

la sintaxis que queremos para los movimientos. Vamos a usar

los valores puestos en la figura 6-53. En “Formatting”

seleccionamos la sintaxis relativa a los comentarios y al formato

de las coordenadas. En esta ocasión utilizamos los valores por

defecto una vez más.

Como nuestro objetivo es generar APT hasta aquí es suficiente.

Si el objetivo es generar un archivo NC, tendremos que hacer

uso de la última pestaña. En esta podríamos seleccionar los

post-procesadores (que previamente hemos seleccionado en el

menú de opciones de CATIA). Si se tienen los permisos

adecuados es posible realizar ligeras modificaciones en el

comportamiento del post-procesador e instalarle algunos

nuevos incluyendo las licencias. Nosotros vamos a hacer todo

esto usando el IMSPost.

Para acabar de generar el código APT simplemente pulsamos el

botón “Execute”.

Figura 6-52

Figura 6-53


96

El aspecto que debe de tener nuestro código APT si hemos seguido todos los pasos anteriores es el que

incluimos a continuación. Se han numerado las líneas para una mayor claridad.

1 $$ -----------------------------------------------------------------

2 $$ Generated on lunes, 37 de septiembre de 2073 25:09:52

3 $$ CATIA APT VERSION 1.0

4 $$ -----------------------------------------------------------------

5 $$ Manufacturing Program.1

6 $$ Part Operation.1

7 $$*CATIA0

8 $$ Manufacturing Program.1

9 $$ 1.00000 0.00000 0.00000 0.00000

10 $$ 0.00000 1.00000 0.00000 0.00000

11 $$ 0.00000 0.00000 1.00000 0.00000

12 PARTNO PART TO BE MACHINED

13 COOLNT/ON

14 CUTCOM/OFF

15 $$ OPERATION NAME : Tool Change.1

16 $$ Start generation of : Tool Change.1

17 MULTAX

18 FROM / 0.00000, 0.00000, 100.00000, 0.000000, 0.000000, 1.000000

19 $$ TOOLCHANGEBEGINNING

20 FEDRAT/60000.0000,MMPM

21 CUTTER/ 10.000000, 2.000000, 3.000000, 2.000000, 0.000000,$

22 0.000000, 50.000000

23 TOOLNO/1, 10.000000

24 TPRINT/T1 End Mill D 10

25 LOADTL/1

26 $$ TOOLCHANGEEND

27 $$ End of generation of : Tool Change.1



30 LOADTL/1,1



33 GOTO / 45.00000, 15.00000, 60.00000, 0.000000, 0.000000, 1.000000

34 GOTO / 45.00000, 15.00000, 20.00000, 0.000000, 0.000000, 1.000000


36 GOTO / 40.00000, 15.00000, 20.00000, 0.000000, 0.000000, 1.000000

37 GOTO / 20.00000, 15.00000, 20.00000, 0.000000, 0.000000, 1.000000

38 INTOL / 0.10000

39 OUTTOL/ 0.00000

40 AUTOPS

41 INDIRV/ -1.00000, 0.00000, 0.00000

42 TLON,GOFWD/ (CIRCLE/ 20.00000, 20.00000, 20.00000,$

43 5.00000),ON,(LINE/ 20.00000, 20.00000, 20.00000,$

44 15.00000, 20.00000, 20.00000)

45 GOTO / 15.00000, 30.00000, 20.00000, 0.000000, 0.000000, 1.000000

46 INDIRV/ 0.00000, 1.00000, 0.00000


48 5.00000),ON,(LINE/ 20.00000, 30.00000, 20.00000,$

49 20.00000, 35.00000, 20.00000)

50 GOTO / 60.00000, 35.00000, 20.00000, 0.000000, 0.000000, 1.000000

51 INDIRV/ 1.00000, 0.00000, 0.00000


53 5.00000),ON,(LINE/ 60.00000, 30.00000, 20.00000,$

54 65.00000, 30.00000, 20.00000)

55 GOTO / 65.00000, 20.00000, 20.00000, 0.000000, 0.000000, 1.000000

56 INDIRV/ 0.00000, -1.00000, 0.00000


58 5.00000),ON,(LINE/ 60.00000, 20.00000, 20.00000,$

59 60.00000, 15.00000, 20.00000)

