Teleoperación de Proceso CNC de fabricación con desarrollo en NX (Software)- LEADWELL V20

Roldany Gutiérrez Lizcano

 UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

Teleoperación de Proceso CNC de fabricación con desarrollo en NX (Software)- LEADWELL V20

^[1] Resumen— La importancia del poder resolver problemas en la vida cotidiana y en la ingeniería viene de la mano, primero con una buena modelación de los procesos que se tienen. El análisis, replanteamiento y mejoramiento de estos procesos, además de  la realización de simulaciones previas de estos, son fundamentales para el correcto desarrollo de la actividad a realizar. El siguiente trabajo tiene como objetivo principal establecer una metodología de diseño y desarrollo mezclando el enfoque industrial con el enfoque académico,  y además estudiando los diferentes ambientes CAD/CAM ofrecidos por el software NX para mezclarlas con las operaciones de maquinado en el centro de mecanizado Leadwell. Se muestra primero el modelado obtenido (CAD) y maquinado realizado (fresado) de una pieza del Sena en el software NX. Se simula el proceso de maquinado en el software NX usando técnicas CAM con una máquina como el Leadwell y se procede a post-proceder el proceso de fabricación para adquirir el código G y poder realizar la implementación del Control Numérico Computarizado (CNC). Se realiza un diseño del ala de una pieza industrial, la cual tiene geometrías complicadas y diferentes en toda su figura. El modelamiento en 3D se hace con herramientas CAD, y después se procede a crear las operaciones de manufactura con las especificaciones adecuadas, se procede a post-proceder el proceso de fabricación y manufactura para adquirir el código G  y así poder proseguir con la teleoperación desde la plataforma de manufactura integrada del LabFabex, no sin antes analizar el código G obtenido.

Palabras Clave — Manufactura, teleoperación, Máquina Leadwell CNC, Software NX, simulación,  tecnología CAD/CAM, Código G.

1. Introducción

Las máquinas de control numérico como los centros de mecanizado pueden ser programadas desde un computador o directamente por el operario.

Un programa CAD/CAM está en la posibilidad de generar trayectorias NC para la máquina a partir de una forma geométrica generada en un sistema CAD, este programa NC es transmitido del computador al control de la máquina por intermedio de un programa de transmisión de datos y puede ser almacenado en la memoria del control o ser transmitido a este por bloques en el caso de que el código NC sea muy extenso y no quepa en la memoria del control.

Otra forma de programar la máquina consiste en que el operario introduce el código NC directamente en la pantalla del control de la máquina, esta es denominada programación manual.

A partir de un modelo CAD, el software NX permite añadir a este un proceso de fabricación. Un proceso CAM, el cual consiste en la fabricación de operaciones con las herramientas, opciones y especificaciones adecuadas para realizar la correcta y segura operación de manufactura deseada. Para este diseño de proceso se tiene en cuenta la máquina Leadwell V20, la selección de materia prima para el modelo, las especificaciones del Leadwell V20. Durante este proceso de fabricación se debe realizar también una selección de herramientas de corte, se debe tener en cuenta los rasgos geométricos de la herramienta de corte y de  pieza, entre ellos los dispositivos de montaje, los radios de curvatura. Se integra también un modelamiento del plan de operaciones, una generación y verificación de trayectorias, detección de colisiones, y un programa NC el cual controlará por teleoperación la máquina.

1.  Planteamiento

El LabFabEx (Laboratorio de Fábrica Experimental) cuenta con dos celdas de trabajo, la celda industrial LabFabEx y la celda transfer MAYA. Para el caso de interés, se trabaja sólo con la celda industrial, ya que en esta celda podemos encontrar la máquina deseada el Leadwell V-20.

