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Integraci�n CAD/CAM y mecanizado CNC a trav�s de programaci�n en lenguaje general de post-procesador (GPPL)

 

CAD / CAM integration and CNC machining through general post-processor language programming (GPPL)

 

Integra��o CAD / CAM e usinagem CNC atrav�s da linguagem geral de programa��o p�s-processador (GPPL)

 

Karina Estefan�a Collaguazo-Pe�aranda ^I

karina.collaguazo@epn.edu.ec

�https://orcid.org/0000-0003-4550-0706

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Jessy Ligia Conlago-Morales ^II

jessy.conlago@epn.edu.ec

https://orcid.org/0000-0001-9207-6907

 

Edgar Fernando Sarmiento-Borja ^III

edgar.sarmiento@epn.edu.ec

https://orcid.org/0000-0003-0344-2974

 

Javier Gonzalo Valverde-Bastidas ^IV

javier.valverde@epn.edu.ec

https://orcid.org/0000-0002-8367-6844

 

 

Correspondencia: karina.collaguazo@epn.edu.ec

 

Ciencias t�cnicas y aplicadas

Art�culo de investigaci�n

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*Recibido: 15 de febrero de 2020 *Aceptado: 27 de abril de 2020 * Publicado: 31 de mayo de 2020

         I.            Ingeniera Mec�nica, Escuela Polit�cnica Nacional, Quito, Ecuador.

       II.            Ingeniera Mec�nica, Escuela Polit�cnica Nacional, Quito, Ecuador.

     III.            M�ster Universitario en Ingenier�a Mec�nica, Ingeniero Mec�nico, Escuela Polit�cnica Nacional, Quito, Ecuador.

    IV.            Mag�ster en Dise�o y Simulaci�n, Ingeniero Mec�nico, Escuela Polit�cnica Nacional, Quito, Ecuador.

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 ejecuci�n en una m�quina de control num�rico computarizado (CNC) [Chaparro & Amaya, 1996]. A diferencia de otros programas CAM que incluyen un m�dulo directo para la generaci�n de post-procesadores; el software SolidCAM utiliza una herramienta denominada GPPTool que permite definir y personalizar los par�metros y procedimientos del post-procesador en lenguaje GPPL [SolidCAM Ltd., 1995-2005]. Los archivos post-procesadores dise�ados para cualquier controlador de m�quinas CNC tienen dos componentes: un archivo personalizado que transforma los comandos de la trayectoria de la herramienta generado en SolidCAM a lenguaje de programaci�n de m�quina (ISO 6983), y un segundo archivo en el que se definen los par�metros de la m�quina (especificaciones, capacidades, l�mites, etc.). La validaci�n del correcto funcionamiento del post-procesador se realiza mediante el dise�o CAD/CAM (SolidWorks/SolidCAM), simulaci�n y fabricaci�n de piezas de diferente complejidad en torno CNC y centro de mecanizado, obteni�ndose como resultado programas con c�digos adecuados y ejecutables. El desarrollo de este tema permite una integraci�n efectiva entre el software CAM y la m�quina CNC, mediante la implementaci�n del post-procesador desarrollado; lo que conlleva a la disminuci�n de tiempos de mecanizado, reducci�n de costos y aumento en el volumen de producci�n mejorando el proceso de modelado y manufactura flexible a nivel industrial.

Palabras claves: M�quinas CNC; post-procesador; SolidCAM; c�digo G; integraci�n 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 p�s-processador � um tradutor que l� os procedimentos de fabrica��o do sistema CAM e grava as instru��es correspondentes e necess�rias para a execu��o em uma m�quina de controle num�rico computadorizado (CNC) [Chaparro & Amaya, 1996]. Ao contr�rio de outros programas CAM que incluem um m�dulo direto para a gera��o de p�s-processadores; O software SolidCAM usa uma ferramenta chamada GPPTool que permite definir e personalizar os par�metros e procedimentos do p�s-processador na linguagem GPPL [SolidCAM Ltd., 1995-2005]. Os arquivos p�s-processador projetados para qualquer controlador de m�quina CNC t�m dois componentes: um arquivo personalizado que transforma os comandos do caminho da ferramenta gerados no SolidCAM em linguagem de programa��o de m�quina (ISO 6983) e um segundo arquivo no qual os par�metros da m�quina s�o definidos (especifica��es, capacidades, limites, etc.). A valida��o do correto funcionamento do p�s-processador � realizada por meio do projeto CAD / CAM (SolidWorks / SolidCAM), simula��o e fabrica��o de pe�as de diferentes complexidades no torno e centro de usinagem CNC, obtendo como resultado programas com c�digos adequados e execut�veis. O desenvolvimento deste tema permite uma integra��o efetiva entre o software CAM e a m�quina CNC, atrav�s da implementa��o do p�s-processador desenvolvido; o que leva � redu��o dos tempos de usinagem, redu��o de custos e aumento no volume de produ��o, melhorando o processo de modelagem e fabrica��o flex�vel no n�vel industrial.

