Proyecto Fin de Carrera -...

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i Proyecto Fin de Carrera Ingeniería Aeronáutica Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC Autor: Pablo García Ortega Dept. de Ingeniería Mecánica y Fabricación Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2015

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Proyecto Fin de Carrera

Ingeniería Aeronáutica

Modelado y simulación con CATIA V5 de

operaciones de mecanizado en un torno CNC

Autor: Pablo García Ortega

Dept. de Ingeniería Mecánica y Fabricación

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2015

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Proyecto Fin de Carrera

Ingeniería Aeronáutica

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones

de mecanizado en un torno CNC

Autor:

Pablo García Ortega

Tutor:

Domingo Morales Palma

Profesor contratado Doctor

iv

Dept. de Ingeniería Mecánica y Fabricación

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2015

Proyecto Fin de Carrera: Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de

mecanizado en un torno CNC

Autor: Pablo García Ortega

Tutor: Domingo Morales Palma

El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes

miembros:

Presidente:

Vocales:

Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de:

Sevilla, 2015

El Secretario del Tribunal

vi

Resumen

El presente proyecto surge en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Fabricación

siguiendo la línea de las investigaciones que se han estado llevando a cabo sobre

fabricación de piezas con las máquinas-herramientas del taller haciendo uso del programa

CATIA V5. El objetivo de este proyecto es, en primer lugar, realizar un modelado del torno

de control numérico EMCOTURN 220 y posteriormente se ha decidido complementar

dicho trabajo con el desarrollo de un material de carácter docente que pudiera ser útil para

el alumnado. Dicho material pretende cubrir las principales herramientas disponibles en

CATIA V5 destinadas al mecanizado y simulación de mecanizado para tornos.

ix

Índice

Resumen vii

Índice ix

1 Introducción 13

1.1 Contexto 13

1.2 Objetivos 14

1.3 Estructura del documento 14

2 Tornos CNC y EMCOTURN 220 17

2.1 Descripción 17

2.2 Funcionamiento y Operaciones 18

2.3 Ventajas y desventajas de los tornos CNC respecto a tornos convencionales 20

2.4 EMCOTURN 220 20

2.4.1 Descripción 21

2.4.2 Elementos que la componen 21

2.4.3 Herramientas y torreta revólver 23

3 Modelado del torno en CATIA v5 25

3.1 Modelo de EMCOTURN 220 25

3.1.1 Componentes estructurales 25

3.1.2 Ensamblaje de componentes y construcción de la máquina herramienta 30

3.2 Dificultades encontradas y propuesta de un modelo sencillo 35

4 Torneado de piezas en CATIA V5 38

4.1 Introducción a Lathe Machining 38

Introducción

x

4.2 Operaciones de torneado 39

4.2.1 Rough Turning 40

4.2.2 Recess Turning 42

4.2.3 Groove Turning 44

4.2.4 Profile finish turning 45

4.2.5 Thread turning 47

4.3 Operaciones axiales 48

4.3.1 Taladrado 49

4.4 Herramientas 49

4.4.1 Herramientas de torneado 49

4.4.2 Herramientas de taladrado 52

4.5 Velocidades 52

4.6 Macros 53

5 Ejemplos de piezas mecanizadas 56

5.1 Ejemplo 1 56

5.1.1 Herramientas 57

5.1.2 Fase 1 58

5.1.3 Fase 2 62

5.2 Ejemplo 2 66

5.2.1 Herramientas 68

5.2.2 Fase 1 68

5.2.3 Fase 2 72

5.3 Ejemplo 3 75

5.3.1 Herramientas 77

5.3.2 Fase 1 77

5.3.3 Fase 2 81

5.4 Otros ejemplos 84

5.4.1 Ejemplo 4 84

5.4.2 Ejemplo 5 86

5.4.3 Ejemplo 6 87

5.4.4 Ejemplo 7 89

6 Conclusiones y trabajos futuros 94

6.1 Conclusiones 94

6.2 Trabajos futuros 94

xi

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

xi

Referencias 97

Anexo 99

13

1 INTRODUCCIÓN

1.1 Contexto

Este proyecto surge a raíz de una serie de trabajos realizados por el Departamento de

Fabricación, en los que se pretende modelar diversas máquinas-herramientas situadas en

los talleres de la universidad.

En este proyecto se modelará un torno de control numérico para programas CAD/CAM.

Actualmente los programas de diseño y fabricación asistida por ordenador tienen una gran

importancia en la industria y ofrecen un interesante y extenso abanico de posibilidades.

Además de la posibilidad de realizar el programa que posteriormente se implemente en la

máquina-herramienta, tendremos la opción de analizar resultados y comprobar que no

existan colisiones. En concreto se hará uso del programa CATIA V5, que nos permitirá

realizar lo indicado en el apartado anterior. Además este programa cuenta con una gran

presencia en el mundo laboral.

Este trabajo pretende ser uno más de los realizados en el departamento utilizando CATIA

V5. Otros trabajos que se han llevado a cabo recientemente en este departamento utlizando

este programa son los siguientes:

Mecanizado de componentes aeronáuticos en centro de mecanizado de 2'5 ejes

EMCO VMC-200.

Fabricación de piezas más complejas (componentes aeronáuticos, prótesis dentales,

etc.) mediante mecanizado de alta velocidad en centro de mecanizado de 5 ejes

MIKRON HSM 400.

Generación de las trayectorias de un punzón para conformado incremental de

chapa en la EMCO VMC-200.

Modelo de las otras máquinas-herramienta de control numérico que existen en el

Introducción

14

taller del departamento así como del torno paralelo Pinacho Mod. T3.

1.2 Objetivos

Con este proyecto se pretende tener a disposición del departamento un modelo de un

torno de control numérico real y que se encuentra disponible en los laboratorios del

departamento. Además se quiere que sirva como recurso de carácter pedagógico que sirva

de utilidad para el personal del departamento.

Se han establecido los siguientes objetivos concretos:

Modelar en CATIA V5 un torno de control numérico EMCOTURN 220, con sus

principales componentes.

Realizar una documentación que aporte una información estructurada y de valor

para ser utilizada como material didáctico en la docencia del departamento.

Además se pretende que dicha documentación pueda ser utilizada directamente

por el alumno si así lo precisara.

Simular los mecanizados de varias piezas de ejemplo tal y como se mecanizarían en

una máquina como la modelada en este proyecto.

1.3 Estructura del documento

En el primer capítulo de este documento se realiza una breve descripción de la máquina

sobre la que trata el proyecto. Previamente se dará también un poco de información sobre

los tornos y los tornos de control numérico desde un punto de vista más genérico.

Tras este capítulo, se explicará cómo se ha realizado el modelado de la máquina-

herramienta de control numérico. Para ello se hablará en primer lugar del modelado de las

15

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

15

partes que componen el producto final y posteriormente sobre su ensamblaje y sobre cómo

proporcionarle las propiedades de mecanismo. También se detallarán las dificultades

obtenidas.

En el siguiente capítulo se detallará la información necesaria para realizar simulaciones de

mecanizado en un torno mediante el programa CATIA V5. Para ello se dará información

sobre las funciones más importantes del módulo Lathe machining y de las distintas

operaciones posibles.

Posteriormente, se dan algunos ejemplos de piezas mecanizadas utilizando las

herramientas que se explican en el capítulo anterior. Se elegirán como ejemplos distintas

piezas que puedan realizarse haciendo uso del modelo de torno aquí realizado.

Por último se incluyen las conclusiones que se obtienen del proyecto y las líneas de trabajo

que podrían seguirse en un futuro para realizar otros trabajos.

16

17

2 TORNOS CNC Y EMCOTURN 220

Como ya se ha indicado, se pretende modelar un torno de control numérico. Por ello,

recordaremos algunas propiedades que tienen estas máquinas-herramientas.

2.1 Descripción

Un torno, ya sea CNC o clásico, es un conjunto de máquinas y herramientas con los cuales

se puede mecanizar una pieza de revolución. Para ello se hará girar la pieza a una

determinada velocidad y se le acercará una herramienta de corte en un movimiento

regulado de avance contra la superficie de la pieza.

El movimiento de las herramientas se hará con la ayuda de unos carros que se desplazarán

guiados a través de unos rieles. Habrá un carro que se desplazará en una guía paralela a la

de giro de la pieza, a ésta se le conoce como eje Z. También habrá un carro que se moverá a

lo largo de una dirección transversal, o eje X. En los tornos manuales también podremos

tener un tercer carro o charriot que se podrá inclinar y servirá para la mecanización de

conos. Esto no será necesario en los tornos de control numérico ya que la máquina se

encargará del desplazamiento simultáneo de los otros dos carros consiguiendo el ángulo

deseado.

Los tornos CNC cuentan con estas características y les diferencia del resto de tornos el

hecho de que puedan ser programados numéricamente por ordenador. Esto ofrece una

gran precisión y una mayor capacidad de producción. En las figuras 2.1 y 2.2 podemos ver

un ejemplo de un torno convencional y otro de control numérico, respectivamente.

Tornos CNC y EMCOTURN 220

18

Figura 2.1 – Torno convencional

Figura 2. 2 – Torno CNC

2.2 Funcionamiento y Operaciones

Los elementos encargados de realizar el mecanizado de la pieza son el husillo y la

herramienta de corte. Mediante programación se podrá controlar tanto la velocidad de

rotación del husillo, es decir, la velocidad de corte, como el movimiento de la herramienta

de corte. Esto último se realizará mediante el desplazamiento de los carros, en los que irá

19

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

19

instalada la torreta portaherramientas.

Las principales operaciones que se realizan en un torno CNC son las siguientes:

Cilindrado: consiste en el mecanizado exterior o interior de

las piezas de forma que se reduzca el diámetro exterior en el

primer caso o se aumente el diámetro sin material interior,

en el segundo. Para ello se procederá de forma que la

herramienta y el carro transversal formen un ángulo de 90º.

El carro se mueve de forma paralela al eje de la pieza en su

movimiento de avance. En la de la derecha podemos ver un

esquema de la operación.

Refrentado: es la operación mediante la cual se mecaniza el

extremo de la pieza en el plano perpendicular al eje de la pieza.

La herramienta va penetrando desde el extremo de la pieza,

obteniendo así la forma deseada. Se detalla un esquema de esta

operación en la figura 2.4.

Ranurado: consiste en el mecanizado de unas ranuras cilíndricas de anchura y

profundidad variables en la pieza.

Torneado de conos: es una operación similar a la de cilindrado pero en la que el

movimiento de la herramienta no es paralelo al eje, sino que también tiene una

componente perpendicular a este. Aunque tenga una complejidad mayor en un

torno tradicional, estos son simples de realizar mediante control numérico.

Taladrado: muchas de las piezas que son torneadas también requieren de un

Figura 2. 4

Figura 2.3

Tornos CNC y EMCOTURN 220

20

taladrado en el eje de rotación. Se suele realizar una operación de taladrado antes de

proceder a un mecanizado interior, como forma de desbaste rápido de material.