60 GOTO / 40.00000, 15.00000, 20.00000, 0.000000, 0.000000, 1.000000

61 GOTO / 35.00000, 15.00000, 20.00000, 0.000000, 0.000000, 1.000000


63 GOTO / 35.00000, 15.00000, 80.00000, 0.000000, 0.000000, 1.000000






69 GOTO / 35.00000, 90.66987, 71.57477, 0.000000, 0.500000, 0.866025

70 GOTO / 35.00000, 70.66987, 36.93376, 0.000000, 0.500000, 0.866025


72 GOTO / 35.00000, 75.00000, 34.43376, 0.000000, 0.500000, 0.866025

73 GOTO / 35.00000, 100.00000, 20.00000, 0.000000, 0.500000, 0.866025

74 GOTO / 35.30308, 101.48465, 19.14284, 0.000000, 0.500000, 0.866025

75 GOTO / 35.90682, 102.48685, 18.56422, 0.000000, 0.500000, 0.866025

76 GOTO / 36.58799, 103.16523, 18.17256, 0.000000, 0.500000, 0.866025

77 GOTO / 38.16621, 104.02839, 17.67421, 0.000000, 0.500000, 0.866025

78 GOTO / 40.00000, 104.33013, 17.50000, 0.000000, 0.500000, 0.866025

79 GOTO / 60.00000, 104.33013, 17.50000, 0.000000, 0.500000, 0.866025

80 GOTO / 61.71433, 104.06765, 17.65154, 0.000000, 0.500000, 0.866025

81 GOTO / 62.87156, 103.54480, 17.95341, 0.000000, 0.500000, 0.866025

82 GOTO / 63.65489, 102.95488, 18.29400, 0.000000, 0.500000, 0.866025

83 GOTO / 64.65158, 101.58811, 19.08311, 0.000000, 0.500000, 0.866025

84 GOTO / 65.00000, 100.00000, 20.00000, 0.000000, 0.500000, 0.866025

85 GOTO / 65.00000, 50.00000, 48.86751, 0.000000, 0.500000, 0.866025

86 GOTO / 64.69692, 48.51535, 49.72468, 0.000000, 0.500000, 0.866025

87 GOTO / 64.09318, 47.51315, 50.30330, 0.000000, 0.500000, 0.866025

88 GOTO / 63.41201, 46.83477, 50.69496, 0.000000, 0.500000, 0.866025

89 GOTO / 61.83379, 45.97161, 51.19330, 0.000000, 0.500000, 0.866025

90 GOTO / 60.00000, 45.66987, 51.36751, 0.000000, 0.500000, 0.866025

91 GOTO / 40.00000, 45.66987, 51.36751, 0.000000, 0.500000, 0.866025

92 GOTO / 38.28567, 45.93235, 51.21598, 0.000000, 0.500000, 0.866025

93 GOTO / 37.12844, 46.45520, 50.91410, 0.000000, 0.500000, 0.866025

94 GOTO / 36.34511, 47.04512, 50.57352, 0.000000, 0.500000, 0.866025

95 GOTO / 35.34842, 48.41189, 49.78441, 0.000000, 0.500000, 0.866025

96 GOTO / 35.00000, 50.00000, 48.86751, 0.000000, 0.500000, 0.866025

97 GOTO / 35.00000, 75.00000, 34.43376, 0.000000, 0.500000, 0.866025

98 GOTO / 35.00000, 79.33013, 31.93376, 0.000000, 0.500000, 0.866025


100 GOTO / 35.00000, 109.33013, 83.89528, 0.000000, 0.500000, 0.866025


102 SPINDL/OFF

103 REWIND/0

104 END


97

6.3.3 Utilización del IMSPost

Una vez obtenido el código APT en CATIA accedemos al programa IMSPost. En la pantalla inicial

podemos cargar un post-procesador ya diseñado haciendo click en el icono de la carpeta. Como nuestro

mecanizado implica un cambio de orientación de la herramienta vamos a utilizar un post diseñado para

trabajar con máquinas de 5 ejes.

6.3.3.1 Generación del código

Abrimos el archivo KONDIA_FIVE_400_5_axis.PRJ que

está diseñado para una máquina Kondia de 5 ejes en

lenguaje Heidenhain. Esta máquina tiene una

configuración llamada “C sobre A”, ya que la

orientación del eje A siempre es la misma mientras que

la de C depende del giro que tenga aplicado A (ver

figura 6-54). Esto hará que las macros del post-

procesador nos devuelvan la información en estos ejes.