Palavras-Chave: M�quinas CNC; p�s-processador; SolidCAM; C�digo G; Integra��o CAD / CAM.

 

Introducci�n

El uso de aplicaciones CAD/CAM (Dise�o Asistido por Computadora/ Manufactura Asistida por Computadora) son cada vez m�s frecuentes a nivel industrial en el mecanizado a trav�s de m�quinas CNC. El software CAM utiliza el modelo tridimensional realizado previamente en el software CAD para generar un c�digo de control num�rico (generalmente conocido como c�digo ISO) que ser� transmitido posteriormente a la m�quina CNC con el fin de mecanizar la pieza dise�ada. Sin embargo, una m�quina CNC no puede usar directamente el c�digo ISO para fabricar una pieza porque siempre es necesario corregir y probar el c�digo obtenido a trav�s del software CAD/CAM para cada pieza o trabajo a realizar. Un post-procesador es un software que acondiciona, corrige y adapta el c�digo neutro de un software CAM para su uso en una m�quina CNC en particular. El post-procesador debe tomar en cuenta las especificaciones, l�mites de movimiento, y caracter�sticas de cada m�quina CNC para la cual se desea implementar.

 

Post-procesamiento en la integraci�n CAD/CAM

Seg�n Chaparro & Amaya, 1996: Un post-procesador es una herramienta de interface entre sistemas de manufactura asistida por computador (CAM) y m�quinas de control num�rico. En otras palabras, es simplemente un traductor que lee las instrucciones de manufactura proveniente del sistema CAM y escribe las instrucciones correspondientes para la m�quina de control num�rico. El post-procesador constituye una parte importante en la automatizaci�n de la empresa, en la Figura 1. Se evidencia la intervenci�n del post-procesamiento dentro de la integraci�n CAD/CAM.

 

Gr�fico 1: Post-procesamiento en la integraci�n CAD/CAM

 

 

Fuente: Autores, Ecuador, 2019

El post-procesador es un programa en ASCII (American Est�ndar Code for Information Interchange) que consta de una serie de secciones donde se establece el formato del programa de control num�rico como son: la cantidad de d�gitos antes y despu�s del punto decimal, formato del encabezado, as� como del cambio de herramienta. La estructura del post-procesador se conforma de bloques secuenciales de ejecuci�n, compuestos por bloques post-procesadores. Dichos bloques se muestran en la Figura 2. Seg�n el orden de su ejecuci�n.

 

Gr�fico 2. Estructura secuencial del post-procesador

 

Fuente: Autores, Ecuador, 2019

 

El post-procesador es un m�dulo m�s de los sistemas CAM sin embargo debe estar personalizado para cada m�quina. Para desarrollar un post-procesador es necesario identificar el tipo de m�quina CNC y n�mero de ejes de esta, las caracter�sticas t�cnicas del controlador de la m�quina CNC y el archivo de localizaci�n 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 versi�n legible. Estos archivos est�n regulados por la Organizaci�n Internacional para la Estandarizaci�n (ISO). En la Figura 3. Se mencionan los par�metros principales a considerar para empezar con la personalizaci�n de un post-procesador.

 

Gr�fico 3: Elementos de un post-procesador

Fuente: Escuela T�cnica Superior de Ingenier�a, s.f.

Importancia del problema

El dise�o y la implementaci�n del post-procesamiento generan algunas ventajas en la operaci�n de las m�quinas CNC. Seg�n D�az, 2018: El incluir esta tecnolog�a permite la obtenci�n de piezas o conjuntos de complejidad relativamente alta manteniendo la flexibilidad de dise�o, al servir de conexi�n entre el operador y la m�quina permite reducir el tiempo de procesamiento del producto o pieza.

Algunos softwares CAM incluyen m�dulos dentro de su plataforma para el dise�o del post-procesador sin embargo en el software SolidCAM se requiere dos archivos editables para el post-procesamiento.