Roscado: mientras que en los tornos paralelos se realizan mediante la Caja Norton,

en los tornos CNC se programan los datos de las roscas, sin necesidad de ésta.

Pueden ser roscas tanto interiores (tuercas), como exteriores (tornillos).

2.3 Ventajas y desventajas de los tornos CNC respecto a tornos convencionales

Con los tornos de control numérico se pueden conseguir varias ventajas frente a los tornos

convencionales:

Posibilidad de mecanizar piezas más complejas.

Mayor precisión en el mecanizado al reducir los errores humanos.

Cambios de herramientas rápidos y automáticos.

Reducción en tiempos de mecanizado

Gran capacidad de producción.

Sin embargo, también puede presentar algunas desventajas, como por ejemplo:

Necesita una elevada inversión.

No produce rentabilidad a bajas ocupaciones.

Necesidad de realizar un programa de mecanizado.

2.4 EMCOTURN 220

El torno que se ha modelado es el EMCOTURN 220, el cual podemos encontrar en los

talleres del departamento.

Esta máquina fue desarrollada por el grupo EMCO, que surge como unión de varios

proveedores de máquinas-herramientas. Dicho grupo tiene su sede actualmente en

Salzburgo, Austria. Además dispone de plantas de producción en Alemania, Italia y

Chequia así como varias sedes de distribución y ventas en Alemania, Italia, Francia, España

21

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

21

y los EE.UU. Con más de 140 sucursales de ventas y asistencia técnica, EMCO está

representada a nivel internacional en todos los mercados significantes. El Grupo EMCO

cuenta actualmente a nivel mundial con un staff de 630 empleados y especialistas.

2.4.1 Descripción

La máquina-herramienta EMCOTURN 220 es un torno de control numérico desarrollada a

finales de los 80.

2.4.2 Elementos que la componen

Cómo vemos en la figura está compuesta por dos grandes elementos, la mesa de trabajo y

la mesa de control.

Figura 2.5 – EMCOTURN 220

Tornos CNC y EMCOTURN 220

22

De forma más detallada, en la mesa de trabajo, se pueden distinguir los siguientes

elementos:

Bastidor: dispone de una bandeja recogevirutas, un dispositivo recogedor de piezas

mecanizadas que puede activarse de forma automática y un sistema refrigerante.

Está construido en acero.

Bancada: sobre ella van montados el cabezal del husillo, la unidad del carro y el

contrapunto. Se encuentra atornillada al bastidor de la máquina de forma que no

sea posible deformación alguna por tensado para evitar problemas de precisión al

operar.

Unidad del carro: los carros tiene como objetivo desplazar las herramientas a lo

largo de su dirección. En la máquina que nos ocupa tenemos carro longitudinal y

transversal, estos se deslizan a través de guías de cola de milano rectificadas de alta

precisión. Estas deben ser diseñadas de forma óptima. Además la holgura se puede

ajustar por medio de regletas de cuña cónicas. Los carros están cubiertos

completamente para así impedir que haya influencia por las virutas o el

refrigerante, además de por motivos puramente estéticos.

Husillo principal: se encarga de soportar la pieza en su extremo y transmitirle la

rotación a lo largo de su eje. Queda soportado en 4 cojinetes radiales de bolas con

contacto angular. El cabezal está dispuesto de una forma termosimétrica para evitar

desviaciones de alineación al operar.

Torreta portaherramientas: va fijada a la unidad del carro.

Contrapunto: servirá de apoyo para las piezas excesivamente largas, de forma que se

23

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

23

rebajen las desviaciones producidas por las vibraciones de la pieza.

2.4.3 Herramientas y torreta revólver

La máquina-herramienta ofrece la posibilidad de trabajar con hasta 16 herramientas

distintas, de acuerdo al manual, aunque sólo ocho podrán montarse de forma simultánea.

Para ello se instalarán en la torreta porta-herramientas de forma que el propio torno pueda

cambiar entre ellas automáticamente.

Figura 2.6 – Zona de trabajo

24

25

3 MODELADO DEL TORNO EN CATIA V5

Para llevar a cabo el modelado de la máquina-herramienta se ha utilizado el software de

diseño asistido por ordenador CATIA V5, de la compañía Dassault Systèmes. En concreto,

se ha utilizado la versión V5 R20. Se deberá hacer uso de varios de los módulos de CATIA.

También cabe indicar que aunque para realizar el mecanizado de las piezas solamente

entraran en juego unas partes del modelo; que, obviamente, se ha realizado con la mayor

fidelidad posible a la realidad; se ha pretendido ser fiel también con aquellas menos

importantes. Con esto se pretende crear un buen impacto visual que logre llamar la

atención al posible usuario.

3.1 Modelo de EMCOTURN 220

Como se ha dicho anteriormente, se ha partido de una máquina real ubicada en los

laboratorios. Es por ello que, en primer lugar, se han debido de tomar las medidas

necesarias con ayuda de una cinta métrica y un pie de rey. Este proceso debe realizarse con

la mayor precisión posible ya que, aunque de primeras no suponga un problema para el

modelado gráfico, pueden surgir muchas adversidades a la hora de proporcionarle las

propiedades de máquina-herramienta.

Una vez tomadas las medidas se modelan las distintas partes involucradas.

3.1.1 Componentes estructurales

En el capítulo anterior se vieron los distintos componentes que componen la máquina-

herramienta EMCOTURN 220. Veamos ahora como se han modelado estos y los resultados

obtenidos.

Para realizar los distintos componentes se ha hecho uso del módulo Part Design.Dicho

Modelado del torno en CATIA v5

26

Figura 3.1 – Mesa de trabajo

módulo nos ofrece la posibilidad de crear perfiles o bosquejos, un sketch, y a partir de estos

realizar modelos 3D utilizando algunas opciones como; extrucciones, pad; o revoluciones,

shaft, entre otros.

A continuación veremos los distintos parts que se han modelado. Para tener una mejor

visión se van a organizar según el grupo al que pertenezcan: parte fija, torreta o husillo.

3.1.1.1 Componentes de la parte fija

A pesar de que no va a ser necesario realizar

ningún movimiento entre sus partes se han

modelado distintas partes que convergerán en

un mismo product. Esto se ha decidido así por

simplificar y porque se ha visto como un

proceso más intuitivo.

En primer lugar se ha realizado la mesa de

trabajo. Como se puede apreciar en la figura 4.1

se han intentado añadir algunos detalles

vistosos que causen buena impresión y así

obtener un buen impacto visual como se

comentaba anteriormente.

En la figura 4.2 podemos verlo desde otra perspectiva y de mejor manera se aprecia lo que

supondrá el área de trabajo. En ambas figuras se puede distinguir el lugar que ocupará el

husillo.

27

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

27

Figura 3.2 – Mesa de trabajo

Por otro lado se ha realizado la mesa donde se sitúa el panel de control. También se ha

pretendido ser fiel a la realidad, para ello se le ha añadido el mayor número de detalles

posibles. Podemos ver como ha quedado el modelo en la figura 4.3.

En último lugar sólo quedan los parts correspondientes al punzón, para sujetar aquellas

piezas de demasiada longitud, evitando así las excesivas vibraciones, y la pieza en la que

va montado el punzón. En las figuras 4.4 y 4.5 se ve el punzón y donde va montado éste,

respectivamente.

Modelado del torno en CATIA v5

28

Figura 3.3 – Mesa de control

Figura 3.4 - Punzón Figura 3.5 – Caja punzón

29

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

29

3.1.1.2 Componentes de la torreta

Para el desarrollo de la torreta se necesitarán varios componentes auxiliares y ficticios para

poder simular los movimientos. En este apartado vamos a centrarnos en los componentes

principales, dejando la explicación y necesidad de los otros para más adelante.

El primer componente realizado es la propia torreta. Como se indicó anteriormente tiene

una capacidad máxima de ocho herramientas al mismo tiempo. Si nos fijamos en la figura

4.6 se ve que se ha añadido un cilindro en la parte posterior que iría ubicado en el interior

del carro. Esto se realiza para poder añadir las restricciones y movimientos en un futuro.

El otro componente principal de la torreta es el carro, encargado de los movimientos en los

ejes Z y X. El carro está compuesto por dos piezas, una la que vemos en la figura 4.7 y que

soportará a la torreta mientras que la otra es una placa situada en la pared de la bancada y

que moverá tanto a la pieza anterior como a la torreta. Podemos apreciar dicha placa en la

figura 4.1. El movimiento a lo largo del eje X se deberá a la pieza que sujeta la torreta

mientras que el del eje Z lo proporcionará la placa.

Figura 3.7 - Torreta Figura 3.6 - Portaherramientas

Modelado del torno en CATIA v5

30

Figura 3.8 – Husillo

3.1.1.3 Componentes del husillo

El modelado del husillo se ha realizado en dos piezas, una fija y otra móvil. Aunque la

parte fija pertenezca a la mesa de trabajo, se ha añadido en el modelo del husillo para

facilitar la tarea a la hora de darle las propiedades de husillo en CATIA. En la figura 4.8 se

han añadido conjuntamente los dos parts. En tono beige vemos la parte fija mientras que la

parte móvil está coloreada en gris.

3.1.2 Ensamblaje de componentes y construcción de la máquina herramienta

En este paso se ha hecho uso de los módulos Assembly Design y Machine Tool Builder de

CATIA.

El módulo Assembly Design nos permitirá ubicar los distintos parts realizados y combinarlos

entre ellos. Para ello podremos tanto arrastrar la pieza a ubicar como crear restricciones

geométricas entre los componentes, ya sean coincidencia de líneas, planos, distancias a un

plano,…

Por último, con el módulo Machine Tool Builder podremos darle las propiedades a la

máquina. Con este módulo ubicaremos los puntos y ejes de montaje de piezas y

31

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

31

herramientas, velocidades, límites, etc… Una vez realizado todo esto obtenemos el

siguiente resultado.

Como en el subcapítulo anterior, organizaremos según parte fija, torreta o husillo.

3.1.2.1 Parte fija

Para ensamblar la parte fija únicamente se ha hecho uso del módulo Assembly Design. Se ha

utilizado la mesa de trabajo como parte fija y se le ha añadido los dos componentes del

punzón y la mesa de control. No debemos olvidar una restricción importante. Se ha de

crear un offset (distancia entre planos) entre el punzón y la caja que le contiene. Este offset

podrá ser cambiado según la pieza que se vaya a mecanizar. Adaptándolo así para que

sujete a la pieza mientras se realiza el mecanizado.

Figura 3.9 - EMCOTURN 220 en CATIA V5

Modelado del torno en CATIA v5

32

3.1.2.2 Torreta

Para crear la torreta además del Assembly Design se tendrá que hacer uso del módulo

Machine Tool Builder.