Una vez abierto el post-procesador, hacemos click en el

icono “post” . En la ventana que nos sale,

seleccionamos el archivo de entrada, el tipo de dato y

dónde almacenaremos la salida. El código obtenido

será el siguiente:

%

;MAQUINA: KONDIASEASKA600

;CONTROL: HEIDENHAIN iTNC530

;FECHA: THU SEP 7 2073

;HORA: 26:17:51

0 ;DIAMETRO HTA 10

1 ;RADIO PLAQUITA 2

2 ;LONGITUD HTA 50

3 M5

4 M129

5 TOOL CALL 1 Z S70

6 M128

7 L X45 Y15 Z60 A0 C0 F300 M03

8 L Z20

9 L X40 F1000

10 L X20

11 CC X+20. Y+20.

12 C X15 Y20 DR-

13 L Y30

14 CC X+20. Y+30.

15 C X20 Y35 DR-

16 L X60

17 CC X+60. Y+30.

18 C X65 Y30 DR-

19 L Y20

20 CC X+60. Y+20.

21 C X60 Y15 DR- 22 L X40

23 L X35

24 L Z80 F1000

25 L Y90.67 Z71.575 A-30 F300

26 L Y70.67 Z36.934

27 L Y75 Z34.434 F1000

28 L Y100 Z20

29 L X35.303 Y101.485 Z19.143

30 L X35.907 Y102.487 Z18.564

31 L X36.588 Y103.165 Z18.173

32 L X38.166 Y104.028 Z17.674

33 L X40 Y104.33 Z17.5

34 L X60

35 L X61.714 Y104.068 Z17.652

36 L X62.872 Y103.545 Z17.953

37 L X63.655 Y102.955 Z18.294

38 L X64.652 Y101.588 Z19.083

39 L X65 Y100 Z20

40 L Y50 Z48.868

41 L X64.697 Y48.515 Z49.725

42 L X64.093 Y47.513 Z50.303

43 L X63.412 Y46.835 Z50.695

44 L X61.834 Y45.972 Z51.193

45 L X60 Y45.67 Z51.368

46 L X40

47 L X38.286 Y45.932 Z51.216 48 L X37.128 Y46.455 Z50.914

49 L X36.345 Y47.045 Z50.574

50 L X35.348 Y48.412 Z49.784

51 L X35 Y50 Z48.868

52 L Y75 Z34.434

53 L Y79.33 Z31.934

54 L Y109.33 Z83.895 F1000

55 ;-------------------------------------------------

------

56 M129

57 L A0 C0 FMAX

58 CYCL DEF 19.0 PLANO INCLINADO

59 CYCL DEF 19.1 A0 B0 C0

;DESACTIVACION DE PLANO INCLINADO

60 CYCL DEF 19.0 PLANO INCLINADO

61 CYCL DEF 19.1 ;DESACTIVACION DE

PLANO INCLINADO

62 CYCL DEF 7.0 PUNTO CERO

63 CYCL DEF 7.1 X+0

64 CYCL DEF 7.2 Y+0

65 CYCL DEF 7.3 Z+0

66 STOP M30

67 ;-------------------------------------------------

------

68 END PGM

Figura 6-54


98

En lenguaje Heidenhain se indican los movimientos rectos con la función L “line” y los circulares con la C,

especificando el centro previamente con la función CC. En este código no se incluyen los comentarios,

con lo cual hace más difícil localizar cuando hay un cambio de operación. Si nos fijamos en el código,

este cambio se produce en la línea 25, cuando la máquina hace un giro en el eje A para situarse en el

plano inclinado a 30° respecto a la horizontal.

6.3.3.2 Edición del post-procesador

Podemos editar las características de nuestro post-procesador en el IMSPost si necesitamos adaptarlo a

otra máquina. Podemos hacerlo editando uno ya disponible o comenzar un nuevo proyecto a partir de

una plantilla. Nosotros vamos a editar el post de Kondia que hemos utilizado.

Supongamos que queremos hacer un post para la Mikron HSM

400U. Su configuración es C sobre B .Para empezar, deberíamos

seleccionar una nueva máquina. Para ello, en la barra de

herramientas, accedemos a “machine->import machine-

>IMSmodel” (ver figura 6-55) y seleccionamos el archivo

5vtbtc.mch. La máquina seleccionada es como la de la figura 6-56.

En la pantalla principal del IMSPost encontramos

una “checklist” con todos los parámetros editables

del post-procesador. Si hacemos click sobre

cualquiera de los símbolos “check” podemos

activarlos/desactivarlos para indicar que ya hemos

definido ese parámetro.

Lo primero que vamos a editar son los comentarios

que aparecen al principio del programa. No son

necesarios para nuestra máquina, así pues, vamos al

principio de la “checklist” a “Start of Program” y

eliminamos todo el contenido de su ventana.

Hacemos lo mismo con “End of program” y

sustituimos el contenido por la función de parada

“M30”.

