Resumen
Un post-procesador es un traductor que lee
los procedimientos de manufactura provenientes del sistema CAM y escribe las
instrucciones correspondientes y necesarias para la ejecución en una máquina de
control numérico computarizado (CNC) [Chaparro & Amaya, 1996]. A diferencia
de otros programas CAM que incluyen un módulo directo para la generación de
post-procesadores; el software SolidCAM utiliza una herramienta denominada
GPPTool que permite definir y personalizar los parámetros y procedimientos del
post-procesador en lenguaje GPPL [SolidCAM Ltd., 1995-2005]. Los archivos
post-procesadores diseñados para cualquier controlador de máquinas CNC tienen
dos componentes: un archivo personalizado que transforma los comandos de la
trayectoria de la herramienta generado en SolidCAM a lenguaje de programación
de máquina (ISO 6983), y un segundo archivo en el que se definen los parámetros
de la máquina (especificaciones, capacidades, límites, etc.). La validación del
correcto funcionamiento del post-procesador se realiza mediante el diseño
CAD/CAM (SolidWorks/SolidCAM), simulación y fabricación de piezas de diferente
complejidad en torno CNC y centro de mecanizado, obteniéndose como resultado
programas con códigos adecuados y ejecutables. El desarrollo de este tema
permite una integración efectiva entre el software CAM y la máquina CNC,
mediante la implementación del post-procesador desarrollado; lo que conlleva a
la disminución de tiempos de mecanizado, reducción de costos y aumento en el
volumen de producción mejorando el proceso de modelado y manufactura flexible a
nivel industrial.
Palabras claves: Máquinas
CNC; post-procesador; SolidCAM; código G; integración CAD/CAM.
Abstract
A post-processor is a translator who
reads the manufacturing procedures from the CAM system and writes the
corresponding and necessary instructions for execution on a computerized
numerical control (CNC) machine [Chaparro & Amaya, 1996]. Unlike other CAM
programs that include a direct module for the generation of post-processors;
SolidCAM software uses a tool called GPPTool that allows you to define and
customize the parameters and procedures of the post-processor in GPPL language
[SolidCAM Ltd., 1995-2005]. Post-processor files designed for any CNC machine
controller have two components: a custom file that transforms the toolpath
commands generated in SolidCAM into machine programming language (ISO 6983),
and a second file in which machine parameters are defined (specifications,
capacities, limits, etc.). The validation of the correct functioning of the
post-processor is carried out by means of the CAD / CAM design (SolidWorks /
SolidCAM), simulation and manufacture of parts of different complexity on the
CNC lathe and machining center, obtaining as a result programs with adequate
and executable codes. The development of this theme allows an effective
integration between the CAM software and the CNC machine, through the
implementation of the developed post-processor; which leads to the reduction of
machining times, reduction of costs and increase in the volume of production,
improving the process of modeling and flexible manufacturing at the industrial level.
Keywords:
CNC machines; post-processor; SolidCAM; G code; CAD / CAM integration.
Resumo
Um pós-processador é um tradutor que
lê os procedimentos de fabricação do sistema CAM e grava as instruções
correspondentes e necessárias para a execução em uma máquina de controle
numérico computadorizado (CNC) [Chaparro & Amaya, 1996]. Ao contrário de
outros programas CAM que incluem um módulo direto para a geração de
pós-processadores; O software SolidCAM usa uma ferramenta chamada GPPTool que
permite definir e personalizar os parâmetros e procedimentos do pós-processador
na linguagem GPPL [SolidCAM Ltd., 1995-2005]. Os arquivos pós-processador
projetados para qualquer controlador de máquina CNC têm dois componentes: um
arquivo personalizado que transforma os comandos do caminho da ferramenta
gerados no SolidCAM em linguagem de programação de máquina (ISO 6983) e um
segundo arquivo no qual os parâmetros da máquina são definidos (especificações,
capacidades, limites, etc.). A validação do correto funcionamento do
pós-processador é realizada por meio do projeto CAD / CAM (SolidWorks /
SolidCAM), simulação e fabricação de peças de diferentes complexidades no torno
e centro de usinagem CNC, obtendo como resultado programas com códigos
adequados e executáveis. O desenvolvimento deste tema permite uma integração
efetiva entre o software CAM e a máquina CNC, através da implementação do
pós-processador desenvolvido; o que leva à redução dos tempos de usinagem,
redução de custos e aumento no volume de produção, melhorando o processo de
modelagem e fabricação flexível no nível industrial.
Palavras-Chave: Máquinas
CNC; pós-processador; SolidCAM; Código G; Integração CAD / CAM.