En primer lugar, una vez dentro del módulo Machine Tool Builder, se creará una nueva

máquina, a esta máquina se le otorgarán propiedades de Turret. Siguiendo el proceso que

se indica en los manuales de CATIA, vemos que podremos tener dos tipos de torretas.

Nuestro caso se corresponde con el de torreta rotatoria con múltiples puntos de montaje de

herramienta. En este caso todas las herramientas estarán ya colocadas durante el

mecanizado. El manual también nos dice que este tipo de torreta deberá tener tres ejes, los

X y Z ya comentados y, además un eje C de rotación de la torreta.

Para cumplir con lo anterior, y como se adelantó en el apartado anterior, se ha optado por

introducir la placa embellecedora en el modelo de la torreta. Por esta placa se moverá una

guía, teniendo así el movimiento axial simulado mediante un prismatic joint. Para modelar

el movimiento radial se hace que la caja que soporta la torreta se mueva a lo largo de la

guía con otro prismatic joint. Finalmente se añade la torreta y se le introduce el giro

mediante un revolute joint.

Una vez ensambladas todas las partes, se procederá con las propiedades de la torreta:

Home Position: para ello posicionamos la torreta de igual manera que se encuentra

en el laboratorio.

Tool Change Position: se utilizará la misma posición que para la Home Position.

Travel limits: se ha establecido partiendo de la Home Position y de acuerdo a lo

indicado en el manual de la máquina-herramienta. En la figura podemos ver un

extracto de dicho manual.

33

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

33

Tool Mount Points: esta es la parte más compleja, ya que es tarea fácil alinear los ejes

de la forma deseada y se tienen geometrías complejas para realizar esta labor en los

ocho huecos correspondientes. Para realizarlo se ha hecho uso del compass de

CATIA.

Speed and acceleration limits: tan solo hay que añadir las velocidades y aceleraciones

que puede alcanzar el mecanismo en cada grado de libertad.

Figura 3.10

Modelado del torno en CATIA v5

34

3.1.2.3 Husillo

El modelado del husillo es bastante más simple que el de la torreta. Para el ensamblaje tan

sólo disponemos de dos componentes y ha bastado con utilizar un Revolute joint.

Las propiedades necesarias para la definición del husillo son las siguientes:

Home position: tan solo hay un grado de libertad que se corresponde con el giro. Se

quedará en 0.

Workpiece Mount Point: se tendrá que ubicar el punto de montaje de la pieza. Hay

que prestar especial atención a los ejes y su correcta colocación. Como vemos en la

figura el eje Z es normal a la superficie mientras que el X se situa hacia arriba.

Speed and acceleration limits: tan solo habrá que definir la velocidad y aceleración

angular máxima del husillo. De acuerdo al manual vemos que tiene un rango de

trabajo de 150 – 6300 rpm. De la aceleración no tenemos datos, por ello se ha dejado

la que viene por defecto.

3.1.2.4 Montaje completo

Una vez se han realizado todos los componentes que componen la máquina, se procederá a

su montaje. Para ello crearemos un nuevo product y accederemos al Machine Tool Builder.

Dentro de este módulo vemos que se encuentra la opción New Mill Turn Machine

Seleccionamos dicha opción y ya tendremos definido el product como torno.

Una vez se ha hecho esto ya podremos insertar las distintas partes. En primer lugar, se

insertará la parte fija y le añadiremos la restricción Ficed Part. Posteriormente añadiremos el

husillo y la torreta mediante las opciones Insert Spindle e Insert Turret, ,

respectivamente.

35

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

35

Ya tendremos todas las partes y solo nos quedará ensamblarlas correctamente en el

módulo Assembly Design.

3.2 Dificultades encontradas y propuesta de un modelo sencillo

En el desarrollo de la máquina se han tenido varias dificultades. La mayor adversidad se

ha encontrado al conseguir que la máquina realizara los procesos de mecanizado

correctamente. Se han dado diversos errores que han hecho tanto que la máquina no se

moviera como que se moviera de manera aleatoria que nada tenía que ver con lo deseado.

Esto ha sido así aun a pesar de que el proceso de mecanizado se ejecutaba correctamente

antes de añadirle la máquina a la operación.

Para detectar el origen del error se ha optado por crear un modelo sencillo como el que

podemos ver más abajo. Con este modelo se pretende descartar fallos debidos a la

geometría compleja de la máquina-herramienta EMCOTURN 220 en la que el plano de

trabajo es un plano inclinado. Como apreciamos en la imagen el nuevo modelo consta de

las mismas partes que el complejo. Sin embargo, se ha tratado que sea lo más fácil posible

alinear la torreta y el husillo e indicarle correctamente los ejes de

Figura 3.11 – Modelo sencillo

Modelado del torno en CATIA v5

36

trabajo.

Aun así no se ha conseguido el correcto funcionamiento de esta máquina. Esto hace pensar

que los fallos no se deben a la geometría que se le ha dado a los distintos ejes, ya que aquí

no ha habido opción a error. Se ha seguido investigando posibles causas del error pero no

se ha llegado a ninguna conclusión. Tampoco habría que descartar errores debidos a fallos

en el software.

37

38

4 TORNEADO DE PIEZAS EN CATIA V5

En este capítulo se pretende explicar las herramientas de simulación de mecanizado para

tornos en CATIA V5.

4.1 Introducción a Lathe Machining

Para ello se hará uso del módulo Lathe Machining . Este lo podremos encontrar en

Start > Machining > LatheMachining.

Una vez que hayamos entrado en él, deberemos acceder a las opciones de Part Operation,

en el árbol, situado a la izquierda por defecto. Nos encontraremos con un menú como el

siguiente:

Figura 4.1 – Part Operation

39

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

39

La primera opción que nos ofrece este menú es la de añadirle nombre y comentarios a la

Part Operation.

Después de esto en el siguiente icono, podremos acceder a otro menú en el que

podremos elegir el tipo de máquina que se utilizará para el mecanizado. Para el caso que

nos ocupa disponemos de tres tipos de máquinas, torno horizontal, vertical, o multieje,

además de la opción de abrir un torno creado por nosotros. Al utilizar la última opción,

aparecerán otras nuevas más abajo en las que se podrá configurar el husillo, la torreta así

como podremos elegir el conjunto de herramientas a utilizar y la compensación. También

se nos permite modificar algunas opciones del control numérico.

En el segundo icono, se define el eje que se tomará como referencia para realizar el

mecanizado.

En el último, se elige el Product o Part a mecanizar.

Una vez hayamos definido los tres punto anteriores se podrán establecer otras opciones en

las distintas pestañas. Las más interesantes son las dos primeras, especialmente la primera,

en la que debemos definir aquellas partes del Product que pertenezcan a pieza final, stock, o

mordaza. En la segunda pestaña se debe definir el Home Point y el Tool Change Point.

Cuando se hayan definido todos los parámetros anteriores deberemos crear un

Manufacturing Program, , ligado al Part Operation. Con esto estaremos preparados

para empezar a dar instrucciones de mecanizado.

4.2 Operaciones de torneado

En primer lugar, antes de explicar las distintas operaciones de torneado disponibles, se

debe tener en cuenta que para poder realizar muchas de las operaciones hay que tener

previamente dibujadas las líneas de perfil de la pieza e incluso de la preforma para alguna

Torneado de piezas en CATIA V5

40

de las piezas. Más adelante podremos ver como esto nos será útil.

4.2.1 Rough Turning

Para acceder a ella pinchamos en el icono . Con esto tendremos acceso al

siguiente menú con varias pestañas.

4.2.1.1 Opciones

Para crear la operación deben definirse una serie de parámetros.

En primer lugar debemos elegir qué tipo de torneado queremos realizar, Longitudinal, Face,

o Parallel Contour. Con esto, respectivamente, podremos realizar cilindrados, refrentados, o

diractemente elegir que la herramienta siga el perfil de la pieza.

En la imagen se puede elegir la profundidad de corte. En el caso del contorneado, como

vemos a la izquierda, hay que introducir tanto el máximo axial como radial.

Figura 4.2

41

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

41

Además podremos decidir si se quiere realizar un

mecanizado exterior o interior en la pestaña

Orientation Así como elegir por qué extremo de la

pieza queremos que se realice mecanizado en

Location.

Por último, y que sea aplicable en este trabajo,

podremos definir si realizar el contorneado de la

pieza en todas las pasadas, la última o ninguna

con la opción Part Contouring. También

deberemos indicar si este contorneado tendrá en

cuenta las muescas o huecos en el perfil de la

pieza objetivo, para ello marcaremos, o no, el

recuadro Recess machining.

Accediendo a la segunda pestaña, Option, se

puede elegir parte de la estrategia a seguir por la

herramienta, como ángulos de seguridad o

salida y distancias de ataque, entrada o salida.

Puede verse en la figura 4.3.

4.2.1.2 Elección de elementos

Para que la máquina sepa cómo ha de mecanizar la

pieza, deberemos decirle el perfil que queremos que

siga así como el perfil del stock.

En la figura 4.5 el stock se corresponde con la zona azul

y la pieza con la gris. Si accedemos a cada una de ellas

podremos elegir el perfil. Aunque CATIA nos ofrece la

opción de elegir el perfil con sus propias herramientas,

Figura 4.4

Figura 4.3

Figura 4.5

Torneado de piezas en CATIA V5

42

este también se puede realizar mediante un sketch desde el que podremos seleccionarlo

directamente. Se ha optado por el último método en todas las piezas realizadas. Por último

definiremos el plano hasta el cual se realizará el mecanizado, en caso de que queramos, es

opcional.

A modo de ejemplo, en las siguientes imágenes, se ven las elecciones de estos perfiles para

un contorneado y el camino a seguir por la herramienta en el mecanizado. El caso de un

refrentado o cilindrado es igual pero teniendo en cuenta las limitaciones de estas

operaciones.

Además, en este menú podremos elegir los distintos offsets. Estos serían; el radial, axial, del

producto final, del stock y del límite final.

4.2.2 Recess Turning

La operación Recess Turning será de utilidad para el mecanizado de huecos. Accedemos a

esta operación a través del icono .

Figura 4.6 Figura 4.7

43

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

43

4.2.2.1 Opciones

Las opciones son similares a las anteriores, de

nuevo hay que elegir si se trata de un mecanizado

exterior o interior y por qué extremo se desea

realizar el mecanizado. La principal diferencia que

encontramos se encuentra en el Recessing Mode,

con el que podemos decidir la trayectoria que

cogerá la herramienta; un solo sentido y de forma

paralela al eje de giro (one way), en ambos (zigzag),

o un solo sentido pero siguiendo el contorno del

hueco (parallel contour).

Se ha podido comprobar durante la elaboración de

las piezas que el tipo de trayectoria que siga la

herramienta puede afectar al resltado final. En

algunos casos no se mecaniza todo tal y como queremos. Por lo que hay que tener especial

cuidado y comprobar la operación.