Adem�s, cabe mencionarse que debido a las particularidades de cada m�quina CNC, as� como el controlador que utiliza hace que el post-procesador sea �nico para cada m�quina. En trabajos futuros puede desarrollarse post-procesadores para otras m�quinas CNC a parte de las ya empleadas en las pruebas de este trabajo como fue un torno CNC y centro de mecanizado adem�s de diversos controladores.

 

Metodolog�a

Los archivos post-procesadores dise�ados y personalizados para las maquinas CNC mencionadas corresponden a: un archivo que transforma los comandos de la trayectoria de la herramienta SolidCAM en c�digo G denominado �machine.gpp� que puede ser editado y generado con cualquier editor de texto y un archivo que define los par�metros de la maquina designado como �machine.vimd� y solo es viable modificarlo o generarlo con la aplicaci�n 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 gen�ricos bridados por el software. A continuaci�n, en la Figura 4. se presenta un diagrama de la relaci�n entre ambos archivos post-procesadores.

 

 

 

Gr�fico 4: Relaci�n entre los archivos post-procesadores

Fuente: Autores, Ecuador, 2019

 

Dise�o de los archivos post-procesadores

El archivo *.gpp dentro de su estructura consiste en programas y subprogramas para diferentes funciones, algunas de las caracter�sticas generales que tienen en com�n estos procedimientos son:

El s�mbolo �@� acompa�a al nombre del procedimiento se�alando su inicio y para dar fin al programa se utiliza �endp�. Para la separaci�n entre programa y programa se lo realiza con �;--------------�, y adem�s el s�mbolo �;� al inicio de una fila indica que se trata de un comentario.

A continuaci�n, 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 est� declarada y especificada el tipo de variables usadas para el post-procesamiento, configuraciones para la impresi�n del c�digo G y variables internas del lenguaje GPPL cuyo factor de escala viene predeterminado.

Los dem�s programas son ejecutados en orden considerando que el programa o c�digo 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 c�digo, entre las funciones que realizan est�n: valores por defecto para trayectoria y control del refrigerante, imprime el car�cter al inicio del programa, impresi�n del n�mero y nombre del programa, comentarios antes y despu�s de c�digos G o M. Otras especificaciones que se detallan en el encabezado son las unidades de trabajo, el plano en que se realiza la operaci�n en el caso de m�quinas con m�s de dos ejes, cancelaci�n de la compensaci�n 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 est�n descritos a continuaci�n. Inicialmente se tiene la definici�n de la herramienta a trav�s de @def_tool que imprime el n�mero y la denominaci�n de la herramienta entre par�ntesis representando un comentario, para no interrumpir la ejecuci�n del programa a usarse en la operaci�n adem�s 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 posici�n segura para realizar esta actividad, luego hace la llamada de esta posicion�ndola y ejecuta el cambio de herramienta. La compensaci�n es impresa despu�s de realizado el cambio. Siguiendo con el proceso de mecanizado est� @start_of_job, donde se imprime el nombre de la operaci�n asignado por SolidCAM, se enciende el giro del husillo para luego imprimir las coordenadas de la posici�n de inicio de la trayectoria o del ciclo al que corresponda. Para finalizar esta acci�n tenemos a @end_of_job que repite el proceso para el cambio de la herramienta o si la operaci�n es realizada por la misma herramienta entonces produce una pausa antes de continuar con la siguiente operaci�n. Dentro de la trayectoria que puede seguir la herramienta existen dos tipos de interpolaciones: lineal y circularlas mismas que son manejadas a trav�s de los comandos �line� y �arc� respectivamente.

Para la finalizaci�n del archivo est� @end_program, el cual controla el paro del giro de husillo y apaga el refrigerante. Para el fin del programa se imprime el c�digo M30, y a trav�s de @end_of_file se imprime el car�cter final del archivo �;�.

 

 

 

 

 

 

 

Gr�fico 5: Estructura secuencial del post-procesador

Fuente: Autores, Ecuador, 2019

 

Personalizado y generado el primer archivo post-procesador se procedi� al desarrollo del archivo de m�quina, el mismo que consta de cuatro pesta�as principales detalladas a continuaci�n:

1. Definici�n de la m�quina

En esta pesta�a se estableci� la informaci�n general de la m�quina, se empieza seleccionando el tipo de operaci�n que define el equipo, se selecciona el sistema de coordenadas de la m�quina en relaci�n con un sistema de coordenadas gen�rico 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 pesta�a definici�n de la m�quina que contiene la estructura jer�rquica de la maquina; cuando se selecciona un elemento de esta en el panel derecho se despliegan los par�metros correspondientes, que pueden ser un duplicado de la estructura general de la m�quina, como es el caso de la subpesta�a opciones (options) y la subpesta�a orientaci�n de maquina (machine orientation).