Introducción
El uso de aplicaciones CAD/CAM
(Diseño Asistido por Computadora/ Manufactura Asistida por Computadora) son
cada vez más frecuentes a nivel industrial en el mecanizado a través de
máquinas CNC. El software CAM utiliza el modelo tridimensional realizado
previamente en el software CAD para generar un código de control numérico
(generalmente conocido como código ISO) que será transmitido posteriormente a
la máquina CNC con el fin de mecanizar la pieza diseñada. Sin embargo, una
máquina CNC no puede usar directamente el código ISO para fabricar una pieza
porque siempre es necesario corregir y probar el código obtenido a través del
software CAD/CAM para cada pieza o trabajo a realizar. Un post-procesador es un
software que acondiciona, corrige y adapta el código neutro de un software CAM
para su uso en una máquina CNC en particular. El post-procesador debe tomar en
cuenta las especificaciones, límites de movimiento, y características de cada
máquina CNC para la cual se desea implementar.
Post-procesamiento en la integración
CAD/CAM
Según Chaparro & Amaya, 1996: Un
post-procesador es una herramienta de interface entre sistemas de manufactura
asistida por computador (CAM) y máquinas de control numérico. En otras
palabras, es simplemente un traductor que lee las instrucciones de manufactura
proveniente del sistema CAM y escribe las instrucciones correspondientes para la
máquina de control numérico. El post-procesador constituye una parte importante
en la automatización de la empresa, en la Figura 1. Se evidencia la
intervención del post-procesamiento dentro de la integración CAD/CAM.
Gráfico 1:
Post-procesamiento en la integración CAD/CAM
Fuente:
Autores, Ecuador, 2019
El post-procesador es un programa en ASCII
(American Estándar Code for Information Interchange) que consta de una serie de
secciones donde se establece el formato del programa de control numérico como
son: la cantidad de dígitos antes y después del punto decimal, formato del
encabezado, así como del cambio de herramienta. La estructura del
post-procesador se conforma de bloques secuenciales de ejecución, compuestos
por bloques post-procesadores. Dichos bloques se muestran en la Figura 2. Según
el orden de su ejecución.
Gráfico 2.
Estructura secuencial del post-procesador
Fuente:
Autores, Ecuador, 2019
El post-procesador es un módulo más de los
sistemas CAM sin embargo debe estar personalizado para cada máquina. Para
desarrollar un post-procesador es necesario identificar el tipo de máquina CNC
y número de ejes de esta, las características técnicas del controlador de la
máquina CNC y el archivo de localización de la herramienta de corte (cutter
location data file o CL data file) que es un archivo binario que contiene
detalles de movimiento de la herramienta de corte, aunque se puede disponer de
una versión legible. Estos archivos están regulados por la Organización
Internacional para la Estandarización (ISO). En la Figura 3. Se mencionan los
parámetros principales a considerar para empezar con la personalización de un
post-procesador.
Gráfico 3: Elementos
de un post-procesador
Fuente: Escuela
Técnica Superior de Ingeniería, s.f.
Importancia del problema
El diseño y la implementación del
post-procesamiento generan algunas ventajas en la operación de las máquinas
CNC. Según Díaz, 2018: El incluir esta tecnología permite la obtención de
piezas o conjuntos de complejidad relativamente alta manteniendo la
flexibilidad de diseño, al servir de conexión entre el operador y la máquina
permite reducir el tiempo de procesamiento del producto o pieza.
Algunos softwares CAM incluyen módulos
dentro de su plataforma para el diseño del post-procesador sin embargo en el
software SolidCAM se requiere dos archivos editables para el
post-procesamiento.
Además, cabe mencionarse que debido a las
particularidades de cada máquina CNC, así como el controlador que utiliza hace
que el post-procesador sea único para cada máquina. En trabajos futuros puede
desarrollarse post-procesadores para otras máquinas CNC a parte de las ya
empleadas en las pruebas de este trabajo como fue un torno CNC y centro de
mecanizado además de diversos controladores.
Metodología
Los archivos post-procesadores diseñados y
personalizados para las maquinas CNC mencionadas corresponden a: un archivo que
transforma los comandos de la trayectoria de la herramienta SolidCAM en código
G denominado “machine.gpp” que puede ser editado y generado con cualquier
editor de texto y un archivo que define los parámetros de la maquina designado
como “machine.vimd” y solo es viable modificarlo o generarlo con la aplicación
MachineIdEditor.exe ubicada en el directorio del programa SolidCAM (C:\Program
Files\SolidCAM2016\SolidCAM). El archivo post-procesador *.gpp es cargado
dentro del archivo *.vmid y ambos son guardados en el directorio interno de
SolidCAM en la carpeta
(C:\Users\Public\Documents\SolidCAM\SolidCAM2016\Gpptool) donde se tiene una
lista variada de post-procesadores genéricos bridados por el software. A
continuación, en la Figura 4. se presenta un diagrama de la relación entre
ambos archivos post-procesadores.
