Creación de patrones de herramienta específicos

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Algunos sistemas CAM ofrecen estrategias de patrones de herramientas que aseguran una carga consistente en una herramienta al controlar su ángulo de acción con la pieza de trabajo. Mediante este esquema, la herramienta no se lleva a esquinas internas donde su ángulo de acción (es decir, la fuerza que se ejerce sobre ella) se incrementa enormemente.

Recientemente, Delcam desarrolló una estrategia de desbaste diseñada para herramientas de carburo sólido denominada Vortex, la cual combina una acción consistente de la herramienta con una estrategia de corte por pasos, ya disponible en el software CAM PowerMill de la compañía. Con este enfoque, la herramienta no se retira inmediatamente después de cada pase. En su lugar, se añaden movimientos adicionales de corte, trabajando desde la parte inferior de cada paso, hacia arriba. Como resultado, el cortador inicial puede alcanzar una profundidad axial de corte mucho mayor y retirar más cantidad de material, lo cual minimiza la cantidad de desbaste requerido. Según la geometría de la parte, el tiempo total de mecanizado puede reducirse hasta en un 60%, dice la empresa. El Vortex estará incluido en el próximo PowerMill 2013, así como en muchas otras ofertas CAD/CAM de la compañía.

Por sí sola, esta parece ciertamente una estrategia de desbaste viable y de alta velocidad. Sin embargo, como con otros patrones de herramienta generados por CAM, es genérica. Esto significa que puede usarse para manejar casi cualquier máquina CNC adecuada una vez esté escrito el posprocesador apropiado. Sin embargo, hay un punto en el cual los límites operacionales de una máquina y sus controles entran en juego. Por ejemplo, una máquina puede simplemente carecer de la capacidad de mantener la tasa de avance programada que de otra forma resultaría en un desempeño óptimo.

Además, los controles difieren en cuanto a velocidad de procesamiento, parámetros de mecanizado de alta velocidad y método de manejo de las transiciones arco-línea, entre otras características. Esto motivó a Delcam a mirar más de cerca cómo las diferencias entre máquinas individuales, incluso en máquinas muy similares, afectan la velocidad general y la efectividad de un patrón de herramienta generado por CAM.

El resultado de estos esfuerzos es MachineDNA, una tecnología que la compañía desarrolló más o menos al tiempo con Vortex (las patentes están pendientes para ambas ofertas). Directamente integrado en un sistema CAM ―como PowerMill―, MachineDNA le permite al sistema CAM recopilar la información de una máquina específica para establecer una línea base de desempeño, y usar esa información para crear un patrón de herramienta individualizado formado por la condición y capacidades de la máquina. Al aprender y aplicar de forma diferente las características propias de la máquina, pueden generarse patrones de herramienta efectivos aun cuando se aplique la misma estrategia general (i.e. ángulo de acción constante).

CAM individualizado
En términos simples, MachineDNA busca determinar qué tipo de patrón de herramienta “disfruta” una máquina, de modo que el sistema CAM pueda generar ese patrón. A través de una serie de pruebas de movimiento de eje simple, en las cuales no se efectúa ningún corte real, una máquina define sus propias capacidades. Estas pruebas no necesitan desarrollarse cada vez que se crea un nuevo patrón de herramienta, sino únicamente cuando se configura una nueva máquina o después de que una existente ha sufrido una renovación o mantenimiento.

Para hacer una prueba, los usuarios ingresan información básica como el modelo de la máquina, el tipo de control y la máxima tasa de avance en una sencilla interfaz en el sistema CAM. MachineDNA genera de manera automática el código G, que lleva la máquina a través de los ejercicios. Durante las pruebas, los datos se realimentan continuamente y se almacenan en un archivo específico de máquina a los que el software CAM accederá cada vez que cree un nuevo patrón de herramienta para esa máquina particular.

Las pruebas revelan un grupo de características clave de desempeño. Estas incluyen el tamaño trocoidal óptimo para una tasa de avance dada, la distribución de puntos preferida de la máquina a lo largo de curvas y la forma más efectiva para moverse a través de transiciones arco-línea. Estos atributos de una máquina específica serían difíciles, si no imposibles de identificar para un programador experimentado.

