diseño y fabricación de una pieza mediante sofware cadcam

Enrique Angulo Elizari (A903911)

Estudiante de Ing. Mecánica

Javier Biera Muriel (A903939)

Estudiante de Ing. Mecánica

Diseño y fabricación de una pieza mediante software CADCAM

INFORME FINAL

30 de octubre de 2015

Enrique Angulo | Javier Biera

30 DE OCTUBRE DE 2015 2

Índice

1. Introducción ............................................................. 3

2. Descripción de las secuencias .................................. 4

3. Descripción del programa de CN ............................ 17

4. Estimación del coste ............................................... 20

5. Planos ..................................................................... 21

5.1. Plano con medidas de diseño

5.2. Plano con medidas reales

6. Comentarios ........................................................... 24



1. Introducción

Presentamos el informe final de la práctica de Diseño y Fabricación de una pieza

mediante software CADCAM. El principal objetivo de esta práctica pensamos que es el

aprendizaje del diseño de una pieza teniendo en cuenta su posterior mecanizado en CN, así

como el conocimiento del funcionamiento y la puesta a punto de dicho software. De esta forma,

conseguimos aprender a diseñar mirando siempre a que sea viable el mecanizado de las piezas,

dependiendo, por supuesto, de las brocas y fresas que tenemos disponibles.

Pensamos que han sido y serán de gran provecho las técnicas aprendidas y, si en algún

momento, ha habido incidencias han sido tan solo para aumentar nuestra motivación y, con ello,

el aprendizaje.

Nuestra pieza a realizar ha consistido en el diseño y fabricación del personaje animado

minion. Se muestra una foto del resultado final obtenido tras su mecanización.

Fig 0. Vista frontal de la pieza tras su mecanizado.



2. Descripción de las secuencias

Estas serán las diferentes secuencias de fresado que tienen lugar a la hora de mecanizar

la pieza. En todas las funciones hay ciertos parámetros que son constantes, se presentan a

continuación con sus valores correspondientes:

FREE_FEED: 3000 mm/min

RETRACT_FEED: 1000 mm/min

COOLANT: ON

Hay otros parámetros que dependen del tipo de herramienta que se use. Abajo los

distintos valores del STEP_OVER, que cumple diferentes ecuaciones dependiendo de si es una

fresa plana, toroidal o de punta esférica.

Fresa_plana: 0.75*D

Fresa_toroidal: D-2r (r=radio de punta)

Fresa_punta_esferica: acabado: 0.1 a 0.25 mm y semiacabado: 0.25 a 0.5 mm.

Se debe ajustar también el ROUGH_OPTION indicando ROUGH_ONLY, PROF_ONLY o

ROUGH_AND_PROF, dependiendo de la operación que realicemos. Junto a este parámetro,

habrá que indicar el valor de STOCK_ALLOW (demasía).

Se incluyen fotografías que representan los volúmenes, trayectorias, perfiles, etc. a

fresar y una la estimación del tiempo de fresado de cada operación.

1) Planeado

En esta secuencia se elimina 1mm de espesor para hacer coincidir la cara superior del

bloque con la superficie superior de la pieza. De esta forma, conseguimos reducir espesor para

que la operación posterior elimine menor cantidad de material y así reducir tiempo de fresado.

Tipo de secuencia: Face milling

Herramienta: Fresa de plato D63 (T1 D1)

Condiciones de corte: CUT_FEED (vf): 400 mm/min

PLUNGE_FEED: 1000 mm/min

STEP_OVER (apr): 47.25 mm

STEP_DEPTH (apa): 1 mm

SPINDLE_SPEED (N): 880 rpm

SCAN_TYPE: type_3

CUT_TYPE: climb

APPROACH_DISTANCE: 5 mm

CLEAR_DISTANCE: 2 mm

INITIAL/FINAL_EDGE_OFFSET: 15 mm

TRIM_TO_WORKPIECE: yes

Demasía: Ninguna. El planeado al no tener un acabado posterior no hace

falta dejar una demasía.

Tiempo de operación: 1.42’



2) Desbaste general

Esta operación elimina la mayor cantidad de material posible, dejando entrever la forma final

de la pieza. Escogemos una fresa del mayor diámetro posible para reducir el tiempo de fresado.

El volumen a desbastar ha sido definido de manera que no haya pasadas sin eliminar material.