Gráfico 4: Relación entre los
archivos post-procesadores
Fuente: Autores,
Ecuador, 2019
Diseño de los archivos post-procesadores
El archivo *.gpp dentro de su estructura
consiste en programas y subprogramas para diferentes funciones, algunas de las
características generales que tienen en común estos procedimientos son:
El símbolo “@” acompaña al nombre del
procedimiento señalando su inicio y para dar fin al programa se utiliza “endp”.
Para la separación entre programa y programa se lo realiza con
“;--------------”, y además el símbolo “;” al inicio de una fila indica que se
trata de un comentario.
A continuación, se detalla ordenadamente
el contenido de este archivo post-procesador y se muestra en la Figura 5. La
estructura general del mismo.
Dentro del programa @init_post está
declarada y especificada el tipo de variables usadas para el
post-procesamiento, configuraciones para la impresión del código G y variables
internas del lenguaje GPPL cuyo factor de escala viene predeterminado.
Los demás programas son ejecutados en
orden considerando que el programa o código G de la pieza a mecanizar tiene:
encabezado, cuerpo y fin. Por tanto, se inicia con el programa @start_of_file
que llama a otros programas que permiten obtener la salida o imprimen el
encabezado del código, entre las funciones que realizan están: valores por
defecto para trayectoria y control del refrigerante, imprime el carácter al
inicio del programa, impresión del número y nombre del programa, comentarios
antes y después de códigos G o M. Otras especificaciones que se detallan en el
encabezado son las unidades de trabajo, el plano en que se realiza la operación
en el caso de máquinas con más de dos ejes, cancelación de la compensación de
la herramienta, sistema de coordenadas de trabajo (absolutas e incrementales)
las cuales son llamadas desde el programa @start_program. Para seguir con la
estructura, en el cuerpo contamos con varios programas que definen la
trayectoria y/o el ciclo a realizar, y están descritos a continuación.
Inicialmente se tiene la definición de la herramienta a través de @def_tool que
imprime el número y la denominación de la herramienta entre paréntesis
representando un comentario, para no interrumpir la ejecución del programa a
usarse en la operación además incluye una pausa opcional para el cambio de
herramienta en el caso de ser seleccionada. Para el cambio de herramienta
tenemos a @change_tool, que permite imprimir la posición segura para realizar
esta actividad, luego hace la llamada de esta posicionándola y ejecuta el
cambio de herramienta. La compensación es impresa después de realizado el cambio.
Siguiendo con el proceso de mecanizado está @start_of_job, donde se imprime el
nombre de la operación asignado por SolidCAM, se enciende el giro del husillo
para luego imprimir las coordenadas de la posición de inicio de la trayectoria
o del ciclo al que corresponda. Para finalizar esta acción tenemos a
@end_of_job que repite el proceso para el cambio de la herramienta o si la
operación es realizada por la misma herramienta entonces produce una pausa
antes de continuar con la siguiente operación. Dentro de la trayectoria que
puede seguir la herramienta existen dos tipos de interpolaciones: lineal y
circularlas mismas que son manejadas a través de los comandos “line” y “arc”
respectivamente.
Para la finalización del archivo está
@end_program, el cual controla el paro del giro de husillo y apaga el
refrigerante. Para el fin del programa se imprime el código M30, y a través de
@end_of_file se imprime el carácter final del archivo “;”.
Gráfico 5: Estructura
secuencial del post-procesador
Fuente: Autores,
Ecuador, 2019
Personalizado y generado el primer archivo
post-procesador se procedió al desarrollo del archivo de máquina, el mismo que
consta de cuatro pestañas principales detalladas a continuación:
- Definición de la máquina
En esta pestaña se estableció la
información general de la máquina, se empieza seleccionando el tipo de
operación que define el equipo, se selecciona el sistema de coordenadas de la
máquina en relación con un sistema de coordenadas genérico y se procede a
cargar el archivo post-procesador (*.gpp) con el que se desea trabajar ubicado
en el directorio interno de SolidCAM dentro de la carpeta Gpptool.
En la Figura 6. Se indica las partes que
conforma la pestaña definición de la máquina que contiene la estructura
jerárquica de la maquina; cuando se selecciona un elemento de esta en el panel
derecho se despliegan los parámetros correspondientes, que pueden ser un
duplicado de la estructura general de la máquina, como es el caso de la
subpestaña opciones (options) y la subpestaña orientación de maquina (machine
orientation).