 

Gr�fico 6: Partes que conforman la pesta�a definici�n de la m�quina

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fuente: Autores, Ecuador, 2019

 

2. Definici�n del controlador

En esta pesta�a (ver Figura 7.) se puede definir la configuraci�n de la m�quina y el post-procesador. Los diferentes par�metros desarrollados conforme las especificaciones del controlador de la maquina son:

• General � define la configuraci�n general del controlador.
• Tilted Plane Definition � establece la configuraci�n de los ejes rotativos.
• Program Numbers � indica el rango utilizado en la enumeraci�n del programa y procedimientos.
• Precision Definition �� define la precisi�n de los arcos, movimientos lineales y valores de avance y giro del husillo.

 

 

Gr�fico 7: Panel de la pesta�a definici�n del controlador

Fuente: Autores, Ecuador, 2019

 

3. Par�metros definidos por el usuario

En este encabezado se establecieron los par�metros espec�ficos utilizados por la m�quina y en las operaciones de mecanizado dentro de SolidCAM; en el subencabezado opciones de maquina se definen par�metros relevantes para la maquina mientras que en el subencabezado par�metros miscel�neos de la maquina CNC se crean los �tems necesarios para personalizar el funcionamiento del controlador. En la Figura 8. Se muestra el entorno de la pesta�a par�metros definidos por el usuario y sus dos subpesta�a principales.

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Gr�fico 8: Entorno de la pesta�a par�metros definidos por el usuario para un torno CNC

 

 

 

 

 

 

 

Fuente: Autores, Ecuador, 2019

 

 

4. Estilo de trabajo

En esta pesta�a se definieron los par�metros del pre-procesador utilizados para los valores predeterminados de operaci�n y exclusivos para el software tales como:

• Post To Machine � este par�metro permite generar la salida de c�digo G para varios sistemas de coordenadas.
• Machine Tool Table Name � dentro de este par�metro se seleccion� el nombre de la tabla de herramientas que se desea utilizar en las operaciones dentro del SolidCAM.
• Delta For Tool H � M�ximo valor utilizado para la compensaci�n de la herramienta.
• Home Data At Star � este par�metro define la ubicaci�n de los siguientes comandos: @home_data, @def_tool, @end_of_program.
• Safety Distance � se establece la distancia de seguridad utilizada en varias operaciones.

 

En la Figura 9. Se muestra dichos par�metros establecidos para el controlador GSK980TD de un torno CNC.

 

Gr�fico 9: Par�metros definidos en la pesta�a estilo de trabajo

 

Fuente: Autores, Ecuador, 2019

 

 

Integraci�n CAD/CAM y mecanizado CNC

Posterior a la generaci�n de los post-procesadores para las maquinas correspondientes, se dise�� las piezas a mecanizar en el software CAD y se continuo con la edici�n del archivo CAM; paso donde se selecciona el archivo post-procesador y se genera el c�digo G, el cual debe ser simulado para verificar la correcta estructura de este que finalmente ser� ejecutado en la m�quina de control num�rico computarizado. A continuaci�n, se detalla cada procedimiento en la integraci�n CAD/CAM y la obtenci�n de las piezas mediante mecanizado CNC.

Dise�o CAD

El modelado de las piezas fue realizado en SolidWorks, las m�quinas empleadas para realizar las pruebas son un torno CNC y un centro de mecanizado. Para la primera m�quina 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 fabric� una probeta de tracci�n. Finalmente, en la prueba 3 se mecaniz� la pieza 3 con operaciones internas de torneado (desbaste, acanalado y roscado).

 

Gr�fico 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 b�sicas de fresado denominada pieza 1CM que recoge operaciones como: careado o planeado, perfilado de forma, taladrado y cajonera (Ver Figura 11.). Adem�s, se mecaniz� 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 comprob� el correcto funcionamiento de dos y tres ejes simult�neos.