Activamos en “spindle definition” la casilla “Output

codes on a separate block” para ver en una línea

aparte cuando arranca el husillo.

Por último cambiamos el formato de numeración

añadiéndole N antes de cada número de línea (al

estilo del código ISO). Para ello accedemos a

“Sequence Numbers” y cambiamos el parámetro

“Register Used” a “N”.

Figura 6-55

Figura 6-57

Figura 6-56


99

Si guardamos este post-procesador editado y lo utilizamos para generar un nuevo código el resultado

sería el siguiente:

N0 ;DIAMETRO HTA 10

N1 ;RADIO PLAQUITA 2

N2 ;LONGITUD HTA 50

N3 M5

N4 M129

N5 S70 M03

N6 TOOL CALL 1 Z M128

N7 L X45 Y15 Z60 A0 C0 F300

N8 L Z20

N9 L X40 F1000

N10 L X20

N11 CC X+20. Y+20.

N12 C X15 Y20 DR-

N13 L Y30

N14 CC X+20. Y+30.

N15 C X20 Y35 DR-

N16 L X60

N17 CC X+60. Y+30.

N18 C X65 Y30 DR-

N19 L Y20

N20 CC X+60. Y+20.

N21 C X60 Y15 DR-

N22 L X40

N23 L X35

N24 L Z80 F1000

N25 L Y90.67 Z71.575 C-90 B-30 F300

N26 L Y70.67 Z36.934

N27 L Y75 Z34.434 F1000

N28 L Y100 Z20

N29 L X35.303 Y101.485 Z19.143 N30 L X35.907 Y102.487 Z18.564

N31 L X36.588 Y103.165 Z18.173

N32 L X38.166 Y104.028 Z17.674

N33 L X40 Y104.33 Z17.5

N34 L X60

N35 L X61.714 Y104.068 Z17.652

N36 L X62.872 Y103.545 Z17.953

N37 L X63.655 Y102.955 Z18.294

N38 L X64.652 Y101.588 Z19.083

N39 L X65 Y100 Z20

N40 L Y50 Z48.868

N41 L X64.697 Y48.515 Z49.725

N42 L X64.093 Y47.513 Z50.303

N43 L X63.412 Y46.835 Z50.695

N44 L X61.834 Y45.972 Z51.193

N45 L X60 Y45.67 Z51.368

N46 L X40

N47 L X38.286 Y45.932 Z51.216

N48 L X37.128 Y46.455 Z50.914

N49 L X36.345 Y47.045 Z50.574

N50 L X35.348 Y48.412 Z49.784

N51 L X35 Y50 Z48.868

N52 L Y75 Z34.434

N53 L Y79.33 Z31.934

N54 L Y109.33 Z83.895 F1000

N55 M30

N56 END PGM

Podemos apreciar a simple vista todos los cambios que hemos realizado en cuanto al formato que

presenta el código. En cuanto al cambio de máquina, si nos fijamos de nuevo en la línea 25 vemos ahora

que realiza un giro en el eje C −90° y otro en el eje B de −30°. Como vemos, esto tiene sentido. En el

caso anterior, para situarse, la máquina hacía un giro en A de −30°. Como ahora el eje de giro que

disponemos es otro, realizamos el giro en ángulo recto en C para orientar B del mismo modo que se

encontraba A en el caso anterior y ahora aplicaría su giro.

Para poder seguir las trayectorias del programa de manera sencilla incluimos a continuación una

ilustración con las medidas de la pieza (figura 6-58). Hay que tener en cuenta que la trayectoria del

programa es el centro de nuestra herramienta de ∅ 10 𝑚𝑚, con lo cual estará desplazada 5 mm del

contorno de la pieza.


100

Figura 6-58


101

6.4 OPERACIONES AVANZADAS. MULTIEJE Y HSM

En este ejercicio vamos a desarrollar una serie de tareas avanzadas aplicando operaciones de 5 ejes

simultáneos pensadas para una máquina de alta velocidad. Nuestros objetivos serán los siguientes:

Realizar diversas operaciones de desbastado.

Apoyarnos en el uso de tochos intermedios.

Aprender el funcionamiento de operaciones de acabado multiejes.

Evitar colisiones entre la pieza y la herramienta con su portaherramientas.

Vamos a utilizar la pieza Casos prácticos\4.- Operaciones avanzadas\MultaxS.CATPart. Esta pieza está

compuesta por superficies redondeadas, lo cual hace necesario el uso de al menos 3 ejes simultáneos

para mecanizarla. Además nos encontramos definido nuestro tocho de partida y una circunferencia que

nos servirá de apoyo más adelante.