Gráfico 6: Partes
que conforman la pestaña definición de la máquina
Fuente: Autores,
Ecuador, 2019
- Definición del controlador
En esta pestaña (ver Figura 7.) se puede
definir la configuración de la máquina y el post-procesador. Los diferentes
parámetros desarrollados conforme las especificaciones del controlador de la
maquina son:
- General à define la
configuración general del controlador.
- Tilted Plane Definition à establece la
configuración de los ejes rotativos.
- Program Numbers à indica el rango
utilizado en la enumeración del programa y procedimientos.
- Precision Definition à define la precisión de los arcos,
movimientos lineales y valores de avance y giro del husillo.
Gráfico 7:
Panel de la pestaña definición del controlador
Fuente: Autores,
Ecuador, 2019
- Parámetros definidos por el
usuario
En este encabezado se establecieron los parámetros
específicos utilizados por la máquina y en las operaciones de mecanizado dentro
de SolidCAM; en el subencabezado opciones de maquina se definen parámetros
relevantes para la maquina mientras que en el subencabezado parámetros
misceláneos de la maquina CNC se crean los ítems necesarios para personalizar
el funcionamiento del controlador. En la Figura 8. Se muestra el entorno de la
pestaña parámetros definidos por el usuario y sus dos subpestaña principales.
Gráfico 8: Entorno
de la pestaña parámetros definidos por el usuario para un torno CNC
Fuente: Autores,
Ecuador, 2019
- Estilo de trabajo
En esta pestaña se definieron los
parámetros del pre-procesador utilizados para los valores predeterminados de
operación y exclusivos para el software tales como:
- Post To Machine à
este
parámetro permite generar la salida de código G para varios sistemas de
coordenadas.
- Machine Tool Table Name à
dentro
de este parámetro se seleccionó el nombre de la tabla de herramientas que
se desea utilizar en las operaciones dentro del SolidCAM.
- Delta For Tool H à
Máximo
valor utilizado para la compensación de la herramienta.
- Home Data At Star à
este
parámetro define la ubicación de los siguientes comandos: @home_data,
@def_tool, @end_of_program.
- Safety Distance à
se
establece la distancia de seguridad utilizada en varias operaciones.
En la Figura 9. Se muestra dichos
parámetros establecidos para el controlador GSK980TD de un torno CNC.
Gráfico 9: Parámetros
definidos en la pestaña estilo de trabajo
Fuente: Autores,
Ecuador, 2019
Integración CAD/CAM y mecanizado CNC
Posterior a la generación de los
post-procesadores para las maquinas correspondientes, se diseñó las piezas a
mecanizar en el software CAD y se continuo con la edición del archivo CAM; paso
donde se selecciona el archivo post-procesador y se genera el código G, el cual
debe ser simulado para verificar la correcta estructura de este que finalmente
será ejecutado en la máquina de control numérico computarizado. A continuación,
se detalla cada procedimiento en la integración CAD/CAM y la obtención de las
piezas mediante mecanizado CNC.
Diseño CAD
El modelado de las piezas fue realizado en
SolidWorks, las máquinas empleadas para realizar las pruebas son un torno CNC y
un centro de mecanizado. Para la primera máquina CNC la pieza comprende
operaciones internas y externas de: desbaste, acanalado y roscado. La pieza 1
fue mecanizada para la prueba 1 y corresponde a las operaciones externas como:
desbaste, acanalado y roscado (ver Figura 10.). La pieza 2 corresponde a la
prueba 2 y se fabricó una probeta de tracción. Finalmente, en la prueba 3 se
mecanizó la pieza 3 con operaciones internas de torneado (desbaste, acanalado y
roscado).
Gráfico 10: Operaciones
generadas para la pieza 1 en torno CNC
Fuente: Autores,
Ecuador, 2019
Mientras que para el caso del centro de mecanizado se opta por realizar una
pieza con operaciones básicas de fresado denominada pieza 1CM que recoge
operaciones como: careado o planeado, perfilado de forma, taladrado y cajonera
(Ver Figura 11.). Además, se mecanizó el macho y hembra de una matriz de
cuchara que corresponden a la pieza 2CM y 3CM respectivamente. Con el
desarrollo de la matriz se comprobó el correcto funcionamiento de dos y tres
ejes simultáneos.
