Modelado 3D para Mecanizado por CAD/CAM
Contexto General
Los Gemelos Digitales (archivos de sólidos 3D), la tecnología CAD/CAM y el Control Numérico Computarizado (CNC) son tres conceptos, asociados a la 3era Revolución Industrial (donde destacan la automatización y TICs como sus precursoras) que convergen de manera natural e imperceptible en el poderoso software Mastercam. Tan imperceptible, que Mastercam puede crear y simular programas para máquinas controladas numéricamente (como el tornofresador CNC Lynx 220LM o el VMC DNM400a) "sin considerar a las propias máquinas-herramienta" que está programando. En esta monografía el objetivo será explicar y coordinar cómo modelar las piezas en 3D acorde a los métodos de referenciado de ejes en tornofresadores CNC y VMCs típicos, tomando como referencia las máquinas-herramienta del DIMEC.
Modelado en Base Cilíndrica para Lynx 220LM (tornofresador CNC)
Para que las estrategias de mecanizado a desarrollar en Mastercam sean consistentes con el seteo de la máquina, el modelado 3D debe cumplir algunas especificaciones, las cuales se listan a continuación:
La geometría debe estar esbozada a partir de un eje longitudinal desde el cero hacia los negativos del eje X, ubicándose el perfil de torneado en el ángulo superior izquierdo del plano de trabajo (II cuadrante). En la práctica, esto significa que el boceto o croquis inicial debe crearse en el plano XY para Inventor y Fusion o en el plano Alzado para SolidWorks.
Una única ranura chavetera (a mecanizarse usando el eje C) debe estar dispuesta de tal manera que su profundidad se encuentre "en la misma área donde se encuentra el perfil de torneado" para simplificar la elaboración del encadenamiento, lo que implica que la profundidad de la ranura debe estar en el eje Y. En la práctica, esto significa que, para realizar la extrusión cortante de la ranura chavetera, se debe crear un boceto o croquis sobre un plano auxiliar paralelo al plano XY o Alzado y tangente al cilindro donde debe mecanizarse la ranura.
Modelado en Base Prismática para DNM400a (VMC)
El modelado en base prismática utiliza como presunción que toda la pieza a mecanizar está contenida dentro de un paralelepípedo rectangular, el cual será mecanizado mediante fresado para obtener la forma deseada.
El seteo de un centro de mecanizado vertical o VMC es sencillo y ala vez complejo. Sencillo porque es esencialmente similar al torno, pero complejo porque en esta máquina se deben calibrar tres (3) ejes como mínimo, lo que lo vuelve una labor tediosa. El proceder más básico para setear un VMC es simplemente acercar una herramienta de control (por ejemplo, una fresa pero "siempre la misma fresa") al stock. Los especialistas en maquinado utilizan, usualmente, un papel para determinar "qué tan cerca" está la herramienta del stock (mientras el papel se mueva, la herramienta no está adyacente a la pieza). Este procedimiento se realiza para los ejes X e Y, y al igual que el torno, se configura en el menú OFS/SET en el grupo G54 de la propia máquina pero, esta vez, "se dá la posición del centro de la herramienta hacia el centro del stock", lo que requiere haber medido de manera previa tanto la herramienta como al stock. Ya con los ejes X e Y seteados, la máquina se lleva al centro de la pieza (siempre en manual) y se procede a setear el eje Z, simplemente bajando la herramienta de control hasta que choque con la superficie superior del stock (usando igualmente la técnica del papel). Para este eje, se define que la posición actual es Z0 (mediante el G54 configurable en el menú OFS/SET de la propia máquina). En el caso que se requiera "dejar" una sobredimensión para un planeado, el Z del G54 deberá tomar el valor correspondiente al desfase, por ejemplo, si se desea realizar un planeado a la pieza de 5, entonces el G54 quedaría como Z5. Y eso "es todo". Si bien en teoría el procedimiento suena fácil, en la práctica es complejo y peligroso de realizar, ya que se realiza "a puerta abierta" y "dentro de la cabina", o sea, el maquinista debe abrir la puerta del VMC y poner su cabeza y torso dentro de la máquina para poder ver la posición de la herramienta, así como mover el papel. Este procedimiento es peligroso, ya que puede moverse la máquina y golpearlo, engancharle las ropas o, en casos extremos, cortarle la piel o las ropas con la herramienta. Teniendo esto en mente, prefiera siempre dejar al especialista "hacer su trabajo" y no incursione en la máquina. Si bien, este procedimiento está basado en la máquina Doosan DNM400a, en general es responsivo a todos los centros de mecanizado, mientras sean verticales (VMC).
Para que las estrategias de mecanizado a desarrollar en Mastercam sean consistentes con el seteo de la máquina, el modelado 3D debe cumplir algunas especificaciones, las cuales se listan a continuación:
- El sólido debe estar construido de manera inicial sobre un boceto que se encuentre limitado por un rectángulo o un cuadrado y centrado al origen del plano de trabajo. Todas las elevaciones deben encontrarse sobre este plano. La altura máxima de la pieza conforma una caja envolvente con el rectángulo o cuadrado inicial, elaborado en el plano de trabajo. En la práctica, esto significa que el boceto o croquis inicial debe crearse en el plano XY para Inventor y Fusion o en el plano Alzado para Solidworks y esbozarse de manera centrada a este plano. Además, la extrusión o extrusión de saliente inicial debe realizarse hacia los Z+.
