Validación de programas de CN obtenidos mediante CAD/CAM a través de mecanizado off-line

Cambero Rivero, J. M. Moya García. Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación, UEX.15/12/2003
En el presente artículo se establece un proceso de verificación y análisis off-line para programas en código CN obtenidos a través de aplicaciones CAD/CAM, posibilitando la determinación de desviaciones con respecto al diseño inicial. Dicha verificación y análisis se realizan mediante la utilización de un software de simulación de mecanizado, de manera que, además de visualizar la pieza final a obtener, es posible establecer errores de medida o geométricos en la pieza virtual obtenida a través del programa CN.

1. Introducción

Con el actual estado de desarrollo de las aplicaciones CAD/CAM es posible afirmar que se ha alcanzado un elevado nivel, y así, en el mercado es posible elegir para adaptarse a las necesidades intrínsecas de cada mecanizado.

Debido a distintas variables que afectan al procedimiento, las condiciones reales de trabajo implican la posibilidad de existencia de errores. Ello origina que, en ocasiones, el resultado final esperado, correspondiente a la obtención de un programa en código G, no represente los objetivos inicialmente planteados.

De manera alternativa, el presente artículo describe un proceso de generación de programas de CN a través de una aplicación CAD/CAM, a los cuales, antes de su envío a máquina, se les realiza una verificación y análisis off-line, posibilitando la evaluación de desviaciones y errores respecto al diseño inicial. Dicha verificación y análisis se realiza mediante la utilización de un software de simulación del mecanizado, de manera que inicialmente es posible visualizar una pieza virtual, para posteriormente establecer desviaciones de medidas y propiedades de elementos geométricos de los que estaría compuesta con el mecanizado del programa CN generado en la aplicación CAD/CAM.

Como ejemplo de desarrollo se presenta una ejecución práctica, sobre la cual se descubre, a posteriori, el error que con un proceso convencional daría lugar a una pieza defectuosa y que, gracias a la técnica alternativa desarrollada en el presente artículo, es detectado a tiempo para modificar aquellos aspectos que lo cometen.

Por ello, con el presente artículo se pretende establecer una elección de mejora en la utilización de las actuales aplicaciones CAD/CAM comerciales, tratando de incluir un aspecto relevante de influencia significativa en la productividad final del proceso de mecanizado mediante CNC

2. Estudio sobre la problemática de los actuales sistemas CAD/CAM.

blecen una sistemática de trabajo que en la mayoría de los casos sigue un mismo patrón. El objetivo de este apartado del artículo es dar a conocer algunas situaciones del procedimiento en las que es posible incluir errores que afectarán directamente al programa CN.

El diseño de la pieza es posible realizarlo mediante diferentes técnicas, y así, las aplicaciones CAD/CAM incluyen funciones de diseño más o menos potente. Además, en multitud de ocasiones, tal diseño es posible importarlo procedente de una aplicación externa. En cualquier caso, en esta fase es necesario tener muy en cuenta aspectos posteriores de mecanizado que, sin esperarlo, pudieran afectar de manera determinante en el programa CN final, y así, han de tenerse muy en cuenta: redondeos interiores, chaflanes, ángulos de superficies o aristas... de manera que deberán ser verosímiles y accesibles por las herramientas con las que se pretenda trabajar.

Posteriormente, se pasa al módulo CAM en el que, tras una configuración inicial de diversas características, como: herramientas, material bruto, velocidades límite, ..., se especifican, según una secuencia de operaciones predeterminada por el usuario, las condiciones tecnológicas y las entidades del diseño sobre las que aplicarlas.

De esta manera, para cada una de las operaciones de mecanizado se generan entidades gráficas correspondientes a las trayectorias de herramienta. Dichas entidades gráficas se adaptarán a las de diseño, y si bien dicho aspecto no suele ser conflictivo cuando se trata de entidades elementales tales como: rectas o arcos, para otras como: spline, nurbs, superficies ..., se establece una tolerancia entre las entidades de diseño y las trayectorias generadas, pudiendo darse la situación de generar trayectorias con una tolerancia superior a la precisión de la pieza que se desea fabricar.

Ya sea para cada una de las operaciones de trabajo o para el conjunto de ellas, la mayoría de las aplicaciones incluyen la posibilidad de visualizar los desplazamientos de las herramientas, en base a las entidades gráficas creadas o a partir de un programa en lenguaje intermedio procedente de las mismas.

Por último, cuando todas las operaciones han sido definidas se genera el programa en código G mediante el uso de un postprocesador, éste transforma las entidades gráficas o el programa en lenguaje intermedio a un código G reconocibles por la máquina en la que se quiere trabajar. Esta fase de postprocesado otorga toda la responsabilidad y confianza a un archivo sobre el que se supone su excelencia y que, en la mayoría de los casos, constituye un entorno cerrado sobre el que el usuario final no tiene la posibilidad de intervenir.

En resumen, se han reflejado tres posibles focos de errores que pueden dar lugar a un programa CN defectuoso elaborado a través de una aplicación CAD/CAM, pudiendo éstos ser encuadrados entre los siguientes: a) Aquellos generados durante el diseño de la pieza, b) Los ocasionados como consecuencia de la tolerancia establecida entre entidades CAD y CAM y c) Los producidos en el postprocesado.