Gráfico 11:
Operaciones para la pieza 1 CM (Centro de mecanizado)
Fuente: Autores,
Ecuador, 2019
Diseño CAM
Una vez realizada la pieza 3D con las
dimensiones adecuadas se procede a generar la trayectoria de la herramienta y
posteriormente su post-procesamiento utilizando SolidCAM 2015/2016, un software
para manufactura 3D que está integrado sobre SolidWorks. Para ingresar al
entorno de torneado de SolidCAM, dentro de la plataforma de SolidWorks se
selecciona la pestaña Herramientas>SolidCAM> Nuevo> Torneado. Los
módulos para configurar son similares en ambas máquinas CNC. En la Figura 12.
Puede observarse los módulos a configurarse para el mecanizado de las piezas en
el torno CNC.
Gráfico 12:
Campos para la configuración del CAM (Turning)
Fuente: Autores,
Ecuador, 2019
Para el centro de mecanizado el
procedimiento para ingresar a la plataforma del software CAM es la misma:
Herramientas>SolidCAM> Nuevo> Fresado. A continuación, en la Figura
13. Se detallan las opciones modificadas dentro del software CAM, esta
configuración se utilizó para la pieza 1CM.
Gráfico 13:
Ítems para la configuración del CAM (Milling)
Fuente: Autores,
Ecuador, 2019
Sin embargo, para la fabricación de la
matriz hembra y macho fue necesario utilizar opciones más avanzadas como: HSR
(High Speed Roughing) y HSM (High Speed Machining), ambas contenidas dentro de
SolidCAM. La primera utilizada para el desbaste y la última para el acabado de
las superficies. Estos módulos son especiales para la fabricación de moldes,
herramientas y matrices. Para la configuración del menú de operaciones cuenta
con las opciones de geometría, herramienta, límites de restricción y pasadas.
Esto permite seleccionar las superficies a mecanizar y tiene varias estrategias
según la geometría a mecanizar.
Una vez finalizado toda la configuración
dentro del software CAM y todas las operaciones se resolvieron correctamente se
procede a generar el código G de la pieza, para ello se da clic derecho sobre
la opción Operationsà GCode Allà
Generate
tal como se presenta en la Figura 14. Obteniéndose el código G post-procesado
en un block de nota. Este archivo puede ser editado y guardado en la carpeta
más conveniente para el usuario.
Gráfico 14: Obtención
del código G post-procesado
Fuente: SolidCAM
LTD., 2019
Simulación
Para cada máquina fue necesario el uso de
un software diferente. En el caso del torno CNC, la simulación fue realizada a
través del software de Swansoft denominado SSCNC. Mediante el uso de este
software los estudiantes simulan la operación en máquinas reales de CN y pueden
dominar la capacitación en un intervalo de tiempo más corto, y reduciendo en
gran medida la inversión en equipos caros. Al utilizar el software en PC, los
estudiantes pueden dominar el funcionamiento de todo tipo de torno NC, centro
de fresado y mecanizado NC en poco tiempo. (Nanjing Swansoft Technology
Company, 2006-2019.)
El entorno de este software simula una
maquina real, siendo necesario la puesta a punto de igual manera. Es necesario realizar
pasos previos como: cero máquinas y pieza, creación y medición de herramientas,
cargar el programa, entre otros. En la Figura 15. Se observa esta plataforma y
la ejecución del programa O0018 para el mecanizado de la pieza 1.
Gráfico 15: Simulación
del programa O0018 para la fabricación de la pieza 1(torno GSK)
Fuente: Swansoft,
2019
Para el centro de mecanizado se utilizó un
simulador incluido en el controlador de la máquina, denominado Mill Demo, este
software puede ser probado directamente en el controlador o descargar la
versión correcta para su uso en una laptop personal en la página de la marca
del controlador (Centroid). En la Figura 16. Se observa la trayectoria de cada
operación para la fabricación de la pieza 1CM.
Gráfico 16:
Gráfico 2D pieza 1CM (programa O1234)
Fuente: Mill
Demo, 2019
Fabricación
Una vez verificado que no hay errores en
el programa CNC mediante la simulación el siguiente paso es fabricar la pieza.
La forma de cargar el archivo a ejecutar también varía del torno CNC al centro
de mecanizado. En el caso de la primera máquina CNC de marca GSK, maneja un
software de comunicación para la conexión entre el controlador y la
computadora, este programa se llama TDComm2.6. El enlace físico es a través del
cable serial macho hembra que va conectado en un puerto USB de la computadora y
la entrada HDMI del controlador de la máquina. En la Figura 17. Se observa la
conexión realizada para posteriormente cargar el archivo.