Tipo de secuencia: Classic Volume Rough

Herramienta: Fresa_toroidal_D32 (T2 D1) con radio de punta 6 mm



STEP_OVER (apr): 19 mm


STEP_DEPTH (apa): 1.5 mm

SCAN_TYPE: type_spiral

CUT_TYPE: climb

RAMP_ANGLE: 4


Demasía: 0.5 mm, después realizaremos un acabado final. Ya que este

desbaste se hace con una fresa toroidal no es necesario hacer

un semiacabado.


Figura 1. Trayectoria del planeado

Figura 2. Volume del desbaste general



3) Desbaste gafas (izquierda y derecha)

Esta operación se corresponde con dos secuencias, pues se hace primero en el lado

izquierdo, y a continuación se repite la operación en el derecho. Esta secuencia se encarga de

realizar un desbaste de lo que será la correa de las gafas. Se hace en dos secuencias diferentes

debido a que la mill surface debe ser creada por separado en cada lado.

Tipo de secuencia: Profile Milling

Herramienta: Fresa_plana_D5 (T8 D1)






CUT_TYPE: zig_zag

PROF_STOCK_ALLOW: 0.25 mm

CHK_SRF_STOCK_ALLOW: 0 mm


Demasía: 0.25 mm

Tiempo de operación: 0.70’ (tiempo de las dos secuencias).

Figura 3. Trayectoria del desbaste general

Figura 4. Surface del desbaste de las gafas (izda. y dcha.)



4) Desbaste del ojo

En esta operación desbastamos el volumen correspondiente al ojo del minion. Se dejará

una demasía porque finalizaremos con un perfilado (profile milling) para realizar el contorno del

ojo.

Tipo de secuencia: Classic Volume Rough





ROUGH_STOCK_ALLOW: 0.25 mm

BOTTOM_STOCK_ALLOW: 0 mm




CUT_TYPE: climb


Demasía: 0.25 mm


Figura 5. Trayectoria del desbaste de gafas izda. (dcha. simétrico)

Figura 6. Volume del desbaste del ojo Figura 7. Trayectoria del desbaste del ojo



5) Desbaste de la boca

Ahora desbastamos el material correspondiente a la boca del minion. Lo realizamos con

un perfilado, de manera que las pasadas son las menores posibles y ahorramos tiempo de

mecanizado. Dejaremos una demasía para realizar un acabado posterior.

Tipo de secuencia: Profile milling





PROF_STOCK_ALLOW: 0.25 mm

CHK_SRF_STOCK_ALLOW: 0 mm



CUT_TYPE: zig_zag


Demasía: 0.25 MM


6) Corner en los brazos

Recoge dos secuencias, las de los brazos izquierdo y derecho. Se trata de una función

que realiza el fresado en una pequeña zona concreta, en este caso unos redondeos de los brazos

(lo que definiremos como hombros) que necesitan estar programados aparte para un mejor

acabado debido a la compleja geometría.

Tipo de secuencia: Corner local milling

Herramienta: Fresa_toroidal_D5 (T7 D1) con radio de punta 0.5mm





PROF_STOCK_ALLOW: 0.25

CORNER_OFFSET: 2

CUT_TYPE: climb

Figura 8. Surface del desbaste de la boca

Figura 9. Trayectoria del desbaste de la boca



CLEAR_DISTANCE: 2mm


Demasía: 0.25 mm, pues luego haremos al acabado de todo el cuerpo.

Tiempo de operación: 0.44’ (incluye las dos secuencias)

7) Desbaste de las piernas

En esta secuencia reducimos el material de las piernas. Antes, en el desbaste general

(operación 2) se conseguía la forma principal, pero la fresa, al ser grande, no alcanzaba a

desbastar las piernas. Por tanto, el objetivo de esta secuencia es eliminar le material y dejar

entrever la forma de las piernas de la figura. Se programa aparte debido a la complejidad de la

figura en ese espacio. Se realiza por medio de un classic volumen rough ya que es la manera en

que la fresa realice los movimientos que deseamos.

Tipo de secuencia: Classic volume milling

Herramienta: Fresa_toroidal_D5 (T7 D1)



STEP_DEPTH: 0.5 mm


ROUGH_STOCK_ALLOW: 0.25 mm


CUT_TYPE: climb



RAMP_ANGLE: 4

Demasía: 0.25 mm.


Figura 10. Surface y trayectoria del corner en el brazo izdo. (dcho. simétrico)



Figura 11. Volume del desbaste de las piernas

Figura 12. Trayectoria del desbaste de las piernas

Figura 13. Aspecto de la pieza antes del desbaste (simulación en Vericut)

Figura 14. Aspecto de la pieza después del desbaste (simulación en Vericut)



8) Acabado general

Esta secuencia realiza el acabado general de la pieza, consiguiendo así el acabado

deseado en la mayor parte de la pieza. Se descartan de este acabado la zona de las piernas por

su complejidad.