 

Gr�fico 11: Operaciones para la pieza 1 CM (Centro de mecanizado)

Fuente: Autores, Ecuador, 2019

Dise�o 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 est� integrado sobre SolidWorks. Para ingresar al entorno de torneado de SolidCAM, dentro de la plataforma de SolidWorks se selecciona la pesta�a Herramientas>SolidCAM> Nuevo> Torneado. Los m�dulos para configurar son similares en ambas m�quinas CNC. En la Figura 12. Puede observarse los m�dulos a configurarse para el mecanizado de las piezas en el torno CNC.

 

Gr�fico 12: Campos para la configuraci�n 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 continuaci�n, en la Figura 13. Se detallan las opciones modificadas dentro del software CAM, esta configuraci�n se utiliz� para la pieza 1CM.

 

Gr�fico 13: �tems para la configuraci�n del CAM (Milling)

 

Fuente: Autores, Ecuador, 2019

 

Sin embargo, para la fabricaci�n de la matriz hembra y macho fue necesario utilizar opciones m�s avanzadas como: HSR (High Speed Roughing) y HSM (High Speed Machining), ambas contenidas dentro de SolidCAM. La primera utilizada para el desbaste y la �ltima para el acabado de las superficies. Estos m�dulos son especiales para la fabricaci�n de moldes, herramientas y matrices. Para la configuraci�n del men� de operaciones cuenta con las opciones de geometr�a, herramienta, l�mites de restricci�n y pasadas. Esto permite seleccionar las superficies a mecanizar y tiene varias estrategias seg�n la geometr�a a mecanizar.

Una vez finalizado toda la configuraci�n dentro del software CAM y todas las operaciones se resolvieron correctamente se procede a generar el c�digo G de la pieza, para ello se da clic derecho sobre la opci�n Operations� GCode All� Generate tal como se presenta en la Figura 14. Obteni�ndose el c�digo G post-procesado en un block de nota. Este archivo puede ser editado y guardado en la carpeta m�s conveniente para el usuario.

 

Gr�fico 14: Obtenci�n del c�digo G post-procesado

 

Fuente: SolidCAM LTD., 2019

 

Simulaci�n

Para cada m�quina fue necesario el uso de un software diferente. En el caso del torno CNC, la simulaci�n fue realizada a trav�s del software de Swansoft denominado SSCNC. Mediante el uso de este software los estudiantes simulan la operaci�n en m�quinas reales de CN y pueden dominar la capacitaci�n en un intervalo de tiempo m�s corto, y reduciendo en gran medida la inversi�n 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 m�quinas y pieza, creaci�n y medici�n de herramientas, cargar el programa, entre otros. En la Figura 15. Se observa esta plataforma y la ejecuci�n del programa O0018 para el mecanizado de la pieza 1.

 

Gr�fico 15: Simulaci�n del programa O0018 para la fabricaci�n de la pieza 1(torno GSK)

Fuente: Swansoft, 2019

 

Para el centro de mecanizado se utiliz� un simulador incluido en el controlador de la m�quina, denominado Mill Demo, este software puede ser probado directamente en el controlador o descargar la versi�n correcta para su uso en una laptop personal en la p�gina de la marca del controlador (Centroid). En la Figura 16. Se observa la trayectoria de cada operaci�n para la fabricaci�n de la pieza 1CM.

 

Gr�fico 16: Gr�fico 2D pieza 1CM (programa O1234)

Fuente: Mill Demo, 2019

 

Fabricaci�n

Una vez verificado que no hay errores en el programa CNC mediante la simulaci�n el siguiente paso es fabricar la pieza. La forma de cargar el archivo a ejecutar tambi�n var�a del torno CNC al centro de mecanizado. En el caso de la primera m�quina CNC de marca GSK, maneja un software de comunicaci�n para la conexi�n entre el controlador y la computadora, este programa se llama TDComm2.6. El enlace f�sico es a trav�s del cable serial macho hembra que va conectado en un puerto USB de la computadora y la entrada HDMI del controlador de la m�quina. En la Figura 17. Se observa la conexi�n realizada para posteriormente cargar el archivo.