Para empezar el mecanizado seleccionamos en “Part Operation” la máquina genérica de 5 ejes de CATIA

y asignamos la pieza de diseño y el tocho de partida como hemos hecho en los ejemplos anteriores.

6.4.1 Desbastado de la pieza. Intermediate stock.

Comenzamos el programa utilizando la operación “Roughing” .

Utilizaremos una herramienta de ∅ 10 𝑚𝑚 de punta plana. En el

icono sensitivo añadimos la pieza y el tocho de partida. Como

parámetros adicionales, seleccionamos el plano superior e inferior

del tocho como límites. Como podemos ver en la figura 6-59 en las

letras azules, el desbastado aplica automáticamente un offset a la

pieza para dejar material a mecanizar en las pasadas de acabado.

Dejaremos el valor por defecto de 1 mm.

En la pestaña de estrategia vamos a definir los siguientes parámetros en sus pestañas correspondientes:

En el apartado “machining” seleccionamos

“machining mode->outer part” para evitar que

realice el cajeado. Como estrategia,

seleccionamos “Helical”

“Radial”. “Stepover ratio” de 50.

“Axial”. Profundidad de 0,5 mm.

“HSM” activo con radio de 1 mm.

El resto de los valores los dejamos por defecto.

En el apartado de macros nos aseguramos una rampa

de 15°. Tras esto, calculamos la trayectoria dándole a

“Replay”. El resultado debería ser como el de la figura 6-60.

Figura 6-59

Figura 6-60


102

Para el mecanizado del hueco utilizamos un desbaste por penetración, “plunge milling” mucho más

adecuado para trabajar zonas profundas ya que ayuda a reducir las fuerzas radiales causantes de las

vibraciones. Vamos a utilizar la misma herramienta durante todo el desbaste, así que introducimos

nuestra operación a continuación de la que hemos creado.

En el icono sensitivo seleccionamos la pieza y como “límiting

contour” tomamos el de la figura 6-61. Para hacer más sencilla la

selección, hacemos click en uno de los segmentos y utilizamos el

comando “navigate on belt of edges” para autodetectar el

contorno. Esto limitará nuestro desbaste por penetración a la zona

interior. De nuevo, dejamos un offset de 1 mm. Es muy importante

no seleccionar el tocho en esta ocasión.

En la pestaña de estrategia seleccionamos el “Grid type” rectangular

y en el apartado “Grid” tomamos ambos pasos de 5 mm.

Con esto acabamos de realizar la operación. Si realizamos la simulación de la trayectoria vemos que

toma como geometría de partida la generada en el primer desbaste. Esto es así porque CATIA utiliza una

función de reconocimiento automático de material remanente, de modo que si no le definimos ningún

tocho de partida, el programa entiende que tiene que basarse en la operación anterior.

Como el resultado del “plunge milling” deja un contorno con muchos cantos vivos, vamos a hacer una

última operación de desbaste. Utilizamos de nuevo el comando “Roughing” , con los mismos

parámetros que en la anterior pero cambiando “machining mode” a “outer part and pocket” y como

“limiting contour” el mismo de la figura 6-61. En esta ocasión tampoco tenemos que seleccionar el

tocho para definir la pieza ni los planos superior e inferior.

Al hacer las simulaciones de eliminación de material vemos

que en efecto, cada operación se basa en la anterior. Si

quisiéramos visualizar esas geometrías intermedias

activamos en “Part Operation” la casilla correspondiente en

la pestaña “options” (ver figura 6-62).

Una vez activada esta casilla tenemos disponible en los

menús de edición de operaciones 2 comandos adicionales:

“Input Stock” y “Output Stock” . Estos se encuentran

en la parte inferior del menú. Tienen distintos estados

según se hallan calculado o no las geometrías o si se está

activo el sistema de visualización.

Figura 6-61

Figura 6-62

Figura 6-63


103

En la figura 6-64 podemos ver la geometría tras el desbaste por

penetración que se convierte en el tocho de partida para la

siguiente operación.

Por defecto, esta pieza aparece en color amarillo y con una

transparencia aplicada al modo de los tochos que usamos

nosotros. Utilizando el menú de opciones, “tools->options-

>machining->general” podemos seleccionar las opciones de

visualización de estos tochos cambiando el color y los grados de

transparencia.