Tipo de secuencia: Surface milling

Herramienta: Fresa_punta_esferica_D5 (T11 D1)


PLUNGE_FEED: 800mm/min


PROF_STOCK_ALLOW: 0 mm

CUT_ANGLE: 180

SCAN_TYPE: type_3

CUT_TYPE: climb



Demasía: Ninguna. Al ser acabado.


Figura 15. Surface del acabado general

Figura 16. Trayectoria del acabado general



9) Acabado de las piernas

Se incluyen aquí el acabado de las piernas izquierda y derecha por ser iguales (se

programan por separado debido a los movimientos de intercambio que haría la fresa sin eliminar

material). Como se ha dicho antes, se separa este acabado del resto de la pieza debido a la

complejidad de la pieza.

Tipo de secuencia: Cut line milling

Herramienta: Fresa_punta_esferica_D5 (T11 D1)


PLUNGE_FEED: 800mm/min



SCAN_TYPE: type_3



Demasía: Ninguna.

Tiempo de operación: 3.78’ (las dos secuencias)

10) Acabado del contorno

Este apartado se refiere a las tres trayectorias que se programan para acabar el borde

de la pieza. Las secuencias anteriores no han llegado a desbastar y dejar con un buen acabado

el borde de la pieza, puesto que la fresa no llega hasta el final del redondeo, y es por eso que lo

programamos por separado. Se realizan tres secuencias que se corresponden con los tres

redondeos del cuerpo: el superior de la cabeza y los dos laterales por encima del brazo. Se hacen

en tres para agilizar el proceso.

Tipo de secuencia: Curve Trajectory


Condiciones de corte: CUT_FEED (vf)): 800 mm/min


Figura 17. Trayectoria del acabado de la pierna izda. (dcha. igual)





AXIS_SHIFT: 0



Demasía: Ninguna, se trata de un acabado.


11) Perfilado del ojo

En la secuencia anterior de desbaste del ojo se dejó una demasía (operación 4). Ahora

perfilamos y acabamos los bordes.





STEP_DEPTH: 2.5 mm



AXIS_SHIFT: 0

CUT_TYPE: climb



Demasía: Ninguna.


Figura 18. Trayectoria del acabado del contorno



12) Perfilado de la boca

En la secuencia anterior de desbaste de la boca se dejó una demasía (operación 5). Ahora

perfilamos y acabamos el borde.





STEP_DEPTH: 2.5 mm



AXIS_SHIFT: 0

CUT_TYPE: climb



Demasía: Ninguna.


Figura 19. Trayectoria del perfilado del ojo

Figura 20. Trayectoria del perfilado de la boca



13) Perfilado de las piernas

En la secuencia anterior de desbaste de las piernas se dejó una demasía (operación 7).

Ahora perfilamos y acabamos las paredes verticales que no ha podido terminar adecuadamente

al hacer el acabado de las piernas (operación 9). La Surface que hemos seleccionado para esto,

son todas las paredes verticales de las piernas.





STEP_DEPTH: 2.5 mm



AXIS_SHIFT: 0

CUT_TYPE: climb



Demasía: Ninguna.


Figura 2111. Surface del perfilado de las piernas

Figura 22. Trayectoria del perfilado de las piernas



14) Perfilado de los brazos

En esta operación eliminaremos la demasía que queda en la pared vertical de los brazos

y en la base en esta misma zona. La trayectoria que define la herramienta es una sola para los

dos brazos (va de un lado al otro).





STEP_DEPTH: 6 mm



CUT_TYPE: climb



Demasía: Ninguna.


Figura 23. Surface del perfilado de los brazos

Figura 24. Trayectoria del perfilado de los brazos



3. Descripción del programa de CN

A continuación, presentamos el programa de CN programado por medio de CAM.

Debido a la considerable longitud del programa se han eliminado todas las líneas de código que

corresponden a movimientos de la herramientas cuando se elimina material (se ha puesto el

signo […] para indicar esto). Se incluyen comentarios en los laterales del programa. No se

explicitan cuestiones específicas de cada operación porque ya han sido explicadas con

anterioridad, tan solo se dice a que corresponden, en general, las líneas de código.

(PROCESADO_MINION)

(G54) (REGISTRAR)

G17 G90 G94 G97

(G5)

M1

T1D1

M06

S880 M03

G1 X136.5 Y15 Z10 F3000 M08

[…]

G1 Z10 F1000

M09

M05

M1

T2D1

M06

S3400 M03

G1 X66.723 Y9 Z10 F3000 M08

[...]