 

 

 

 

Gr�fico 17: Conexi�n f�sica 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 c�digo 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 opci�n �PROGRAM� y manteniendo la opci�n MDI activa, para finalmente ingresar el comando G50 con las teclas del controlador y especificando los valores del di�metro en X y cero para el eje de coordenadas. Cada herramienta puede ser llamada a trav�s del comando T_ y especificar su numeraci�n, cada una debe ser medida y esta diferencia guardada dentro del �OFFSET�. Las herramientas utilizadas para la prueba 1 est�n 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 espec�ficamente para operaciones de torneado interno de di�metros m�s peque�os para evitar colisiones o choques con la materia prima y mecanizar sin dificultades. As� tambi�n 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 l�nea por l�nea el c�digo G; durante la prueba se puede controlar el avance de la herramienta, disminuyendo o aumentando la ejecuci�n 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

 

Fuente: Autores, Ecuador, 2019

 

Para el centro de mecanizado en la fabricaci�n de piezas los pasos realizados para la fabricaci�n de piezas se observan a continuaci�n en la Figura 18.

 

Gr�fico 18: Pasos para la fabricaci�n de piezas en el centro de mecanizado VIWA

 

Fuente: Autores, Ecuador, 2019

 

Previo al encendido del equipo, es necesario verificar la alimentaci�n de aire comprimido y la conexi�n el�ctrica de la m�quina. Adem�s de los niveles de refrigeraci�n y lubricante. Se realiza el encendido general de la m�quina 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 alg�n inconveniente. Para terminar el encendido se realiza el cero m�quina, previamente comprobando que nada obstruya el desplazamiento de la mesa del centro de mecanizado, despu�s es necesario soltar el paro de emergencia activado por precauci�n y presionar la tecla CYCLE START para empezar con los siguientes pasos necesarios.

Luego para realizar la medici�n de las herramientas se empieza montando las mismas en el carrusel considerando el orden de su ejecuci�n en el c�digo G, se llama a la primera herramienta que servir� como referencia para la control de las dem�s herramientas. Tambi�n la referencia puede realizarse con la opci�n 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 medici�n de las dem�s herramientas de forma r�pida y segura, adem�s presenta mayor exactitud. A continuaci�n, en la Tabla 2 se detallan las herramientas usadas en las diferentes pruebas (piezas 1,2 y 3 CM).

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Tabla 2: Herramientas utilizadas para las operaciones en el centro de mecanizado

 

Fuente: Autores, Ecuador, 2019

 

A continuaci�n, 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 simulaci�n 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 pesta�a ajuste, seleccionando el eje X, haciendo un acercamiento hacia el lado izquierdo del material y definiendo la posici�n 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 par�metros 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 an�loga a la anterior se indica la posici�n como cero.

Finalmente, el controlador permite cargar de manera r�pida y f�cil, programas de c�digo G e incluso archivos DXF a trav�s de una memoria USB, siendo posible trabajar con otros softwares CAD y CAM diferentes a SolidWorks y SolidCAM. Este reconoce autom�ticamente la unidad de memoria USB en el momento en que se conecta al puerto y aparece una letra de unidad en el men� Cargar. Es posible graficar los programas de piezas del c�digo G directamente desde la memoria USB para identificar el programa, esto en la plataforma del programa Mill Demo incluido en el controlador. Otros tipos conexi�n posible son LAN Ethernet y el conector MPG.

 

Resultados

La validaci�n del correcto funcionamiento del post-procesador se realiza mediante el dise�o CAD/CAM (SolidWorks/SolidCAM), simulaci�n y fabricaci�n de piezas de diferente complejidad. Las piezas mecanizadas comprenden las principales operaciones que realiza cada m�quina. 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 elaboraci�n de las piezas, al igual que los softwares utilizados en cada etapa. Para la validaci�n del post-procesador dise�ado para el controlador del centro de mecanizado VIWA modelo VCM3M400 se realiz� una pieza de fresado con operaciones de careado, perfilado, cajonera y taladrado; tambi�n se trabaj� un molde de cuchara para probar operaciones con tres ejes simult�neos. En la Figura 20. Se presenta los cuatro pasos principales continuos en la obtenci�n de dichas piezas.

El post-procesador dise�ado 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 denominaci�n y nombre del programa, as� como el nombre de la instituci�n. Adem�s de esta informaci�n relevante, el post-procesador fue dise�ado de tal forma que antes de cada operaci�n se imprima como comentario el n�mero y denominaci�n de la herramienta a utilizar con el fin de orientar a cualquier usuario en la generaci�n del c�digo G.