De nuevo es aquí donde se le dará al programa la máxima profundidad de cada pasada, de

forma equivalente a la del rough tourning.

4.2.2.2 Elección de elementos

Se procede de la misma manera que con el rough tourning, aunque la imagen que nos

muestre CATIA para realizar la elección sea diferente. En las imágenes siguientes vemos

un ejemplo para este tipo de operación.

Figura 4.8

Torneado de piezas en CATIA V5

44

4.2.3 Groove Turning

La operación Groove Turning sirve para mecanizar muescas. Se representa en CATIA por el

icono .

4.2.3.1 Opciones

Accedemos a las opciones tal y como en las opciones

anteriores. La estructura que sigue es igual.

En este caso, podremos elegir, en primer lugar, la

orientación. Las opciones son, interna, externa, frontal

u otra, en la que podremos elegir el ángulo de la cara a

mecanizar. En la imagen de la derecha podemos ver el

menú en el que se ha elegido la última opción.

También habrá que elegir por donde debe

empezar el mecanizado, a la izquierda del hueco,

derecho o centro del mismo. Y además indicaremos hacia qué lado debe de seguir la

Figura 4.9

Figura 4.10

45

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

45

herramienta, izquierda, derecha o si tan solo se hará una pasada.

Como en casos anteriores se podrá hacer un contorneado de la pieza. Así como también se

puede elegir que la herramienta penetre por niveles, de utilidad para huecos profundos.

Si accedemos a la segunda pestaña, Option, se pueden decidir los angulos y distancias de

salida y entrada de la herramienta. También podemos añadirle un ángulo de seguridad.

4.2.3.2 Elección de elementos

En este caso tendremos un menú exactamente igual al Recess Turning. Elegimos el stock y la

parte de la pieza a mecanizar.

4.2.4 Profile finish turning

La acción Profile finish turning la utilizaremos para realizar acabados de la pieza. La

podemos ver representada por el icono .

4.2.4.1 Opciones

Esta acción tiene un menú ligeramente distinto a los anteriores.

En primer lugar, observamos que ahora no será necesario definir el stock. Esto resulta lógico

Figura 4.11

Torneado de piezas en CATIA V5

46

ya que se presupone que al realizar una operación de acabado no hay mucho material

sobrante que eliminar.

Como siempre vemos que podemos elegir la orientación y el lado de la pieza a mecanizar.

También podremos elegir si queremos que la herramienta penetre en los huecos siguiendo

el perfil de la pieza. Otra nueva opción que aparece, que no hemos visto en las anteriores es

la de poder decidir si queremos que mecanice las esquinas con formas circulares o

angulosas.

Si vemos el resto de pestañas, comprobamos

que ahora existen tres más en lugar de una.

En la primera de ellas, o segunda si contamos

la pestaña General, se pueden cambiar los

ángulos y distancias de entrada y salida como

en los casos anteriores y como se realizarán

estos, ya sea de forma circular o lineal.

Además se podrán decidir los ángulos de

seguridad.

En la pestaña Corner Processing, se pueden

elegir como queremos que se mecanicen las

esquinas. Para cada esquina se podrá elegir

entre normal, redondeada, o chaflanadas.

4.2.4.2 Elección de elementos

Como se ha explicado anteriormente, esta tarea se simplifica para este tipo de operación, al

no tener que elegir el stock.

Figura 4.12

47

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

47

4.2.5 Thread turning

Esta operación se utiliza para la realización de roscados tanto interiores como exteriores. Se

accede a través del icono .

4.2.5.1 Opciones

En este caso tendremos tres pestañas, Thread, Strategy y Option.

En la primera lo primero que hay que indicar, es

el tipo de perfil que se quiere tener. Se puede

elegir entre un perfil tipo ISO, trapezoidal, UNC,

Gas u otro que realizaremos de acuerdo a

nuestras necesidades. Si nos fijamos en el perfil

ISO, que es el que se utilizará en los roscados de

este documento, se ve que tan solo hay que

añadirle el paso y el número de crestas a

mecanizar.

Después indicaremos, como en los demás casos,

si es un roscado exterior o interior y también la

orientación.

Figura 4.13

Figura 4.14

Torneado de piezas en CATIA V5

48

En la segunda pestaña se indicará la estrategia a seguir por la herramienta. Para ello

elegiremos profundidad o sección de corte constante y elegiremos, respectivamente, la

máxima profundidad de corte o el número de pasadas, según hayamos elegido un tipo u

otro.

En la pestaña Option se pueden decidir las distancias desde las que realizara la entrada y

hasta la que llega la salida de la herramienta También se puede decidir el ángulo al que

sale la herramienta y la distancia a la que pasará ésta en su camino de vuelta para realizar

otra pasada.

4.2.5.2 Elección de elementos

Para elegir la parte a mecanizar tan solo tendremos que seleccionar la parte a la que se le

desea hacer el roscado, de forma que CATIA sepa su diámetro y a continuación elegir los

límites iniciales y finales.

4.3 Operaciones axiales

En el módulo Lathe Machining se pueden realizar diversos mecanizados axiales compatibles

con este tipo de máquina-herramienta. Grosso modo tenemos operaciones como

taladrados, roscados y perforaciones.

Figura 4.15

49

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

49

4.3.1 Taladrado

La única que será de utilidad para nuestro trabajo será el taladrado. Esta operación nos será

necesaria para hacer un orificio en la pieza de forma rápida desde el que posteriormente

poder realizar el mecanizado interior. En concreto se hará uso del taladrado normal, o

Drilling en CATIA. Podemos encontrarlo representado por el icono .

Para llevar a cabo esta operación indicaremos la profundidad del taladrado y los puntos

donde queremos que se realice.

4.4 Herramientas

En cada operación se debe definir la herramienta que se utilizará para llevarla a cabo.

Podremos elegir y crear nuestras propias herramientas en la tercera pestaña que aparece en

el menú de la operación . Cabe indicar que tenemos distintas herramientas según el

tipo de mecanizado que se vaya a efectuar. Groso modo, podremos distinguir entre

operaciones de torneado y operaciones axiales.

4.4.1 Herramientas de torneado

Al abrir la pestaña se aprecia que está dividido en tres partes.

En la primera , se le puede dar un nombre a la herramienta y adjudicarle un número

de herramienta.

En la segunda , elegiremos el porta-herramientas que se utilizará. A priori tenemos

cuatro tipos de porta-herramientas cada uno con una utilidad. Estos podemos verlos en la

siguiente figura.

Torneado de piezas en CATIA V5

50

De izquierda a derecha, tenemos porta-herramientas para los siguientes tipos de

operaciones.

Mecanizado exterior.

Mecanizado interior.

Mecanizado de ranuras o huecos exterior.

Mecanizado de ranuras o huecos interior.

Mecanizado de ranuras o huecos frontal.

Roscado exterior.

Roscado interior.

Como es lógico tendremos porta-herramientas verticales para el mecanizado exterior y

horizontales para el interior, para así poder acceder más fácilmente en los huecos.

Una vez hayamos seleccionado el soporte deseado, podremos personalizarlo. Para ello

podremos partir de una base de datos de herramientas de CATIA a la que podremos

acceder a través de la herramienta Search tool y seleccionando alguna de las bases de datos

que encontramos en Look in. Por ejemplo, si vamos a la base de datos

LatheInsertsAndHoldersSample tendremos una buena colección con 72 herramientas útiles

para los torneados.

Tras elegir la base desde la cual queremos partir, con una forma similar a la que deseamos,

podremos darle las proporciones necesarias. También se pueden dar medidas desde cero

con el porta-herramienta que viene por defecto, aunque con este paso podríamos

simplificarnos un poco el proceso.

Figura 4.16 - Portaherramientas

51

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

51

Con esto ya solo queda definir la herramienta. Para ello vamos a la tercera pestaña .

Ahora tendremos distintas herramientas con varias formas para elegir. En la imagen

siguiente vemos un esquema con todas las posibilidades.

Hay que tener en cuenta que no todas las operaciones son compatibles con las mismas

herramientas. CATIA nos limitará las herramientas disponibles según el porta-herramienta

que hayamos elegido. De forma esquemática tendremos las siguientes herramientas para

cada operación:

Torneados longitudinales:

Figura 4.17

Figura 4.18 – Herramientas de corte

Torneado de piezas en CATIA V5

52

Mecanizado de huecos o ranuras:

Roscados:

Al igual que con los porta-herramientas, se dispone de una base de datos de herramientas

que podremos utilizar. Aunque en este caso resulta más simple darle las características

deseadas directamente.

4.4.2 Herramientas de taladrado

Al entrar en la pestaña de Drilling y seleccionar la pestaña de las herramientas vemos que

existen diversas herramientas para utilizar en operaciones axiales.

La primera de todas ellas es la que se utilizará en todos los mecanizados que se incluyen en

este proyecto. Las otras serán de utilidad para realizar operaciones como chaflanados,

pequeños agujeros, taladros multidiámetro, etc…

4.5 Velocidades

Aunque no se hayan mencionado anteriormente, en las opciones de cada operación

podemos elegir la velocidad de movimiento de los carros así como la velocidad de giro del

husillo para mecanizar. Para ello, accederemos a la cuarta pestaña, .

Al abrir dicha pestaña accederemos a un menú como el de la derecha.

Figura 4.19 – Herramientas de operaciones axiales

53

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

53

Lo primero que se puede comprobar es que CATIA es capaz de calcular automáticamente

las velocidades tanto del husillo como del carro para llevar a cabo la operación

correctamente. En caso de que queramos introducir nuestras propias velocidades,

deberemos deseleccionar esta opción previamente. También se aprecia que podemos

añadirle velocidades tanto angulares como lineales.

El menú se divide en tres partes:

Feedrate: con ella definimos las

velocidades de avance. Vemos que se

pueden elegir muchas velocidades

distintas. Estas son para los distintos

tipos de movimientos; entrada, clavado,

mecanizado, salida y acabado.

Spindle Speed: aquí definiremos la

velocidad de giro del husillo.

Dwell: en caso de realizar un taladrado

podemos decidir si queremos que la

referencia de este sea el tiempo o el

número de revoluciones.

4.6 Macros

Las macros aunque no siempre sean necesarias, nos serán de gran utilidad para evitar

colisiones. Con ellas podemos elegir los caminos que realizará la herramienta al entrar o

salir. Existen algunas macros predefinidas aunque también podremos crear nuestras

propias macros.

Figura 4.19

Torneado de piezas en CATIA V5

54

Para definir las macros accedemos a través de la última pestaña del menú de cada

operación, . Las macros predefinidas son; directa, axial-radial y radial-axial. Si

elegimos alguna de ellas tan solo tendremos que elegir un punto desde el que comenzar la

trayectoria. En caso de que queramos hacer nuestro propio camino, elegiremos Build by user

y accederemos a un esquema como el siguiente.