6.4.2 Operación de barrido. Selección por área.

Para la primera operación de semiacabado de nuestra pieza vamos a

utilizar una operación de barrido. La herramienta que utilizaremos a partir

de ahora será una fresa de 4 mm de punta redonda (ver figura 6-65)

Como esta operación nada más que la queremos aplicar en la zona

superior de la pieza, vamos a hacer una selección por área. En el icono

sensitivo hacemos click derecho en “Part” y a continuación en “Select

Faces”. Esto nos permite seleccionar una a una las caras de la pieza que

deseamos mecanizar. Vamos a seleccionar la cara superior de la pieza y los

redondeos del canto exterior (ver figura 6-66). Al seleccionar por

superficies, no necesitamos definir ahora el “limiting contour”

Para mecanizar superficies tridimensionales necesitamos, como hemos dicho, una herramienta de punta

redonda, ya que si no, crearíamos aristas clavando la herramienta. En la pestaña de estrategia, aparte de

la distancia entre pasadas, tenemos que elegir la orientación del eje de la herramienta.

Cuando se utiliza una fresa de ranurar de punta esférica, el área más crítica del filo es el centro de la

herramienta, donde la velocidad de corte se aproxima a cero, dato muy poco beneficioso para el

proceso de mecanizado. Por tanto, se recomienda inclinar el husillo o la pieza entre 10° y 15°, para

desplazar la zona de corte del centro de la herramienta (ver figura 6-67).

Figura 6-64


Figura 6-65


104

Para aplicar esto, en el apartado “Tool Axis” de la pestaña de

estrategia tenemos diversos modos de operación. Seleccionamos en

este caso “Lead and tilt” para definir unos ángulos de avance e

inclinación y en el sistema de guiado (“Guidance”) seleccionamos

“Fixed lead and tilt” para fijar estos ángulos.

Siguiendo las recomendaciones anteriores, vamos a seleccionar un

ángulo de avance de 12° y vamos a dejar el ángulo de inclinación a

0°. Con esto terminamos de definir la operación y podemos ver el

resultado en “Replay”.

La herramienta se sitúa ahora perpendicular a la superficie en cada punto más el pequeño ángulo de

avance que le hemos programado. Como podemos ver en la simulación, las trayectorias pasan por

encima del hueco dando pasadas en vacio. Se podría proceder editando esta parte de la operación o

cambiando de estrategia para evitar este efecto. La simulación de eliminación de material es mucho más

costosa de calcular para el ordenador, ya que tiene que calcular toda la geometría creada por las nuevas

pasadas además de controlar la dirección del eje en cada momento.

6.4.3 Curvas isoparamétricas. Evitar colisiones.

Vamos a utilizar ahora una operación alternativa al barrido para mecanizar el contorno. Creamos una

operación “Isoparametric machining” detrás de nuestro barrido. Continuamos utilizando la misma

herramienta de 4 mm, con lo que no es necesario editarla de nuevo.

Definimos la geometría de la operación con ayuda del icono sensitivo tomando las caras exteriores del

contorno de la pieza (ver figura 6-69).

En la pestaña de estrategia volvemos a definir el mismo modo de operación del eje de “Fixed lead and

tilt”, de nuevo con un avance de 12°. Al ser una superficie cerrada, vamos a cambiar en el apartado

“Machining” la opción “Tool path style->one way” para hacer el recorrido alrededor de la pieza en vez

de usar el zigzag.

Figura 6-68



105

El objetivo de la operación es conseguir unas trayectorias separadas uniformemente entre sí

dependiendo del ancho de la superficie de definición haciendo las pasadas más uniformes evitando

trayectos en vacío de la herramienta para mecanizar zonas específicas (ver figura 6-72)

Aunque no es el caso, tenemos que tener siempre cuidado con las zonas cóncavas pues son las más

susceptibles de generar colisiones. Si en vez de un avance de 12° hubiésemos utilizado un ángulo

mayor, posiblemente habría resultado en impacto.

Para ver como tratamos con las colisiones vamos a crear de

nuevo una operación “Isoparametric machining” copiando

la operación anterior. La superficie a definir sin embargo será la

cara interior del hueco de la pieza.

No es difícil ver que, si aplicamos los mismos parámetros, tanto

herramienta como portaherramientas colisionarán con la cara de

enfrente a la que estamos mecanizando. Tenemos pues que

adaptar nuestra estrategia.

Para empezar, en la pestaña de geometría deberemos activar el

comando “Collision checking” para autodetectar colisiones.