Gráfico 17:
Conexión física entre la computadora y el torno CNC
Fuente: Autores,
Ecuador, 2019
Luego de montar la materia prima con
contrapunto en caso de ser necesario y cargado el archivo que contiene el
código G post-procesado se procede a realizar el cero pieza con la primera
herramienta ubicada en la torreta que es la de desbaste y afinado. Este proceso
inicia al realizar un acercamiento con la herramienta T1 al punto de referencia
en el extremo del eje, luego al ingresar dentro de la opción “PROGRAM” y
manteniendo la opción MDI activa, para finalmente ingresar el comando G50 con
las teclas del controlador y especificando los valores del diámetro en X y cero
para el eje de coordenadas. Cada herramienta puede ser llamada a través del
comando T_ y especificar su numeración, cada una debe ser medida y esta diferencia
guardada dentro del “OFFSET”. Las herramientas utilizadas para la prueba 1
están detalladas en la Tabla 1, para desarrollar la prueba 2 se utilizados las
mismas herramientas mientras que para la prueba de operaciones internas o pieza
3 las herramientas son específicamente para operaciones de torneado interno de
diámetros más pequeños para evitar colisiones o choques con la materia prima y
mecanizar sin dificultades. Así también en esta prueba fue revisada la
trayectoria de tal forma que evite los incidentes antes mencionados.
Finalmente se procede a seleccionar el
programa cargado en la memoria del controlador y se seleccionan los botones
AUTO, SINGLE y EJECT para correr línea por línea el código G; durante la prueba
se puede controlar el avance de la herramienta, disminuyendo o aumentando la
ejecución de este. El procedimiento descrito es funcional para este torno CNC y
controlador en particular.
Tabla 1: Herramientas
utilizadas para las operaciones de torneado exterior
|
Posición
|
Denominación
|
Operación
|
|
1
|
DNMG 15 06
08-PM 4225
|
Desbaste y
Acabado (55°)
|
|
2
|
R166.0G-16VM01-002
1020
|
Roscado
exterior
|
|
3
|
N151.2-300-5E
4225
|
Tronzado
exterior
|
|
4
|
CNMG 12 04
08-PM 4225
|
Desbaste y
Acabado (80°)
|
Fuente: Autores,
Ecuador, 2019
Para el centro de mecanizado en la
fabricación de piezas los pasos realizados para la fabricación de piezas se
observan a continuación en la Figura 18.
Gráfico 18: Pasos
para la fabricación de piezas en el centro de mecanizado VIWA
Fuente: Autores,
Ecuador, 2019
Previo al encendido del equipo, es
necesario verificar la alimentación de aire comprimido y la conexión eléctrica
de la máquina. Además de los niveles de refrigeración y lubricante. Se realiza
el encendido general de la máquina que activa internamente el controlador, el mismo
que se carga y en la pantalla puede desplegar mensajes de un inicio correcto o
alarmas en caso de existir algún inconveniente. Para terminar el encendido se
realiza el cero máquina, previamente comprobando que nada obstruya el
desplazamiento de la mesa del centro de mecanizado, después es necesario soltar
el paro de emergencia activado por precaución y presionar la tecla CYCLE START
para empezar con los siguientes pasos necesarios.
Luego para realizar la medición de las
herramientas se empieza montando las mismas en el carrusel considerando el
orden de su ejecución en el código G, se llama a la primera herramienta que
servirá como referencia para la control de las demás herramientas. También la
referencia puede realizarse con la opción Auto medir o al teclear F3, para lo
cual se posiciono al palpador de tal forma que una vez la herramienta
descienda, este lo detecte y se guarde la referencia. Este recurso permite
realizar la medición de las demás herramientas de forma rápida y segura, además
presenta mayor exactitud. A continuación, en la Tabla 2 se detallan las
herramientas usadas en las diferentes pruebas (piezas 1,2 y 3 CM).