En el esquema se aprecia que podemos añadir varios tipos de movimientos. Estos los

encontramos en la esquina inferior izquierda. Siguiendo el mismo orden que en la imagen

tendremos:

Movimiento tangencial.

Movimiento perpendicular.

Movimiento circular.

PP

Movimiento perpendicular a un plano.

Distancia en una dirección dada.

Movimiento hacia un punto.

En cuanto a los tres iconos inferiores, sirven para:

Eliminar todos los caminos.

Eliminar la trayectoria actual.

Copiar las trayectorias de esta macro en otras.

Por último debemos tener en cuenta que hay que activar la macro para que ésta tenga

efecto.

Figura 4.20

55

56

5 EJEMPLOS DE PIEZAS MECANIZADAS

A modo de ejemplo se ha realizado el mecanizado de varias piezas. Para ello se han

utilizado unas directrices siguiendo un programa de mecanizado. Dichos programas de

mecanizado los podemos encontrar en los anexos. Sin embargo, las medidas de las piezas

que se realizarán no se corresponden con las originales para que puedan ser mecanizadas

en un torno EMCOTURN 220.

Los procesos de mecanizado se han separado en fases. Cada fase se corresponde con una

distinta colocación de la pieza en la mordaza.

5.1 Ejemplo 1

En el primer ejemplo se realizará una pieza que precisará de mecanizado interior y exterior.

También se realizarán chaflanados en la mayoría de sus bordes. En la figura 5.1 y 5.2

podemos ver, respectivamente, la pieza representada en CATIA y su plano

correspondiente.

Figura 5.2 – Plano pieza 1 Figura 5.1 – Pieza 1

57

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

57

Los chaflanados tienen una profundidad de 0.8 mm. Excepto la interior de la parte superior

que será de 1.6 mm de profundidad. Todas tienen un ángulo de 45º.

Para realizar esta pieza se parte de una preforma cilíndrica de 25 mm de diámetro y 30 mm

de alto.

Esta pieza será mecanizada en dos fases con varias operaciones en cada una de ellas. A

continuación se explicará cada una de las fases tras una breve descripción de las

herramientas que se van a utilizar.

5.1.1 Herramientas

Antes de comenzar con el mecanizado se cree conveniente dar algunos detalles sobre las

distintas herramientas que se usarán en el proceso. Se utilizarán tres herramientas.

El taladro tendrá un diámetro de 17 mm y una longitud de 66 mm.

Para el mecanizado exterior se utilizará un porta-herramienta vertical y la herramienta de

corte será en forma de diamante.

Para el mecanizado interior el porta-herramienta tendrá posición horizontal y se utilizará la

Figura 5.3 - Taladro

Ejemplos de piezas mecanizadas

58

misma placa de corte que en el mecanizado exterior.

En las siguientes imágenes vemos unos esquemas de los dos porta-herramientas.

5.1.2 Fase 1

Colocaremos la pieza en el plato de garras

con éstas posicionadas a 25 mm del centro.

En esta fase se va a mecanizar la parte

superior de la pieza (tomando como

referencia la figura 5.1). En la siguiente

imagen se puede ver cómo quedaría.

La primera operación que se realiza es un

taladrado. Con esta maniobra se pretende

facilitar futuros mecanizados interiores.

El taladrado tendrá un diámetro de 17 mm

y una profundidad de 30 mm, de forma que

Figura 5.6 – Montaje en la fase 1

Figura 5.4 - Exterior Figura 5.5 - Interior

59

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

59

llegue hasta el final de la pieza. Se iniciará el movimiento desde 10 mm de la superficie.

Se definirá una velocidad de giro constante con una rotación del husillo de 850 rpm y la

velocidad de avance será de 5 mm/rev.

Posteriormente se ha procedido con el mecanizado exterior. Se comienza con un refrentado

que ha sido llevado a cabo en dos fases, una de desbaste y otra de acabado. Para realizar

estas operaciones se hará uso de la herramienta T01, encargada de los mecanizados

exteriores.

El refrentado de desbaste consistirá en una sola pasada de 1.5 mm de profundidad que se

iniciará a 1 mm de separación de la pieza y se terminará a 15 mm del eje de revolución de

la pieza, donde ya no quedará material. La velocidad de giro del husillo será de 225 rpm

mientras que la velocidad de avance será de 0.2 mm por revolución.

El acabado también tendrá una sola pasada, aunque se disminuirá su profundidad a 1 mm.

Al igual que antes irá desde 1 mm de separación por el exterior hasta acercarse a 15 mm

del eje de revolución de la pieza. Se elegirá la misma velocidad del husillo que para el

desbaste, sin embargo, reduciremos la velocidad de avance de la herramienta para obtener

Figura 5.7 – Final de taladrado

Ejemplos de piezas mecanizadas

60

un mejor acabado a 0.15 mm/rev.

Una vez realizados los refrentados, se hará un cilindrado. Éste se realizará en una única

operación que consistirá en una sola pasada. Esta pasada se hará a una profundidad de

1.25 mm en el borde paralelo al eje de revolución, mientras que en el eje Z se moverá desde

el exterior de la pieza a 1.5 mm hasta penetrar 15.5 mm en el material. Se mantendrá una

velocidad de 225 rpm en el husillo y 0.15 mm/rev para el avance.

Tras realizar los refrentados y el cilindrado, tendremos la situación de la figura 5.5.

Tras realizar todos los mecanizados exteriores de la fase 1 se seguirá con los interiores. Para

ello se hará un cambio de herramientas. Se usará la T06 desde ahora hasta el final de la fase.

En primer lugar se realizará un cilindrado interno. Hay que tener especial cuidado con esta

operación ya que posiblemente sea la más delicada. Esto es así por las probabilidades que

Figur 5.8 – Final de cilindrado

61

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

61

hay de que la herramienta tenga colisiones indeseadas y que puedan pasar desapercibidas

si no se comprueba debidamente.

El cilindrado completo se hará en cinco pasadas. Cada pasada irá desde el exterior de la

pieza hasta el final de ésta. Para evitar colisiones se elegirá un ángulo de retirada de la

herramienta de 2 grados en cada pasada. Esto puede verse en la figura 5.6, vemos en verde

la trayectoria en la que está mecanizando y en azul el retorno para comenzar la siguiente

pasada.

La velocidad será la misma para todas las pasadas. El husillo se ajustará a 140 rpm

mientras que la velocidad de avance será de 1.5 mm/rev.

La última operación de la fase 1 consistirá en un chaflanado interior. Dicho chaflanado

tendrá un ángulo de 45 grados y una profundidad de 1.6 mm. Para realizarlo

seleccionaremos el modo Parallel Contour.

Figura 5.9 – Estrategia de cilindrado interior Figura 5.10 - Mecanizado interior

Ejemplos de piezas mecanizadas

62

La velocidad de rotación del husillo se mantendrá igual. Sin embargo se reducirá la

velocidad de avance de la herramienta a 0.15 mm/rev.

Al final de la fase 1 se tendrá el siguiente resultado:

5.1.3 Fase 2

Una vez finalizada la fase 1 ya tendremos completado el mecanizado de la mitad superior

de la pieza. Por tanto, habremos de sacar ésta del plato de garras y cogerla ahora por el otro

extremo para completar la otra parte.

En la siguiente página podemos apreciar cómo quedaría el montaje de esta pieza.

Figura 5.11 – Geometría tras la fase 1

63

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

63

Figura 5.12 –Montaje en fase 2

Primero se realizará un refrentado. Procederemos de igual forma que en la fase 1. Primero

se hará un refrentado de desbaste y luego uno de acabado.

El refrentado de desbaste tendrá una profundidad de 2.5 mm y se iniciará con una

separación de 1 mm del borde de la pieza y se finalizará a 15 mm del centro. Para esta

maniobra se definirá la velocidad del husillo como 225 rpm y la velocidad de avance de la

herramienta será de 0.25 mm/rev.

Para el acabado se disminuirá la profundidad de la pasada a 1.5 mm y también se reducirá

la velocidad de avance de la herramienta a 0.2 mm/rev. Para todo lo demás se mantendrán

los valores de la pasada de desbaste.

Posteriormente se realizará el cilindrado. El cilindrado ahora será de mayor profundidad

que en la fase 1, por lo que lo dividiremos en dos etapas, una de desbaste y un acabado.

Ejemplos de piezas mecanizadas

64

El cilindrado de desbaste se compondrá de

dos pasadas con una profundidad máxima de

corte de 1 mm. La herramienta se moverá

desde una separación de 2 mm por el exterior

en el eje Z hasta penetrar 16.5 mm en el

material en dicho eje. La velocidad de rotación

del husillo se mantendrá igual que para el

refrentado. La velocidad de avance para estas

dos pasadas será de 0.25 mm/rev.

El acabado consistirá en una pasada con una profundidad de 1 mm también. Todos los

valores se mantendrán iguales a las pasadas de desbaste excepto la velocidad de avance

que se reducirá a 0.2 mm/rev.

Para terminar de realizar todas las operaciones

exteriores aún quedaría realizar dos biselados.

Ambos tendrán una profundidad de 0.8 mm y un

ángulo de 45 grados. Se programará la operación

dándole una superficie de mecanizado superior a

la que realmente tendrá, consiguiendo así que no

quede material remanente. Podemos ver un detalle

del mecanizado de uno de los biseles en la figura

5.11. La velocidad a la que se llevará a cabo se mantendrá igual que en la maniobra

anterior. Se realizará primero el bisel más alejado de la mordaza y luego el más cercano.

Figura 5.13 - Cilindrado

Figura 5.14 – Detalle de biselado

exterior

65

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

65

Tras esto se realizará el mecanizado interior. Esté se realizará en una sola pasada utilizando

la opción Profile Finish Turning. En esta pasada se mecanizará tanto el bisel interior como

también se realizará un cilindrado interior a continuación de este. En las imágenes

siguientes vemos el perfil que seguirá la herramienta y un momento de la operación de

cilindrado.

Con esto se habrá finalizado el mecanizado de la pieza. Ahora podemos comprobar que la

pieza cumple con las medidas del diseño. Para ello accederemos a las opciones de analasis

desde las opciones de simulación. Vemos que para una tolerancia de 0.18 mm la pieza

cumple con todos los requisitos. Sin embargo, si vamos bajando la tolerancia aparecen

algunas zonas que no cumplen. Curiosamente, dichas zonas se corresponden con aquellas

que vienen de la fase 1, y que han sido directamente dibujadas en CATIA. Los fallos que

realmente son achacables al mecanizado no se producen hasta reducir la tolerancia a 0.02

mm donde habrá algún material sobrante en el mecanizado exterior. Si reducimos a 0.01

mm aparece material sobrante en todo el cilindrado exterior y además empiezan a aparecer

Figura 5.15 -Perfil de

mecanizado interior

Figura 5.16 – Mecanizado interior final

Ejemplos de piezas mecanizadas

66

los variaciones respecto al diseño en la cara interior, En las siguientes imágenes podemos

ver la representación para cada uno de estos casos.