La primera de las opciones para evitar colisiones sería, en la pestaña de estrategia, añadir un valor de

“tilt” a la herramienta para cambiarle la dirección o cambiar a “Fixed lead and variable tilt” y asignar un

rango de variación para el ángulo y dejar que CATIA haga el cómputo por sí mismo. Esta opción es

bastante sencilla, aunque tiene sus inconvenientes:

No debemos de perder la perspectiva y olvidar que estamos trabajando con un centro de mecanizado

real de alta velocidad. La herramienta se desplaza a grandes velocidades, y el husillo con el

portaherramientas, al hacer los movimientos para compensar las rotaciones del eje puede alcanzar

velocidades y por tanto inercias muy altas. El hecho de fijar los ángulos hace que forcemos al eje a seguir

esa trayectoria y puede generar vibraciones y hacer sufrir al mecanismo de la máquina.


Figura 6-73


106

Esto nos lleva a buscar otras maneras de controlar los ejes. Vamos a comentar 2 de las opciones

disponibles: el modo interpolación y usando una curva guía.

6.4.3.1 Interpolation

Cambiando el “Tool axis mode” a “Interpolation” en la pestaña

de estrategia accedemos a este modo manual de edición.

Si seleccionamos en el icono sensitivo los ejes que aparecen,

vemos en la geometría de la pieza los ejes situados en las

intersecciones de las caras de la superficie. Podemos

seleccionar cualquiera de estos ejes para editar su orientación.

Podemos hacerlo de distintas maneras:

Mediante ángulos (los ya conocidos “lead” y “tilt”).

Mediante componentes.

Normal a la dirección de la pantalla.

Seleccionando un eje de referencia.

Una vez definida la orientación de cada uno de esos ejes, CATIA calcula las

trayectorias interpolando entre dichas orientaciones creando transiciones

suaves. Este es quizás el método que proporcione más control sobre la dirección,

pero también es el más lento de programar.

Como ejercicio probamos a cambiar la orientación de los ejes manualmente y

podemos ver en el menú de “Replay Tool Path” cambiando la opción “Tool

visualization mode” a “Tool axis displayed at each position” como varía la

orientación a lo largo de la trayectoria.

6.4.3.2 Thru a guide

Una opción bastante sencilla y que permite mucho control sobre la

trayectoria es utilizar una curva guía. Cambiando el “Tool axis mode”

a “Thru a guide” podemos seleccionar en el icono sensitivo nuestro

boceto. En este ejemplo, si activamos la visualización del tocho

vemos un “sketch” con una circunferencia. La tomamos como

referencia. Para completar fijamos el ángulo de avance y lo ponemos

en modo “nearest position” para que el eje siempre pase por el

punto más cercano de la circunferencia.

Para finalizar el ejercicio solo falta comentar que podemos utilizar cualquier tipo de curva como guía,

pero de nuevo, trabajamos con máquinas reales, por lo que debemos evitar en la medida de lo posible

guías con ángulos y proporcionar radios de giro lo mayor posible para facilitar el trabajo a la máquina. Si

lo hacemos así mejoraremos la durabilidad de la máquina y las herramientas así como el acabado

superficial y la calidad en general del proceso.

Figura 6-74

Figura 6-75

Figura 6-76

7. Conclusiones y desarrollo futuro

107

7 CONCLUSIONES Y DESARROLLO FUTURO

7.1 CONCLUSIONES Y DESARROLLO FUTURO

El proyecto ha contribuido de manera muy importante a identificar y resaltar los elementos necesarios

para llevar a cabo un proceso de mecanizado multiejes y de alta velocidad con éxito. Durante su

desarrollo han surgido algunos obstáculos e ideas que han reforzado la elaboración, algunos de los más

importantes vamos a comentarlos a continuación.

La idea principal del proyecto es servir de base para futuros trabajos. En docencia se puede avanzar en

el conocimiento de los procesos de fabricación y formar a los alumnos utilizando las últimas tecnologías.

La puesta en marcha de la máquina usando todas sus posibilidades dará pié a otros departamentos que

necesiten piezas específicas para sus proyectos y en nuestro departamento abre varias opciones de

líneas de investigación.

Es importante también comentar el enfoque práctico realizado durante el desarrollo del proyecto,

intentando poner ejemplos o mediante la aplicación de los casos prácticos. Los conocimientos a los que

nos enfrentamos se adquieren mejor a través del ejercicio, no solo porque ayuda a retener mejor los

conocimientos, sino porque además la casuística de problemas que se pueden presentar es enorme.

Enfrentarse por sí mismo a esos desafíos aplicando sus propias técnicas e ideas es el mejor sistema de

aprendizaje.

Por otro lado, es preciso comprender que los procesos de mecanizado son cada vez más complejos. Esto

hace que para cada proceso sean necesarias más personas desarrollando tareas específicas. Este

documento está dirigido fundamentalmente a la figura del programador. Hay que conocer las

competencias de cada uno y mejorar la comunicación entre el diseñador de la pieza, el programador y el

técnico que realizará el proceso a pie de máquina. El proceso de mecanizado ha de ser un trabajo en

equipo.