Tabla 2: Herramientas
utilizadas para las operaciones en el centro de mecanizado
|
Posición
|
Denominación
|
Operación
|
|
1
|
Fresa
de vástago Ø19 mm
|
Cajonera,
perfilado
|
|
2
|
Fresa
de vástago Ø16 mm
|
Cajonera,
perfilado
|
|
3
|
Fresa
de vástago Ø8 mm
|
Cajonera,
perfilado
|
|
4
|
Broca de Ø12 mm
|
Taladrado
|
|
5
|
Fresa redonda
Ø10 mm
|
Cavidades 2.5X
y superficies
|
|
6
|
Fresa redonda
Ø6 mm
|
Cavidades 2.5X
y superficies
|
|
7
|
Broca de Ø4mm
|
Taladrado
|
|
8
|
Fresa redonda
Ø3.18 mm
|
Superficies
|
|
9
|
Fresa redonda
Ø1 mm
|
Superficies
|
|
10
|
Fresa
de vástago Ø3 mm
|
Cavidades 2.5X
|
Fuente: Autores,
Ecuador, 2019
A continuación, el establecimiento del
cero pieza se hace con la primera herramienta y puede realizarse en diferentes
posiciones del material, en una de las esquinas de este o en el centro. Es
recomendable usar el mismo punto que es usado en el software CAM. En la
simulación la trayectoria y puntos seguros configurados son probados que no
presentes colisiones o choques con el material e incluso entre la mesa y el
husillo. Este paso se realiza en la interfaz del controlador se ingresa a la
pestaña ajuste, seleccionando el eje X, haciendo un acercamiento hacia el lado
izquierdo del material y definiendo la posición en X como cero. Para hacerlo en
el eje Y se hace un acercamiento de la herramienta hacia la parte frontal del
material y se procede a llenar los mismos parámetros antes mencionados para el
eje X. Una vez configurados ambos ejes se escoge el eje vertical Z y se lo
desplaza hasta la cara superior del material y de forma análoga a la anterior
se indica la posición como cero.
Finalmente, el controlador permite cargar
de manera rápida y fácil, programas de código G e incluso archivos DXF a través
de una memoria USB, siendo posible trabajar con otros softwares CAD y CAM
diferentes a SolidWorks y SolidCAM. Este reconoce automáticamente la unidad de
memoria USB en el momento en que se conecta al puerto y aparece una letra de
unidad en el menú Cargar. Es posible graficar los programas de piezas del
código G directamente desde la memoria USB para identificar el programa, esto
en la plataforma del programa Mill Demo incluido en el controlador. Otros tipos
conexión posible son LAN Ethernet y el conector MPG.
Resultados
La validación del correcto funcionamiento
del post-procesador se realiza mediante el diseño CAD/CAM
(SolidWorks/SolidCAM), simulación y fabricación de piezas de diferente
complejidad. Las piezas mecanizadas comprenden las principales operaciones que
realiza cada máquina. Para validar el funcionamiento de los archivos
post-procesadores generados para el torno CNC modelo GSK GT40A fue necesario
realizar tres pruebas con las principales operaciones tanto de torneado
exterior como interior (desbaste, afinado, roscado y acanalado). En la Figura
19. Se muestra un esquema con el procedimiento seguido para la elaboración de
las piezas, al igual que los softwares utilizados en cada etapa. Para la
validación del post-procesador diseñado para el controlador del centro de
mecanizado VIWA modelo VCM3M400 se realizó una pieza de fresado con operaciones
de careado, perfilado, cajonera y taladrado; también se trabajó un molde de
cuchara para probar operaciones con tres ejes simultáneos. En la Figura 20. Se
presenta los cuatro pasos principales continuos en la obtención de dichas
piezas.
El post-procesador diseñado para el torno
GSK, imprime en primera instancia un encabezado donde se detalla la marca y
modelo tanto de la maquina como del controlador, la denominación y nombre del
programa, así como el nombre de la institución. Además de esta información
relevante, el post-procesador fue diseñado de tal forma que antes de cada
operación se imprima como comentario el número y denominación de la herramienta
a utilizar con el fin de orientar a cualquier usuario en la generación del
código G.
Gráfico 19: Procedimiento
para la obtención de una pieza en el torno GSK GT40a
Fuente: Autores,
Ecuador, 2019
Gráfico 20:
Procedimiento para la obtención de una pieza en el centro de mecanizado VIWA
VCM3M400 AC
Fuente: Autores,
Ecuador, 2019
Las primeras líneas de operación del
código G post-procesados para las diferentes piezas diseñadas y fabricadas en
el torno corresponden: al posicionamiento seguro del husillo mediante un
movimiento rápido a lo largo del eje X de 200 mm y 0 mm en el eje Z, el llamado
de la primera herramienta con la que se realiza el cero pieza, el tipo de
velocidad contante del husillo y la orientación del giro adecuada para el mecanizado.
Al inicio de cada operación a realizar se
estableció la activación del refrigerante, así como la selección del avance de
la torreta previo a estas dos líneas de programación empieza la trayectoria
establecida para la herramienta y al finalizar cada operación se imprime el
punto de alejamiento que se configura dentro del software CAM. El programa se
finaliza con el alejamiento de la torreta sobre la pieza montada, la
desactivación del refrigerante y la finalización del programa.