5.2 Ejemplo 2

En este ejemplo se pretende simular el mecanizado de una pieza con una geometría más

complicada que la del caso anterior. En las figuras 5.14 y 5.15 podemos ver,

respectivamente, la pieza representada en CATIA y su plano correspondiente. Ahora,

además se realizará un roscado interior de la pieza.

Figura 5.17 – Análisis de mecanizado.

67

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

67

Todos los biselados son de 1 mm de profundidad y forman un ángulo de 45 grados.

En la imagen del plano se ve una zona marcada en azul. Dicha zona se corresponde con el

roscado interior de la pieza. Se trata de un roscado de 35 mm de diámetro y con 2 mm de

paso de roscado..

Al igual que en el caso anterior se hará el mecanizado en dos fases de acuerdo al montaje

Figura 5.19 – Plano pieza 2

Figura 5.18 – Pieza 2

Ejemplos de piezas mecanizadas

68

de la pieza.

5.2.1 Herramientas

En este caso solo será necesario describir una nueva herramienta ya que se volverá a hacer

uso de las tres herramientas de la pieza anterior.

Además se añadirá una nueva herramienta que será necesaria para el realizar la rosca, en el

gráfico podemos ver algunos detalles de ésta.

5.2.2 Fase 1

Empezaremos el mecanizado por la parte que será más ancha y recta para así facilitar la

cogida en la siguiente fase. En la imagen siguiente vemos cómo quedaría una vez

montado.

Figura 5.20 – Portaherramientas y placa de corte para roscado.

69

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

69

Al igual que en el mecanizado anterior empezaremos con un taladrado en el centro de la

pieza. Al utilizar la misma herramienta, se volverá a realizar un agujero de 17 mm de

diámetro. La trayectoria de la herramienta irá por el eje de revolución y se moverá desde

2.5 mm de separación por su parte exterior hasta penetrar toda la pieza y sobresalir 2.5 mm

por su parte trasera. Es decir, recorrerá una distancia total de 30 mm. La velocidad de giro

del husillo se establecerá a 850 rpm y la velocidad de avance del taladro será de 0.15

mm/rev.

Tras realizar el taladrado se cambia la herramienta por la de mecanizado exterior y

posteriormente se procede a refrentar la pieza, eliminando los 2.5 mm que le sobran por la

parte delantera. Como siempre se empezará la operación dándole un margen exterior, en

este caso la herramienta comenzará su recorrido a 33 mm del centro. Como la parte central

ya ha sido taladrada tan solo se desplazará la herramienta hasta los 15 mm de distancia al

centro, dejando así 2 mm de margen. Para el refrentado se bajará la velocidad del husillo

hasta las 220 rpm. La velocidad de avance de la herramienta será de 0.25 mm/rev.

Figura 5.21 - Montaje en fase 1

Ejemplos de piezas mecanizadas

70

Para terminar con el mecanizado exterior, hay que realizar una operación de biselado y

seguidamente a ésta un cilindrado, todo en una única pasada. Sin embargo, se nos pide que

la velocidad sea distinta en cada operación, por tanto tendremos que distinguir entre las

dos operaciones en CATIA. Para ello se han realizado dos Profile finish turning en el que

coincida el punto de salida de un paso y de entrada del otro. En caso de que hubiera algún

problema, que no se ha dado, habría que hacer uso de las macros para conseguirlo. En

ambos casos se ha seguido manteniendo la velocidad de corte del refrentado.

La velocidad de avance de la herramienta se ha establecido como 0.25 mm/rev para el

biselado y 0.1 mm/rev para el cilindrado. En la siguiente imagen vemos un detalle de la

operación de cilindrado.

Tras el cilindrado se comenzará con el mecanizado interior. En primer lugar se realizarán

dos cilindrados interiores.

Como es lógico, se comenzará con el cilindrado del agujero de menor diámetro. Para ello

Figura 5.22 – Final del mecanizado exterior

71

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

71

definiremos una profundidad de pasada máxima de 2 mm. Con esta característica

obtendremos una operación que necesitará de 5 pasadas de 1.7 mm.

A continuación se procederá con el agujero de mayor diámetro, el situado más al exterior.

La profundidad máxima ahora se ampliará a 2.5 mm. El resultado serán 4 pasadas de 2.25

mm cada una.

En la imagen siguiente se puede apreciar el trazado que realiza la herramienta para cada

caso.

Para ambos casos se fijará la velocidad de giro del husillo a 140 rpm y la de avance de la

herramienta a 0.2 mm/rev.

Por último quedarán por realizar dos biselados para terminar el mecanizado interior de la

primera fase.

Se empezará por el biselado exterior y posteriormente se pasará al otro. En ambos casos se

dará una distancia extra tanto a la entrada como a la salida siendo ésta notablemente

mayor al resto en la entrada al primer biselado.

Figura 5.23 – Estrategia de cilindrado interior.

Ejemplos de piezas mecanizadas

72

Finalmente obtendremos una pieza como la de la figura 5.20 con la que podremos empezar

a realizar la fase 2.

5.2.3 Fase 2

Tras completar el mecanizado de la fase 1 se coloca la pieza al revés para continuar con el

resto del proceso. En la siguiente imagen vemos la pieza colocada.

Figura 5.24 – Resultado al final de fase 1

Figura 5.25 – Montaje en fase 2

73

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

73

Comenzaremos esta fase con un refrentado ya que se tiene 1.75 mm de material sobrante

en esta cara. Como siempre, se empezará la operación desde una distancia mayor que la

del stock, en este caso a 32 mm del centro y se mecanizará hasta llegar a 15 mm del centro

donde ya no debería quedar material tras la primera fase. Las velocidades para este paso

serán de 220 rpm para el husillo y 0.25 mm/rev para el avance de herramienta.

Tras el refrentado se realizarán dos cilindrados con distinta profundidad.

El primer cilindrado que tiene una longitud de 12 mm más un margen de 2 mm por el

exterior tendrá 2 mm de profundidad y se realizará mediante dos pasadas de 1 mm cada

una.

El segundo cilindrado será de una longitud de 2 mm, además del margen para la correcta

entrada de la herramienta y se realizará con una profundidad total de 3 mm. Esto se

conseguirá con tres pasadas de 1 mm.

En ambos casos se tendrá una velocidad de

herramienta de 0.15 mm/rev. La velocidad

del husillo seguirá siendo la misma que

para el refrentado, 220 rpm.

A continuación se realizará el biselado. Para

ello se mantendrá la velocidad del husillo

anterior y la velocidad de avance de la

herramienta.

Por último solo queda realizar el

torneado de la curva que se aprecia en la

figura 5.22. Para ello se elegirá un Profile

Figura 5.26 – Detalle de mecanizado exterior

Ejemplos de piezas mecanizadas

74

Finish Turning. Un detalle importante de esta operación es la elección de la tolerancia que

deseamos. Para acceder a esta opción iremos a la pestaña Machining dentro de las

propiedades. La última opción nos permite elegir la tolerancia. Si cambiamos los valores

vemos como se añaden o disminuyen los pasos que tendrá el trazado. En nuestro caso se

ha elegido 0.005 mm de tolerancia lo que da 22 pasos como resultado.

Tras completar el mecanizado de la parte redondeada se habrá terminado con todo el

torneado exterior.

El torneado interior constará de un cilindrado de acabado con un biselado a continuación y

por último un roscado.

En primer lugar se hará la operación de cilindrado + biselado. Para ello, como se explicó

anteriormente, hay que prestar especial atención a que la herramienta realice un

movimiento continuo en la transición. En este caso resultará más sencillo ya que el

programa de mecanizado nos pide que se lleven a cabo a la misma velocidad. Por este

motivo se podrá realizar en una única operación de contorneado. La herramienta seguirá

una trayectoria que irá desde la parte más exterior hacia la más interior, o lo que es lo

mismo, se comenzará por el biselado para

posteriormente pasar al cilindrado.

La velocidad de rotación del husillo a lo largo de la

operación será de 140 rpm y la velocidad de avance de

la herramienta de 0.15 mm/rev.

Para terminar con el mecanizado de la pieza se va a

realizar el roscado. Para este propósito se utilizará la

opción Thread Turning. Se elegirá un perfil tipo ISO y Figura 5.27 - Roscado

75

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

75

un paso de 1.5 mm. La velocidad de giro del husillo se establecerá como 520 rpm.

Tras completar el roscado habremos terminado el mecanizado de esta pieza. En las

siguientes imágenes vemos los resultados obtenidos. A diferencia del ejemplo anterior, no

se ha realizao un análisis ya que surgen problemas en las zonas donde hay esquinas

redondeadas. Esto ocurre en todas las piezas que contienen dicha geometría.

5.3 Ejemplo 3

Como último ejemplo se propone una pieza de mayor complejidad. Además se le añadirá

una operación de ranurado, que no se ha visto en las anteriores. En las siguientes imágenes

vemos la pieza modelada en CATIA y un plano de ésta.

Figura 5.28 – Final pieza 2

Ejemplos de piezas mecanizadas

76

Los biselados serán de 1 mm y 45 grados en todos los casos. El roscado se realizará en la

superficie marcada en azul y será de 37.5 mm de diámetro y 1.5 mm de paso.

Se partirá de un stock cilíndrico de 75.5 mm de alto y 50 mm de diámetro.

Figura 5.29 – Pieza 3

Figura 5.30 – Corte pieza 3

77

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

77

Al igual que en los ejemplos anteriores se tendrán dos fases. Antes de comenzar con el

desarrollo del mecanizado, se indicarán algunos detalles de las herramientas utilizadas.

5.3.1 Herramientas

Para este ejemplo se va a utilizar un nuevo tipo de herramienta para realizar el ranurado.

La característica del porta-herramientas es que tiene una zona alargada y delgada con la

que poder acceder a ranuras profundas sin alterar el resto de la pieza. En la imagen

siguiente vemos un esquema del porta-herramientas a utilizar. A la derecha de ésta

también vemos un esquema de la nueva broca, que será distinta a la anterior.

En cuanto al resto de herramientas, serán iguales en forma a las anteriores aunque

presentan algunas variaciones en el tamaño.

5.3.2 Fase 1

Como en los casos anteriores, se empieza mecanizando la zona que quedará más ancha y

que además es cilíndrica.

Figura 5.31 –Porta-herramientas

ranurado

Figura 5.32 – Broca T2

Ejemplos de piezas mecanizadas

78

La colocación de la pieza puede verse en la figura de la página siguiente.

La primera operación que se va a llevar a cabo, al igual que en los demás casos, es un

taladrado. El taladro se introducirá como siempre a la altura del eje de la pieza. En este caso

no se llevará hasta el fondo sino que solo se introducirá una distancia de 42.5 mm en el

interior del material (sin contar la parte cónica de la herramienta). La velocidad de giro del

husillo se establecerá a 400 rpm y la velocidad de avance del taladro se mantendrá

constante a 0.2 mm/rev.