G1 Z10 F1000

M09

M05

M1

T8D1

M06

S4500 M03

G1 X32.269 Y66.248 Z10 F3000 M08

G1 Z-5

[...]

G1 Z10 F1000

G1 X67.749 Y67.22 F3000

G1 Z-5

[...]

G1 Z10 F1000

G1 X40.75 Y67.074 F3000

G1 Z1

[...]

G1 Z10 F1000

Condiciones

generales.

El programa trabajará con

coordenadas absolutas (G90), en

mm/min (G94) y en rpm (G97)

Planeado

Se carga la herramienta y se

establecen las condiciones de

corte de la herramienta.

Primer y último movimientos, la

velocidad cambia

Fresa plato D63

Desbaste general

Fresa toroidal D32 Velocidades de giro y avance

(condiciones de corte de la

herramienta).

Posicionamiento inicial

Desactivación de refrigerante y paro

del cabezal (respectivamente)

Fresa plana D5

Desbaste gafas izquierda

Desbaste gafas derecha

Posicionamiento para comienzo

del corte (secuencias simétricas)

No hay cambio de herramienta,

solo de trayectoria

Desbaste ojo

Se van sucediendo velocidades

de avance de F200 (plunge_feed)

y F800 (velocidad propia de la

herramienta) debido al tipo de

corte elegido



G1 X42.795 Y39.75 F3000

G1 Z-3

[...]

G1 Z10 F1000

M09

M05

M1

T7D1

M06

S8000 M03

G1 X22.591 Y45.402 Z10 F3000 M08

[…]

G1 Z10 F1000

G1 X76.248 Y46.533 F3000

[…]

G1 Z10 F1000

G1 X57.833 Y9.75 F3000

G1 Z-8

[…]

G1 Z10 F1000

M09

M05

M1

T11D1

M06

S7000 M03

G1 X36.854 Y100.252 Z10 F3000 M08

G1 Z-20.013 F800

[…]

G1 Z10 F1000

G1 X46.5 Y17.5 F3000

G1 Z-18

G1 Z-20 F800

[…]

G1 Z10 F1000

G1 X66.5 Y17.5 F3000

G1 Z-18

G1 Z-20 F800

[…]

G1 Z10 F1000

M09

M05

M1

T8D1

M06

S4500 M03

G1 X17.251 Y43 Z10 F3000 M08

G1 Z-18

Desbaste boca

Fresa toroidal D5

Corner brazos (izquierda)

Corner brazos (derecha)

Volume piernas

Acabado general

Acabado pierna izquierda

Acabado pierna derecha

Fresa esférica D5

Fresa plana D5

Operaciones muy específicas

(simétricas)

Condiciones de corte de la

herramienta

Fin de secuencia y cambio de

herramienta

No se cambia de herramienta (mismas

condiciones de corte) y la fresa recorre

todo el volumen definido

Cambio de herramienta

La fresa pasa por la cabeza y el cuerpo

con un step_over de 0,1 mm (es la

secuencia que más tarda del mecanizado)

No se cambia de herramienta.

Secuencias idénticas

Cambio de herramienta y establecimiento

de las condiciones de corte (son las

mismas que se establecieron para las

anteriores secuencias con la misma fresa)



[…]

G1 Z10 F1000

G1 X17.099 Y69.719 F3000

G1 Z-18

G1 Z-20 F200

[…]

G1 Z10 F1000

G1 X50 Y59.24 F3000

G1 Z1

G1 Z-3 F200

[…]

G1 Z10 F1000

G1 X59.5 Y67.074 F3000

G1 Z1

G1 Z-3 F200

[…]

G1 Z10 F1000

G1 X57.501 Y17.5 F3000

G1 Z-7

G1 Z-11.5 F200

[…]

G1 Z10 F1000

M09

M05

M1

T5D1

M06

S4000 M03

G1 X86.249 Y43 Z10 F3000 M08

G1 Z-9.5

[…]

G1 Z10 F1000

M09

M05

M30

Trayectorias (borde, cabeza)

Acabado ojo

Acabado boca

Trayectoria (piernas)

Trayectoria (brazos)

Fin del programa

Fresa plana D12

Trayectorias alrededor del borde y la

cabeza (en total 3 trayectorias definidas

en CAM).

Se realiza el borde del ojo eliminando la

demasía definida en el desbaste

Cambio de herramienta

No se cambia de herramienta, tan solo se

redefine las trayectorias y las velocidades

de avance (según estemos en el plano de

partida o de referencia)

Se realiza el borde de la boca eliminando

la demasía definida en el desbaste

Trayectoria que hace varias pasadas por

las piernas para definir correctamente el

contorno

Cambio de parámetros de trabajo.