En un ejercicio, la máquina es dirigida para hacer una serie de movimientos circulares, con el propósito de determinar el mínimo radio trocoidal al cual la máquina puede mantener la tasa de avance programada. Para un radio trocoidal más pequeño que el óptimo, la máquina normalmente no será capaz de mantener la tasa de avance programada. Inversamente, la máquina podría ser capaz de mantener la tasa de avance programada usando un radio trocoidal más grande, pero un radio más grande significa un patrón de herramienta más largo y un tiempo de ciclo mayor.

Las pruebas también determinan la distribución de puntos óptima para ajustarse a las capacidades de control de la máquina. Imagine un simple óvalo con dos líneas y dos arcos. El sistema CAM podría sacar este arreglo como dos líneas y dos arcos; dejar las líneas como están, pero linearizar los dos arcos para lograr una distribución de puntos plana y suave, o redistribuir los puntos en intervalos apropiados alrededor de la forma ovalada.

Con base en las pruebas desarrolladas en un rango de controles, MachineDNA tiene en cuenta las características del control para determinar la distribución de puntos más apropiada a lo largo del patrón de herramienta. En cuanto a la velocidad de procesamiento del control, también se tiene en cuenta no alimentar tantos puntos en un control lento, porque podría causar titubeos por inanición de datos.

Finalmente, cuando una herramienta va de una línea recta a un arco, algunos controles llevarán la herramienta con suavidad en el punto de transición. Estos atrasos deben eliminarse para mantener la tasa de avance programada en todo el patrón de herramienta.

Al entender las idiosincrasias de diferentes controles, MachineDNA provee los datos que le permiten al sistema CAM generar un patrón de herramienta optimizado que tenga en cuenta esas peculiaridades del control.

Minimización de trocoidales
Los movimientos trocoidales algunas veces se introducen para mantener un ángulo de acción consistente a través de todo el patrón de herramienta. Vortex, sin embargo, busca minimizar la cantidad de movimientos de giro trocoidales, porque la herramienta no corta nada por aproximadamente la mitad de cada círculo de movimiento. En su lugar, sigue ampliamente la forma de la parte y solo de manera periódica introduce un movimiento trocoidal para limpiar la forma y mantener el ángulo de acción óptimo. Esto puede verse en el patrón de herramienta mostrado en la imagen inferior, en la cual los patrones de aproximación a esquinas no son regulares.

El movimiento trocoidal se aplica cuando es absolutamente necesario para mantener un ángulo de acción controlado. Esto difiere de un esquema convencional en el cual la herramienta comienza en el centro y gira en espiral hacia afuera hasta que alcanza los filos del triángulo en vez de usar movimientos trocoidales largos para trabajar en las esquinas. Delcam desarrolló una guía de parámetros para varias herramientas y materiales de piezas de trabajo, porque los parámetros de desbaste convencionales no son apropiados para usar con Vortex. Esto les permitirá a los usuarios que no están familiarizados con patrones de herramientas con ángulo de acción controlados, obtener sus parámetros de corte al instante mientras indican datos de su proceso.

Aplicaciones futuras
Inicialmente, MachineDNA estará disponible para los clientes solo con la estrategia de desbaste Vortex, primero con el lanzamiento del PowerMill 2013 y luego en otros sistemas CAM de Delcam. Sin embargo, la compañía planea aplicar su tecnología de diagnóstico de máquina en otras formas. Puede ser usada para generar patrones de herramienta más efectivos en cinco ejes, porque la interacción entre ejes lineales y rotativos es complicada, y el desempeño de la máquina puede afectarse por un gran número de variables. Además, los datos de MachineDNA pueden probar ser útiles para incrementar la precisión de la estimación del tiempo de mecanizado.

La compañía dice que las pruebas de línea base que desarrolla MachineDNA no están diseñadas como una herramienta de comparación directa o de referencia entre máquinas. De hecho, los datos obtenidos de las pruebas de máquina no se prestan para una evaluación tal. En su lugar, simplemente permiten que la máquina logre un mayor nivel de su potencial desempeño, al usar patrones de herramienta diseñados para trabajar en conjunto con las capacidades de una máquina.

© 2012. Modern Machine Shop. Derechos reservados.
© 2012. Metalmecánica Internacional. Derechos reservados sobre la versión en español.

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