 

Gr�fico 19: Procedimiento para la obtenci�n de una pieza en el torno GSK GT40a

 

Fuente: Autores, Ecuador, 2019

 

Gr�fico 20: Procedimiento para la obtenci�n de una pieza en el centro de mecanizado VIWA VCM3M400 AC

 

Fuente: Autores, Ecuador, 2019

Las primeras l�neas de operaci�n del c�digo G post-procesados para las diferentes piezas dise�adas y fabricadas en el torno corresponden: al posicionamiento seguro del husillo mediante un movimiento r�pido 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 orientaci�n del giro adecuada para el mecanizado.

Al inicio de cada operaci�n a realizar se estableci� la activaci�n del refrigerante, as� como la selecci�n del avance de la torreta previo a estas dos l�neas de programaci�n empieza la trayectoria establecida para la herramienta y al finalizar cada operaci�n 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 desactivaci�n del refrigerante y la finalizaci�n del programa.

En la programaci�n de los archivos post-procesadores para el torno CNC se mecanizo una pieza sencilla de una sola operaci�n 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 interpolaci�n circular a seguir por la herramienta. Al corregir este error y comprobar que la trayectoria se cumpl�a sin problemas se prosigui� a probar con geometr�as que reun�an m�s 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 l�nea se puede visualizar el nombre del programa seguido de la denominaci�n de la pieza, en el siguiente bloque contiene: el sistema de coordenadas (absoluto o incremental), cancelaci�n de la compensaci�n de la herramienta y de ciclos compuestos, as� como el tipo de plano de trabajo (xy) creando un entorno inicial para el mecanizado.

En el cuerpo, en cada operaci�n cuenta con activaciones de cambio de herramienta y de ciclo (taladrado), activa la compensaci�n necesaria de la herramienta y el refrigerante, mantiene una altura de seguridad antes de ejecutar el trabajo tambi�n he imprime el avance y velocidad de corte. Para finalizar el programa toma una posici�n de cero m�quina m�s conocido como home, cancela la compensaci�n de la herramienta y da fin al programa a trav�s de la funci�n preparatoria o c�digo G espec�fica para este centro de mecanizado.

Discusi�n

Una vez terminado el proceso de mecanizado, es decir, el dise�o CAD, dise�o CAM, simulaci�n y fabricaci�n; las piezas realizadas en el torno CNC y centro de mecanizado fueron revisadas haciendo una comparaci�n con las dimensiones de cada plano respectivo. Las mediciones obtenidas con la ayuda de un calibrador o pie de rey permiten observar una diferencia m�xima de hasta 0,2 mm entre el CAD y cada pieza obtenida; esta diferencia dimensional se debe al uso de las herramientas disponibles m�s no del post-procesador.

Para la comprobaci�n de radios y paso de rosca se utilizaron herramientas de referencia como: Galgas de Roscas (Sistema M�trico y Whitworth) y Galgas para radio (Hojas c�ncavas y convexas). Adem�s, con el fin de comprobar el acabado obtenido al realizar el mecanizado de la pieza 1 hecha en aluminio, se utiliz� adem�s un patr�n viso-t�ctil. Estos instrumentos pertenecen al Laboratorio de M�quinas y Herramientas de la Facultad de Ingenier�a Mec�nica de la Escuela Polit�cnica Nacional.

 

Conclusiones

Para la generaci�n del archivo post-procesador .gpp fue necesario hacer una revisi�n previa del manual del controlador de la m�quina CNC, para estudiar la lista de c�digos G y M que maneja el mismo, mientras que para la edici�n del archivo de m�quina .vmid se debe iniciar revisando la informaci�n t�cnica del equipo para establecer las limitaciones f�sicas de este con el fin de precautelar la integridad tanto del equipo como del operario.

Para guiar al usuario en la revisi�n y mejor entendimiento del proceso de mecanizado al identificar el inicio de cada operaci�n, denominaci�n, numeraci�n y cambio de herramienta, as� como la activaci�n y desactivaci�n del refrigerante; se incorpora encabezados y comentarios que se imprimen en el c�digo G post-procesado en el software CAM.

La simulaci�n juega un rol muy importante en la validaci�n de los programas obtenidos, mediante este paso se puede detectar errores dentro del archivo de configuraci�n de la m�quina y en las operaciones o ciclos definidos dentro de este archivo; as� como tambi�n al existir errores en las variables, programas o l�mites de valor definidos en la programaci�n dentro del archivo *.gpp de las m�quinas CNC. En este estudio la simulaci�n no arrojo ning�n error en los archivos generados por los post-procesadores.