3. Verificación y análisis de programas CN.

La técnica de verificación y análisis planteada comprende dos fases: mecanizado off-line y control metrológico virtual. Para ello, en el presente artículo se recurre para ambas acciones al uso del software WinUnisoft de la casa Alecop.

En la primera, partiendo del programa CN generado por el CAD/CAM, se procede a la simulación del mecanizado. Para ello, es necesario configurar el software con datos técnicos correspondiente a la máquina en la que se mecanizará, entre ellos se pueden citar: tipo de máquina, número de ejes, control, recorridos, velocidades, herramientas y sujeción. A veces, el propio hecho de la simulación del programa CN desvela la existencia de errores, tal y como se presenta en el caso práctico que más adelante se verá.

En la segunda fase se procede a la medición virtual de la pieza obtenida, a través de una de las opciones del programa. Esta verificación puede ser puntual, en la cual se obtiene cotas locales de la pieza, o bien medición de elementos, en la cual el propio software identifica características de geometría básica, figura 1.

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Figura 1. Medición de elementos geométricos.

4. Desarrollo del caso práctico según el método actual.

Sea la pieza a fabricar la presentada en la figura 2, la cual es de revolución, a mecanizar en torno y cuya generatriz está compuesta de elementos geométricos simples.
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Figura 2. Diseño de pieza y trayectorias gráfica de herramientas.
Para el mecanizado de la pieza se parte de una material bruto consistente en un tocho cilíndrico de ∆40*80 en aluminio, utilizando herramientas normalizadas (CCGT09T304 en desbaste y DCGT070204 para acabado). La secuencia de operaciones es: a) refrentado, b) primer desbaste, c) segundo desbaste y d) perfilado acabado. Con estos datos, junto con los propiamente tecnológicos de cada operación se obtienen las trayectorias gráficas de herramienta según la figura 2.

El siguiente paso a ejecutar es el postprocesado, obteniéndose un fichero de texto de códigos G para las trayectorias gráficas. Dicho fichero de texto es exportado al control de la máquina en la que se desea mecanizar, obteniéndose la pieza final.

Realizado un control metrológico de la pieza mecanizada se encuentra un defecto en la zona cóncava, al estar formada por un arco y una recta, generando tal irregularidad una desviación máxima respecto al arco diseñado inicialmente de 0.08 mm. Dicho fallo ha sido provocado como consecuencia de un error de diseño, tal y como se descubre en la aplicación, y que, debido a la resolución gráfica de los equipos informáticos, sólo es posible detectarlo ampliando la zona, tal y como se descubre en la figura 3.

5. Desarrollo del caso práctico según el método propuesto.

La técnica de mejora propuesta incluye una validación mediante verificación y análisis, sobre el fichero de texto de códigos G obtenido tras el postproceso, gracias a las posibilidades del software que se señaló en el apartado 3 del artículo. Para su uso, es importado el fichero de códigos G y, tras una configuración mínima con relación a las características técnicas de la máquina, se procede al mecanizado off-line, obteniendo el resultado que se presenta en la figura 4.
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Figura 4. Pieza resultante del mecanizado off-line.
Realizada una primera inspección a la pieza virtual se intuye la existencia de un posible error al visualizarse una arista en la zona cóncava, figura 5. Posteriormente, es posible analizar elementos geométricos y valores de cotas de la pieza, pudiendo éstos ser cotejados con los correspondientes al diseño y obteniéndose, si existiesen, errores y/o desviaciones, tal como se muestra en la figura 5.
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Figura 5. Identificación de geometría: a) correcta b) incorrecta.
Caso de detectarse anomalía durante el análisis, ésta deberá ser catalogada según los tipos descritos en el apartado 2 del artículo y proceder a su corrección mediante alguna de las siguientes respectivas técnicas: a) rediseño de la pieza b) disminución de la tolerancia de las entidades CAM c) corrección del defecto en el diseño del postprocesador.

6. Conclusiones.

El método presentado no constituye una alternativa en el uso de las actuales aplicaciones CAD/CAM, sino la inclusión de un aspecto de mejora a través de la detección de errores. Por ello, el método de desarrollo propuesto supone una optimización de posible influencia en la productividad final de un proceso mecanizado.

Como toda alternativa de mejora es necesario definir alguna de sus ventajas, entre las que destacan: disminución de costes debido a piezas defectuosas, menores discrepancias entre oficina técnica y taller, reducción de roturas de herramientas y averías de máquinas, optimización del mecanizado, familiarización sin riesgo con los entornos CAD/CAM/CN .... Pero, para ser imparcial, también es necesario establecer algún inconvenientes que, a juicio personal, se consideran irrelevantes frente a las ventajas aportadas, entre ellos cabe cita: sondeo para seleccionar aquella aplicación informática compatible con el lenguaje de programación de la máquina, adquisición y manejo de un software adicional, …

Finalmente, indicar que como futura evolución sería interesante que las aplicaciones CAD/CAM incluyeran como módulo adicional la mejora planteada, si bien, la existencia de multitud de lenguajes propios y modelos de controles CN dificulta tal integración. Por ello, sólo aquellas empresas que dispongan de software compatible con el lenguaje de sus máquinas tienen la posibilidad de aplicar la solución presentada en este artículo.

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