Desactivación de refrigerante y parada de

cabezal



4. Estimación del coste

Presentamos los conceptos necesarios a tener en cuenta para la estimación del coste de

la pieza en cuestión.

Establecidos estos datos de partida, concretamos ahora la cantidad de material

necesario con exactitud, las horas de operario que han sido necesarias (distribuida en diferentes

conceptos) y las horas de máquina que han sido necesarias a la hora de la fabricación de la pieza

(también repartida en conceptos).

Concepto €

Material (sección 100x40) 71,5 €/m

Máquina 5 €/h

Oficina Técnica 2,75 €/h

Cantidad Unidades Coste (€) Comentarios

Material (Aluminio Al7075-T6)

0,1 m 7,15 € De la sección 60x40

Máquina 0,05 h 0,25 €

Preparación (búsqueda de ceros)

1,26 h 6,29 € Funcionamiento

Operario

30 h 82,50 € Programación

0,05 h 0,14 €

Preparación de máquina y testeo de programa

1,26 h 3,46 € Supervisar máquina

Total: 99,79 €

Coste solo pieza (sin programación): 17,29 €



5. Planos

Adjuntamos los planos de la pieza fabricada. En primer lugar, se ha incluido el plano con

las cotas de diseño, las cotas que se deberían cumplir una vez mecanizado todo el conjunto. Y,

por otro lado, el plano con las cotas reales, las cotas medidas una vez se ha mecanizado la pieza

de manera que podamos comprobar si bien se ha programado todo correctamente con las

tolerancias exigidas en la fabricación.

5.1 Plano con medidas de diseño ........................................................................ pág. 22

5.2 Plano con medidas reales .............................................................................. pág. 23



6. Comentarios

En este punto describiremos toda la problemática e incidencias surgidas a lo largo de la

realización de la práctica, desde la decisión del diseño hasta la fabricación de la pieza.

Para empezar, la pieza diseñada: minion, es derivación de otros diseños iniciales que

resultaron fallidos ya sea por forma o por gustos. Desde el inicio la complejidad de la pieza era

obvia, pero para nosotros suponía un reto. Ya con la primera entrega empezaron a aparecer los

primeros errores con las aristas interiores por las cuales no entraría la fresa, así como algunos

radios demasiado pequeños. Y de las aristas rectas, nos fuimos al otro extremo, el de los

redondeos multidireccionales, y los macro desbastes que se llevaban consigo hasta miembros

del personaje animado.

Si bien en la segunda entrega las operaciones programadas eran correctas, no eran las

más óptimas. Por ejemplo la boca había sido programada inicialmente con un trajectory

mientras que un profile o un volume implicaban la mitad de tiempo de mecanizado. El punto

más conflictivo por supuesto fue el de las piernas, pues tenía demasiados redondeos y

demasiadas verticales, las cuales eran insuficientes para una fresa plana pero también

imposibles para una de punta esférica. Y esto fue lo que nos llevó más tiempo en programar

siendo la parte que más modificaciones ha sufrido, llegando a añadir operaciones no vistas en

clase como los corners de los brazos.

Cabe destacar el control del tiempo de mecanizado. Este fue quizá el punto más

estresante de todos, ya que llegamos a alcanzar los 120 minutos de mecanizado. Este tiempo

gracias a la optimización de parámetros fue reducido hasta los 74 minutos. En el tema de

parámetros, tuvimos problemas con los plunge_feed pues no sabíamos cómo determinarlo y

con algún que otro cut_type: pues unos son más ordenados y más rápidos que otros.

Una vez optimizados los parámetros, solo quedaba fabricar. Más de una hora de espera

que dio su fruto con un resultado de calidad tanto estética como dimensional. A continuación

se exponen algunas fotografías durante el proceso del mecanizado.

La realización de esta práctica nos ha permitido conocer de primera mano cómo

funciona una máquina de tipo CNC a través de un diseño propio que habíamos tomado como

reto. Sin duda a nivel de resultados, tanto de aprendizaje como resultado físico de la pieza,

estamos muy satisfechos con el tiempo invertido en la realización de este ejercicio.

Fig 25. a) Pieza tras el desbaste principal. b) Visión lateral de aproximación de la hta. a la pieza y perspectiva de las boquillas de taladrina.

c) Estado de la pieza antes de la pasada perimétrica final.

diseño y fabricación de una pieza mediante sofware cadcam

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