En la programación de los archivos
post-procesadores para el torno CNC se mecanizo una pieza sencilla de una sola
operación para verificar que la trayectoria y cambio de herramientas se
ejecuten con normalidad donde el material utilizado fue madera. En esta prueba
se puede evidenciar que la trayectoria que la herramienta manejo fue equivocada
debido a que hubo un error en las coordenadas utilizadas por el programa de
manejo de la interpolación circular a seguir por la herramienta. Al corregir
este error y comprobar que la trayectoria se cumplía sin problemas se prosiguió
a probar con geometrías que reunían más operaciones de forma secuencial.
Los programas obtenidos luego del
post-procesado para el centro de mecanizado marca VIWA presentan una estructura
que contiene un encabezado, el cuerpo y final. En la primera línea se puede
visualizar el nombre del programa seguido de la denominación de la pieza, en el
siguiente bloque contiene: el sistema de coordenadas (absoluto o incremental),
cancelación de la compensación de la herramienta y de ciclos compuestos, así
como el tipo de plano de trabajo (xy) creando un entorno inicial para el
mecanizado.
En el cuerpo, en cada operación cuenta con
activaciones de cambio de herramienta y de ciclo (taladrado), activa la
compensación necesaria de la herramienta y el refrigerante, mantiene una altura
de seguridad antes de ejecutar el trabajo también he imprime el avance y
velocidad de corte. Para finalizar el programa toma una posición de cero
máquina más conocido como home, cancela la compensación de la herramienta y da
fin al programa a través de la función preparatoria o código G específica para
este centro de mecanizado.
Discusión
Una vez terminado el proceso de
mecanizado, es decir, el diseño CAD, diseño CAM, simulación y fabricación; las
piezas realizadas en el torno CNC y centro de mecanizado fueron revisadas
haciendo una comparación con las dimensiones de cada plano respectivo. Las
mediciones obtenidas con la ayuda de un calibrador o pie de rey permiten
observar una diferencia máxima de hasta 0,2 mm entre el CAD y cada pieza
obtenida; esta diferencia dimensional se debe al uso de las herramientas
disponibles más no del post-procesador.
Para la comprobación de radios y paso de
rosca se utilizaron herramientas de referencia como: Galgas de Roscas (Sistema
Métrico y Whitworth) y Galgas para radio (Hojas cóncavas y convexas). Además,
con el fin de comprobar el acabado obtenido al realizar el mecanizado de la
pieza 1 hecha en aluminio, se utilizó además un patrón viso-táctil. Estos
instrumentos pertenecen al Laboratorio de Máquinas y Herramientas de la
Facultad de Ingeniería Mecánica de la Escuela Politécnica Nacional.
Conclusiones
Para la generación del archivo
post-procesador .gpp fue necesario hacer una revisión previa del manual del
controlador de la máquina CNC, para estudiar la lista de códigos G y M que
maneja el mismo, mientras que para la edición del archivo de máquina .vmid se
debe iniciar revisando la información técnica del equipo para establecer las
limitaciones físicas de este con el fin de precautelar la integridad tanto del
equipo como del operario.
Para guiar al usuario en la revisión y
mejor entendimiento del proceso de mecanizado al identificar el inicio de cada
operación, denominación, numeración y cambio de herramienta, así como la
activación y desactivación del refrigerante; se incorpora encabezados y
comentarios que se imprimen en el código G post-procesado en el software CAM.
La simulación juega un rol muy importante
en la validación de los programas obtenidos, mediante este paso se puede
detectar errores dentro del archivo de configuración de la máquina y en las
operaciones o ciclos definidos dentro de este archivo; así como también al
existir errores en las variables, programas o límites de valor definidos en la
programación dentro del archivo *.gpp de las máquinas CNC. En este estudio la
simulación no arrojo ningún error en los archivos generados por los
post-procesadores.
Los errores obtenidos en las medidas de
las piezas no están relacionados con el post-procesador, sino más bien se deben
al uso de las fresas y herramientas disponibles, desgaste de las herramientas o
a la configuración en la etapa de diseño CAM.
En las pruebas realizadas se observó una
variación mínima en el tiempo debido a operaciones que se realizan de forma
manual, tiempo de demora en el cambio de la herramienta e incluso por la
separación de ejecución de los programas que en la simulación en SolidCAM no
son considerados.
En el mecanizado de las piezas 2CM y 3CM
(matrices) pudo evidenciarse que los archivos obtenidos tienen entre 30 000 a
50 000 líneas de programación, alcanzando un tamaño mayor a 1 MB. Entre algunos
de los factores que influyeron en el tamaño del archivo están la profundidad de
las pasadas (para este caso menor a 0.5 mm), el tamaño y la complejidad del
modelo CAD para obtener el acabado necesario.
Referencias
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LTD. 2018. Guia de referência do SolidCAM ID da máquina. [file.pdf]
Recuperado de www.solidcam.com
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