A continuación se realizará un refrentado, que se realizará hasta la superficie más extrema

de la pieza final. Esto se realizará mediante una única pasada que tendrá 1.25 mm de

profundidad. La velocidad del husillo será de 225 rpm mientras que la herramienta

Figura 5.33 – Montaje pieza 3 en fase 1

79

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

79

avanzará 0.2 mm por revolución.

Tras el refrentado se realizarán dos cilindrados.

El primer cilindrado tendrá un diámetro de 47.5 mm y avanzará 30 mm en el eje Z, de los

cuales sólo en 28 mm se eliminará

material, siendo los 2 mm primeros de

margen de seguridad. Para llevarlo a cabo

se realizarán 2 pasadas con una

profundidad de 0.875 mm cada una

(realmente se ha seleccionado 1 mm de

profundidad máxima y el programa

realiza dos pasadas iguales

automáticamente). La velocidad de avance

de la herramienta será de 0.1 mm/rev y no

se cambiará la velocidad del husillo

respecto a la del refrentado.

El segundo cilindrado tendrá un diámetro de 40 mm y su profundidad en el eje Z será de 9

mm. El desplazamiento total será algo superior como siempre. En este caso se van a

realizar 4 pasadas, ya que la cantidad de material es mayor. Para ello ajustaremos el

máximo de cada pasada a 1 mm, igual que en el caso anterior. Las velocidades se

mantendrán iguales.

Para terminar con el mecanizado exterior de esta fase quedan por realizar el chaflanado y

redondeado de las esquinas. Se realizarán ambas operaciones mediante un Profile finish

turning. La velocidad de giro del husillo seguirá siendo la misma que en las operaciones

anteriores y la velocidad de avance de la herramienta será de 0.1 mm/rev para el

chaflanado y de 0.15 mm/rev para el redondeado.

Figura 5.34 – Final de mecanizado exterior

Ejemplos de piezas mecanizadas

80

El mecanizado interior se comenzará con un

cilindrado. El cilindrado será de un

diámetro de 13 mm y llegará hasta una

profundidad de 20 mm en el eje Z. Para

realizarlo se llevarán a cabo dos pasadas de

1 mm cada una. La velocidad de giro del

husillo se mantendrá a 225 rpm mientras

que la velocidad de avance será de 0.1

mm/rev.

A continuación habrá que mecanizar la zona interior que incluye una esquina redondeada,

que vemos a la izquierda. Para realizarlo, en primer lugar se hará un cilindrado de 17 mm

de diámetro hasta alcanzar la zona en la que comienza la circunferencia (podemos ver la

operación en la figura 5.30) de la esquina. A continuación se completará otro cilindrado de

25 mm de diámetro con una profundidad de 8 mm, que es donde comenzaría la esquina.

Para esta operación se establecerán pasadas con una profundidad máxima de1.5 mm.

Posteriormente se realizará una operación de acabado en la que se mecanizará la esquina.

Para los cilindrados se utilizarán las mismas velocidades que en el cilindrado anterior.

Mientras que para la esquina se cambiará la velocidad de avance a 0.2 mm/rev.

Por último quedaría realizar un chaflanado en la superficie exterior. Para ello se utilizarán

las velocidades mismas de los cilindrados.

Tras realizar estas operaciones quedaría completada la fase 1 del mecanizado de esta pieza.

En las siguientes imágenes vemos cómo ha quedado la pieza tras realizarle las operaciones

de esta fase.

Figura 5.35 – Mecanizado esquina

interior

81

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

81

5.3.3 Fase 2

En esta fase se completará el mecanizado de la pieza. Se montará la pieza sujeta por el otro

lado. Podemos ver dicho montaje en la figura 5.33.

La primera operación que se realizará será un taladrado, ya que éste no se realizó a lo largo

Figura 5.36 – Final fase 1

Figura 5.37 – Montaje pieza 3 en fase 2

Ejemplos de piezas mecanizadas

82

de toda la pieza en la fase anterior. El taladro se introducirá en la pieza una distancia de

43.75 mm en el eje de simetría de la pieza. Con esta distancia queda asegurado que se unirá

con el hueco ya realizado en la fase 1. La velocidad de rotación del husillo será de 400 rpm

y la velocidad de avance del taladro será constante de 0.2 mm/rev.

Una vez terminada la operación de taladrado se pasará a realizar el mecanizado exterior.

Se comenzará el mecanizado exterior con un refrentado que penetrará a 1.75 mm de

profundidad y tan solo tendrá una pasada. En este caso no hará falta realizar la pasada

hasta el centro ya que habrá material previamente eliminado. Se ajustará la velocidad de

rotación del husillo a 225 rpm y la velocidad de avance a 0.2 mm por revolución.

A continuación se hará un cilindrado en el que se eliminará una cantidad de material

bastante considerable. El cilindro final que se pretende obtener tendrá un diámetro de 37.5

mm y se partirá de la preforma con 50 mm de diámetro. Para eliminar todo el material se

realizarán 5 pasadas de 1.25 mm de profundidad. La distancia total en cada pasada será de

51 mm más lo que se decida dar de margen. La velocidad para la herramienta será de 0.1

mm por revolución en todos los casos.

El siguiente cilindrado tendrá un

recorrido de 26.5 mm y se realizará con

un diámetro final de 32.5 mm. Se

llevarán a cabo dos pasadas de 1.25 mm

cada una. La velocidad será idéntica a la

del primer cilindrado.

Después del cilindrado se realizará el

cono del extremo. Para realizarlo se Figura 5.38 – Mecanizado de cono

83

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

83

precisará de dos pasadas que se realizarán utilizando la opción parallel contour. Se seguirá

manteniendo la velocidad de las operaciones anteriores. Podemos ver en la ilustración 5.33

el mecanizado del cono.

Tras esto se mecanizarán los dos chaflanados en los bordes más exterior y más interior de

la pieza. Para su mecanizado también se utilizarán las mismas velocidades.

Con esto se habrán realizado todos los mecanizados con esta herramienta. A continuación

habrá que realizar los ranurados y el roscado para completar las operaciones de

mecanizado exterior. Estas operaciones las podemos realizar fácilmente con las

herramientas enseñadas en el punto 5.3.1 y haciendo uso de las operaciones Groove Turning

y Thread Turning. La velocidad de giro del husillo se ha establecido a 100 rpm para el

ranurado y 600 rpm para el roscado. A continuación podemos ver unas imágenes de cada

operación.

Con esto quedaría finalizado el mecanizado exterior y ya podemos continuar con el

interior.

El mecanizado interior constará de una única operación de cilindrado y mecanizado de

Figura 5.39 – Operaciones de ranurado (izquierda) y roscado (derecha)

Ejemplos de piezas mecanizadas

84

cono que se realizará de forma conjunta. Para completarla se realizarán un total de 4

pasadas. La velocidad utilizada será 125 rpm para el husillo y 0.1 mm/rev para la

herramienta.

En las siguientes imágenes podemos ver el resultado final.

5.4 Otros ejemplos

Además de los ejemplos anteriores, realizados a partir de los códigos ISO que se

encuentran en los anexos, se han realizado otras piezas que puedan servir en un futuro con

fines didácticos. En total se incluirán cuatro piezas más de complejidad progresiva.

Para estos ejemplos se incluirá una menor descripción del proceso, en cambio se aportará

una mayor aportación gráfica.

5.4.1 Ejemplo 4

La primera pieza que se realizará será bastante simple. Se podrá realizar con tan solo un

refrentado y tres cilindrados.

Figura 5.40 – Resultado final pieza 3

85

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

85

En las siguientes imágenes podemos ver algunas de estas operaciones.

Como se aprecia en la imagen, con tan solo estas cuatro operaciones se ha podido

mecanizar la pieza de forma satisfactoria.

Figura 5.41 – Pieza 4

Figura 5.42 – Operaciones de mecanizado pieza 4

Ejemplos de piezas mecanizadas

86

5.4.2 Ejemplo 5

En este caso también se podrá realizar el mecanizado en una sola fase. Sin embargo, en

estas piezas se aumentará un poco la complejidad de la pieza, ya que se le añadirán perfiles

curvos a la pieza.

Para el mecanizado de la pieza se comenzará con un refrentado, a continuación se realizará

un cilindrado. Para terminar se contornearán las dos curvas que se aprecien en el perfil,

comenzando con la frontal.

En las imágenes siguientes se ilustran las operaciones comentadas en el párrafo anterior.

Figura 5.43 - Pieza 5

Figura 5.44 – Primeras peraciones de mecanizado

87

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

87

Se puede apreciar en las imágenes la necesidad de utilizar una herramienta diferente en la

última operación. Esto ha tenido que hacerse así para evitar colisiones al mecanizar.

5.4.3 Ejemplo 6

En este ejemplo se añade algo más de complejidad añadiéndole operaciones de

mecanizado interior. Además se tendrá que realizar el mecanizado en dos fases, como ya se

hizo en los tres primeros ejemplos, ya que ahora se tendrán que mecanizar los dos

extremos de la pieza.

En la primera fase se mecanizará el extremo cilíndrico y el ranurado junto a éste. Para ello

se hará un refrentado, a continuación una operación de cilindrado y por último el

ranurado.

Figura 5.45 – Últimas operaciones de mecanizado pieza 5

Figura 5.46 – Pieza 6

Ejemplos de piezas mecanizadas

88

A continuación se seguirá con el mecanizado del otro extremo. En este caso se realizará

tanto mecanizado exterior como interior.

En primer lugar se comenzará con el mecanizado exterior, se procederá con una operación

de refrentado, seguida de una de cilindrado y para terminar se realizará el cono.

Para mecanizar el interior de la pieza se comenzará con un taladrado. Posteriormente se

llevará a cabo un cilindrado interior y después dos perfilados, concluyendo así el proceso

de fabricación.

Figura 5.47 – Mecanizado fase 1

Figura 5.48 – Mecanizado exterior en la fase 2

89

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

89

5.4.4 Ejemplo 7

Por último se realizará el mecanizado de una pieza similar a una reina de ajedrez. Esta

pieza es la más compleja de todas, aunque el mecanizado interior será sencillo. También

tendrá que realizarse en dos fases. Podemos ver la pieza en la siguiente imagen.

Figura 5.49 – Mecanizado interior en la fase 2

Figura 5.50 – Pieza 7

Ejemplos de piezas mecanizadas

90

Se comenzará mecanizado el extremo inferior de acuerdo a la figura 5.45. Se comenzará por

este lado ya que después se pretende utilizar el saliente cilíndrico como sujeción para la

fase 2.

La primera operación que se va a ejecutar será un refrentado, posteriormente se seguirá con

un cilindrado y para terminar se realizará el contorno de la mitad de la pieza.