Descripción del proceso

Como se describe en el resumen, se realizó primero el proceso de diseño CAM y el post-procesamiento de la pieza del Sena, la cual cuenta con un grabado en su superficie. El modelo CAD se adquirió y cabe destacar que las medidas  métricas ya estaban establecidas, además no se podía de alguna forma editarlas. Después de obtener el código G, la pieza en bruto no era del tamaño suficiente para hacer el grabado, ya que se debía tener en cuenta el agarre de la pieza con el Leadwell. Teniendo el código G para realizar la operación de manufactura, se optó por diseñar un modelo en 3D de un ala de una pieza industrial, la cual tendría las medidas adecuadas para la nueva pieza en bruto con los agarres incluidos, en este caso un cuadrado de 100x100x19mm. Después de realizar el modelamiento CAD, se procede a hacer el proceso CAM el cual consistió en la fabricación de operaciones usando diferentes tipos de herramientas, diferentes tipos de avance, diferentes velocidades de husillo y de avance. Como la pieza debe ser manufacturada por ambas superficies de la pieza en bruto para su obtención, se realizan dos procesos diferentes CAM para cada una de las superficies. De esta forma se trabaja con el mismo cero de pieza y con las mismas especificaciones de máquina. Con las operaciones de fabricación se realiza el post-procesamiento y se obtiene el código G, el cual es ajustado y editado para realizar el proceso CNC desde la teleoperación. Se realizaron simulaciones y se procedió a teleoperar, teniendo resultados no deseados, los cuales se deben a varios factores. Principalmente el ajuste de la pieza no es posible realizarlo 100% bien, debido a que el material de la pieza en bruto no tiene las propiedades físicas para resistir un esfuerzo de presión relativamente fuerte, como el que se obtiene por las prensas móviles utilizadas. Esto quiere decir que la pieza en bruto no se podía ajustar lo suficientemente bien a la mesa del Leadwell, ya que si se realizaba, la pieza se movería, se fracturaría y se partiría al no resistir las fuerzas de movimiento de corte ejercidas por la máquina y herramienta. Aunque el orden de los procesos de fabricación fueron editados después de un primer intento, para facilitar el desarrollo de las operaciones de una forma más progresiva y adecuada, se obtuvo el mismo problema con el ajuste de la pieza, la cual tampoco tiene las propiedades físicas para la fabricación de modelos por manufactura, esto se puede deber a que en geometrías complicadas la herramienta puede fracturar la pieza en algún movimiento de corte debido también al material de la pieza en bruto. Se recomienda el ajuste de la pieza en bruto a la mesa con prensas en el eje x y en el eje y,  o simplemente en cualquiera de los dos ejes, pero en ambos casos es importante saber y estar seguros de que la pieza en bruto está ajustada, bien posicionada y sin posibilidad de que ocurra algún movimiento.

Para la pieza del Sena y posteriormente el ala industrial se tiene como recurso básico, el material en bruto primario ofrecido, el cual no es posible ser ajustado, según las medidas de este mismo en el modelo CAD de la pieza del Sena. Sin embargo el proceso de fabricación es realizado y la simulación realizada en el software NX también se obtiene.

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Figura. Pieza del Sena seleccionada para desarrollo

 Después de realizar la correcta verificación del CAD, se procede  agregar una máquina en NX, el proceso es un poco complicado y se detalla más adelante. Ajustando la máquina con los ejes adecuados, y con los movimientos deseados de esta misma, se procede a comenzar con el proceso de fabricación, el cual para nuestro caso en particular se hace en varias etapas las cuales serán mostradas durante el desarrollo del trabajo. Con la verificación pertinente y la simulación realizada, se procede a el post-procesamiento, el cual nos genera un código G del proceso para con este código poder teleoperar, cabe destacar que la verificación y análisis del código G exportado por NX, debe ser supervisado y simulado en la plataforma de manufactura integrada Labfabex.

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Para maximizar el valor de una máquina-herramienta, es necesario optimizar el proceso que la hace funcionar. Un proceso general perfectamente interconectado conllevará una implementación más rápida de una nueva máquina y una mejora de la eficacia de producción.

El proceso de fabricación empieza con la introducción de los datos de diseño de la pieza, normalmente un modelo CAD 3D, aunque en ocasiones también puede ser un plano en 2D.Suele ser necesario software CAD 3D para preparar o ajustar el modelo de diseño de la pieza y prepararlo para la programación de control numérico. Las aplicaciones CAD también pueden utilizarse para diseñar y montar accesorios. Los paquetes NX CAM están disponibles con funciones CAD perfectamente integradas, todas en el mismo sistema NX. CAM NX CAM incluye programación de control numérico, post-proceso y simulación de máquinas-herramientas. En una cadena de procesos optimizada, cada uno de estos elementos CAM se configura para ajustarlo a las máquinas-herramientas correspondientes.

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