Los errores obtenidos en las medidas de las piezas no est�n relacionados con el post-procesador, sino m�s bien se deben al uso de las fresas y herramientas disponibles, desgaste de las herramientas o a la configuraci�n en la etapa de dise�o CAM.

En las pruebas realizadas se observ� una variaci�n m�nima 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 separaci�n de ejecuci�n de los programas que en la simulaci�n 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 l�neas de programaci�n, alcanzando un tama�o mayor a 1 MB. Entre algunos de los factores que influyeron en el tama�o del archivo est�n la profundidad de las pasadas (para este caso menor a 0.5 mm), el tama�o y la complejidad del modelo CAD para obtener el acabado necesario.

 

Referencias

1.      Chaparro, E. & Amaya, A. (1996). De las tecnolog�as tradicionales a la inform�tica: la soluci�n de post-procesamiento para m�quinas CNC. Informador T�cnico, Volumen 53, 34-36. doi: https://doi.org/10.23850/22565035.1154

2.      D�az, F. (2018) PROGRAMACI�N AUTOM�TICA DE MAQUINAS CNC. Recuperado de http://olimpia.cuautitlan2.unam.mx/pagina_ingenieria/mecanica/mat/mat_mec/m4/master_cam.pdf

3.      Escuela T�cnica Superior de Ingenier�a (s. f.) Fabricaci�n Asistida por Ordenador-CAM. Recuperado de http://www.ehu.eus/manufacturing/docencia/425_ca.pdf

4.      Nanjing Swansoft Technology Company (2006-2019) SSCNC Introducci�n Recuperado de http://www.swansc.com/en/products/SSCNC_outline.html

5.      SolidCAM LTD. (1995-2005). SolidCAM GPPTool User Guide. [archivo.pdf] Recuperado de http://www.cnc-club.ru/forum/download/file.php?id=51302

6.      SolidCAM LTD. 2018. SolidCAM Reference Guide Machine ID. [archivo.pdf] Recuperado de www.solidcam.com

 

 

References

1.      Chaparro, E. & Amaya, A. (1996). From traditional technologies to computing: the post-processing solution for CNC machines. Technical Informant, Volume 53, 34-36. doi: https://doi.org/10.23850/22565035.1154

2.      D�az, F. (2018) AUTOMATIC PROGRAMMING OF CNC MACHINES. Recovered from http://olimpia.cuautitlan2.unam.mx/pagina_ingenieria/mecanica/mat/mat_mec/m4/master_cam.pdf

3.      Higher Technical School of Engineering (s. F.) Computer Aided Manufacturing-CAM. Recovered from http://www.ehu.eus/manufacturing/docencia/425_ca.pdf

4.      Nanjing Swansoft Technology Company (2006-2019) SSCNC Introduction Recovered from http://www.swansc.com/en/products/SSCNC_outline.html

5.      SolidCAM LTD. (1995-2005). SolidCAM GPPTool User Guide. [file.pdf] Recovered from http://www.cnc-club.ru/forum/download/file.php?id=51302

6.      SolidCAM LTD. 2018. SolidCAM Reference Guide Machine ID. [file.pdf] Recovered from www.solidcam.com

 

Refer�ncias

1.      Chaparro, E. & Amaya, A. (1996). Das tecnologias tradicionais � computa��o: a solu��o de p�s-processamento para m�quinas CNC. Technical Informant, Volume 53, 34-36. doi: https://doi.org/10.23850/22565035.1154

2.      D�az, F. (2018) PROGRAMA��O AUTOM�TICA DE M�QUINAS CNC. Recuperado de http://olimpia.cuautitlan2.unam.mx/pagina_ingenieria/mecanica/mat/mat_mec/m4/master_cam.pdf

3.      Escola T�cnica Superior de Engenharia (s. F.), Computer Aided Manufacturing-CAM. Recuperado de http://www.ehu.eus/manufacturing/docencia/425_ca.pdf

4.      Nanjing Swansoft Technology Company (2006-2019) SSCNC Introdu��o Recuperado em http://www.swansc.com/en/products/SSCNC_outline.html

5.      SolidCAM LTD. (1995-2005). Guia do Usu�rio do SolidCAM GPPTool. [file.pdf] Recuperado de http://www.cnc-club.ru/forum/download/file.php?id=51302

6.      SolidCAM LTD. 2018. Guia de refer�ncia do SolidCAM ID da m�quina. [file.pdf] Recuperado de www.solidcam.com

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

�2020 por el autor. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0) (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).