Uno de los obstáculos fundamentales a la hora de realizar este proyecto ha sido la recopilación de

información, que en este campo en particular, se encuentre muy dispersa. No hay documentos que

traten todos estos temas en conjunto, sino que hay artículos sobre estrategias, manuales de CAD, libros

sobre máquinas, etc. Hemos intentado globalizar estos conocimientos, pues creemos que es necesario

tratar el proceso globalmente y disponer de un buen punto de partida. A partir de este trabajo,

podemos acudir a documentos más especializados para obtener detalles concretos.

Otro problema a la hora de acceder a esta información son los idiomas. El inglés es el idioma por

excelencia ya que es el más global, seguido de cerca por el alemán, ya que es el idioma de buena parte

de los fabricantes de herramientas, máquinas y controles. Aunque hay cada vez más información

disponible en español y la comunidad hispana también es bastante numerosa (gracias a que en América

Latina el español es idioma mayoritario), es esencial tener un buen dominio al menos del inglés si

queremos enfrentarnos a los programas de diseño moderno.


108

Esto nos lleva al siguiente punto: el software profesional. Dicho software puede ser un problema

añadido al desarrollo del mecanizado, por una parte mediante el idioma, pero principalmente con temas

de compatibilidad y licencias. Este tipo de software es bastante caro en general. El problema es que crea

dependencias de sus sistemas de archivos, teniendo numerosos problemas si intentamos utilizar un

programa o un modelo con software de otra compañía. También es más difícil el acceso a la ayuda y

manuales.

Uno de los programas que se encuentra en una situación totalmente cautiva por el tipo de mercado en

que se encuentra es el post-procesador. No es un programa especialmente complejo, pero la restricción

de información dificulta mucho el acceso y lo convierte en un elemento bastante costoso y a tener en

cuenta.

La solución a estos problemas se puede encontrar en internet, donde surgen muchas comunidades que

se apoyan mutuamente. Incluso en sectores tan específicos como en el de la fabricación por mecanizado

encontramos foros dedicados donde se puede obtener información de todo tipo. Por citar algún

ejemplo quisiera nombrar al foro AuxCAD, de habla hispana donde profesionales del sector comparten

información o grabCAD, un lugar donde los usuarios suben modelos de piezas hechas con diversos

programas de CAD para su utilización. Incluso algunos fabricantes de herramientas dedican zonas de sus

páginas al aprendizaje y el conocimiento online.

Aunque se desprecia en algunas ocasiones por carencia de academicismo y rigor, la red es un punto de

información muy importante. La universidad debería pues, formar parte de la comunidad activa de

internet y contribuir a su crecimiento mediante el aporte de conocimiento o desarrollo de software libre

que permitiría un mayor avance en la investigación.

Para finalizar, y como ya comentamos anteriormente, este proyecto abre numerosas puertas al

desarrollo, por lo que vamos a proponer algunas posibles vías de trabajo:

Creación de un modelo en CATIA del centro de mecanizado MIKRON que incorpore la

cinemática de la máquina para su utilización en simulaciones.

Elaboración de un post-procesador más específico o desarrollo de aplicación de software libre

para el diseño y adaptación de post-procesadores a otras máquinas y lenguajes.

Diseño de piezas complejas para la utilización en otros experimentos de la universidad.

Estudios sobre las estrategias de mecanizado y optimización de trayectorias y acabados.

Análisis del proceso de fabricación en 5 ejes de alta velocidad, como la influencia de las

vibraciones en el proceso o la obtención de parámetros óptimos de corte para diversos

materiales


109

7.2 BIBLIOGRAFÍA

AuxCAD web de CAD-CAM-CAE. Consultada en 9/25/2012, en

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GF AgieCharmilles. Consultada en 9/25/2012, en http://www.gfac.com/gfac.html

Grupo Unceta. (2008). Unceta. Elgoibar Guipúzcoa: Unceta.

Heidenhain. Consultada en 9/25/2012, en http://www.heidenhain.es/

Kief, H. B. (2003). NCCNC handbuch 2003-204. München etc.: Hanser.

Modelos CAD y modelos en 3D - GrabCAD. Consultada en 9/25/2012, en http://grabcad.com/

Sandvik coromant. Consultada en 9/25/2012, en http://www.sandvik.coromant.com/es-

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Scientific Organization.

Pasko, R., Przybylski, L., & Slodki, B. (2002). High Speed Machining (HSM) – The effective way of

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