En la segunda fase se llevaran a cabo un total de seis operaciones. Para el mecanizado

exterior se seguirán los mismos pasos que en la fase 1, es decir; refrentado, cilindrado y por

último el contorneado del perfil.

Figura 5.51 Mecanizado fase 1

91

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

91

Para terminar se realizará el mecanizado interior. Se comenzará con un taladrado que

facilitará la siguiente operación de cilindrado. Por último se hará un acabo con Profile finish

turning.

Figura 5.52 – Mecanizado exterior fase 2

Figura 5.53 – Operación de taladrado de fase 2

Ejemplos de piezas mecanizadas

92

Figura 5.54 – Últimas operaciones mecanizado interior fase 2

93

94

6 CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS

En este proyecto se ha desarrollado el modelado de un torno de control numérico en el

programa CATIA V5, así como la simulación de mecanizado de varias piezas. Se presentan

a continuación las principales conclusiones que se obtienen de este y futuros trabajos que

pueden surgir a través de éste.

6.1 Conclusiones

El principal objetivo de este proyecto era el modelado del torno de control numérico

EMCOTURN 220. A pesar de que se ha realizado satisfactoriamente el modelado de

acuerdo al aspecto gráfico, a la hora de realizar simulación no se han conseguido los

resultados deseados. No se ha conseguido descubrir cuál es el origen de este error.

La decisión de suplir el fallo a la hora de realizar la simulación por la realización de una

documentación algo más detallada sobre el módulo de Lathe machining puede ser bastante

provechosa para cualquiera que trabaje con él en un futuro. Esto es así porque la mayoría

de la información que se encuentra en los distintos medios trata sobre el Prismatic

machining, sin embargo hay poco sobre el módulo que nos ocupa.

En cuanto al simulado de mecanizado de las piezas, se han conseguido los objetivos

planteados al principio del proyecto. Se han tratado distintos tipos de operaciones con una

intención de dar aportar material útil de carácter docente.

6.2 Trabajos futuros

El principal trabajo futuro que surge al realizar este proyecto es lograr una solución que

permita realizar el simulado de la máquina en el mecanizado de pieza. De esta forma se

podría hacer un uso más provechoso de los trabajos aquí realizados.

95

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

95

Otro posible trabajo sería la realización de una documentación como la que aquí se

encuentra para otros tipos de mecanizados o funciones del programa que no sean

fácilmente accesibles por otros medios.

96

97

REFERENCIAS

[1] Rubén Moreno Cobos (2014) Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de

mecanizado en un torno paralelo. Proyecto fin de carrera. Escuela Técnica Superior de

Ingenieros. Universidad de Sevilla.

[2] Modo de Empleo EMCOTURN 220. Edición 89-11.

[3] Dassault Systèmes. (n.d.). CATIA Documentation Version 5 Release 19. Obtenida de

http://www.maruf.ca/files/catiahelp/CATIA_P3_default.htm.

98

99

ANEXO

A continuación podemos ver los códigos de los que se ha partido para realizar los 3

ejemplos que se detallan en el apartado 5 de este documento. Cabe indicar que entre

los datos del código y las medidas finales utilizadas en las piezas creadas hay algunas

diferencias. Estas diferencias han sido necesarias puesto que se pretende crear piezas

realizables en el torno real EMCOTURN 220. Sin embargo, los procesos realizados

son exactamente los mismos para ambos casos.

Pieza 1

Realizar el programa de mecanizado para la pieza representada en el plano.

Material F114

Dureza HB 181 207

Pieza bruta 100 30 mm

Biseles 1 45º

Código:

Fase 1 % O010 N010 G54 G90 X270 Z25 T0400 N020 G97 S850 M04 M08 N030 G00 X0 Z10 T0404 N040 G95 G01 Z7 F5 N050 Z-35 F1

Anexo

100

N060 G00 Z7 N070 G00 X270 Z25 T0400 M05 N080 X270 Z150 T0100 N090 G96 S225 M03 N100 G00 X102 Z-1.5 T0101 N110 G95 G01 X30 F0.2 N120 G00 Z2 N130 G00 X102 Z-2.5 N140 G01 X30 F0.15 N150 G00 Z2 N160 G00 X97.5 N170 G01 Z-15.5 F0.15 N175 G01 X102 N180 G00 X270 Z150 T0100 N190 X288 Z90 T0600 N200 G96 S140 M03 N210 G00 X40 Z4 T0606 N220 G95 G01 Z-32 F1,5 N230 G00 X38 Z1.5 N240 X46 N250 G01 Z-32 N260 G00 X44 Z1.5 N270 X52 N280 G01 Z-32 N290 G00 X50 Z1.5 N300 X58 N310 G01 Z-32 N320 G00 X56 Z1.5 N330 X64 N340 G01 Z-32 N350 G00 X62 Z1.5 N360 X75 N370 G01 X62 Z-5 F0.15 N380 G00 Z5 M09 N390 G00 X288 Z90 T0600 M05 N400 M00 G53 Fase 2 N410 G55 X270 Z150 T0100 N420 G96 S225 M03 M08 N430 G00 X102 Z-1.5 T0101 N440 G95 G01 X58 F0.25 N450 G00 Z2 N460 G00 X102 Z-2.5 N470 G01 X58 F0.2 N480 G00 X98 Z2 N490 G01 Z-16.5 F0.25 N495 G01 X100 N500 G00 X96 Z2 N510 G01 Z-16.5 F0.25 N515 G01 X100 N520 G00 X90 Z1.5 N530 G01 Z-16.5 F0.2 N540 G01 X100 N550 G00 X80 Z1.5

101

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

101

N560 G01 X92 Z-4.5 N570 G00 X96 Z-15.5 N580 G01 X100 Z-18.5 N590 G00 X270 Z150 T0100 N600 X288 Z90 T0600 N610 G96 S140 M03 N620 G00 X75.015 Z1.5 T0606 N630 G95 G01 X65.015 Z-3.5 F0.15 N640 Z-32 F0.15 N650 G00 X63 Z5 M09 N660 G00 X288 Z90 T0600 M05 G53 N670 M30 %

Anexo

102

Pieza 2

Realizar el programa de mecanizado para la pieza representada en el plano

Material F114

Dureza HB 181 207

Pieza bruta 125 50 mm

Biseles 1 45º

Código:

Fase 1 % N010 G54 G90 X270 Z25 T0400 N020 G97 S850 M04 M08 N030 G00 X0 Z10 T0404 N040 G95 G01 Z5 F1 N050 Z-52 F0.15 N060 G00 Z10 N070 G00 X270 Z25 T0400 M05 N080 X270 Z150 T0100 N090 G96 S220 M03 N100 G00 G42 X132 Z-2.5 T0101 N110 G95 G01 X30 F0.25 N120 G00 X113 Z1.5 N130 G01 X123 Z-3.5 F0.1 N140 Z-27.5 F0.25 N145 X127 N150 G00 G40 X270 Z150 T0100 N160 X288 Z90 T0600 N170 G96 S140 M03 N180 G00 G41 X32 Z10 T0606 N190 G95 G01 Z2 F1 N200 G84 X66 Z-52 D34000 F0.2

103

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

103

N210 G00 X64 Z2 N220 G84 X100 Z-17.5 D35000 F0.2 N230 G00 X110 Z1.5 N240 G01 X98 Z-4.5 F0.15 N250 G00 X73.5 Z-18.5 F1 N260 G01 X64 Z-23.25 F0.15 N270 G00 X62 Z5 M09 N280 G00 G40 X288 Z90 T0600 M05 N290 M00 G53 Fase 2 N300 G55 X270 Z150 T0100 N310 G96 S220 M03 M08 N320 G00 G42 X128 Z-2.5 T0103 N330 G95 G01 X44 F0.25 N340 G00 X129 Z2 N350 G84 X121 Z-26.5 D32000 F0.15 N355 G00 X122 Z0.5 N360 G84 Z-5.5 X121 D32000 F0.15 N370 G00 X78 Z1.5 N380 G01 X90 Z-4.5 F0.15 N390 G00 X100 Z-6.5 N400 G03 X120 Z-16.5 I0 K-10 N410 G00 X122 N420 G00 G40 X270 Z150 T0100 N430 X288 Z90 T0600 N440 G96 S140 N450 G00 G41 X78.5 Z1.5 T0606 N460 G95 G01 X66.5 Z-4.5 F0.15 N470 Z-40 N480 G00 X66 Z5 N490 G00 G40 X288 Z90 T0600 M05 N500 X304 Z97 T0800 N510 G97 S520 M04 N520 G00 X66 Z-0.5 T0808 N530 G85 X70 Z-32 D3500 D61732 D71 F2000 N540 G00 X64 Z3 M09 N550 G00 X304 Z97 T0800 M05 N560 M30 %

Anexo

104

Pieza 3

Realizar el programa de mecanizado para la pieza representada en el plano

Material F114

Dureza HB 181 207

Pieza bruta

100 155 mm

Biseles 1 45º

Código:

Fase 1 % N010 G54 G90 X270 Z56 T0200 N015 G97 S400 M04 M08 N020 G00 X0 Z10 T0202 N030 G01 G95 Z2 F1 N040 Z-87.5 F0.2 N050 Z5 F2 N060 G00 X270 Z56 T0200 M05 N070 X270 Z219 T0100

105

Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones de mecanizado en un torno CNC

105

N080 G96 S225 M03 N090 G00 X102 Z-2.5 T0101 N100 G01 X17 F0.2 N130 G00 X96 Z0 N140 G84 X80 Z-20.5 D32000 F0.1 N150 G00 X76 Z-1.5 N160 G01 X82 Z-4.5 F0.1 N170 G00 X91 Z-20.5 N175 G03 X95 Z-23.5 I0 K-3 F0.15 N180 G00 X270 Z219 T0100 N190 X282 Z171 T0500 N200 G96 S225 N210 G00 X18 Z0 T0505 N220 G84 X26 Z-42.5 D32000 F0.1 N230 G00 X24 Z0 N240 G84 X34 Z-26.5 D32000 F0.1 N250 G00 X32 Z0 N260 G84 X50 Z-18.5 D33000 F0.1 N270 G00 X54 Z-1.5 N275 G01 X48 Z-4.5 F0.1 N280 G00 X50 Z-18.5 N285 G02 X34 Z-26.5 I-8 K0 F0.2 N290 G00 X282 Z171 T0500 M09 N295 G53 M05 Fase 2 N300 G55 G90 X270 Z56 T0200 N310 G97 S400 M04 M08 N320 G00 X0 Z10 T0202 N330 G01 G95 Z2 F1 N340 Z-87.5 F0.2 N350 Z5 F2 N360 G00 X270 Z56 T0200 M05 N370 X270 Z219 T0100 N380 G96 S225 M03 N390 G00 X102 Z-2.5 T0101 N400 G01 X17 F0.2 N410 G00 X102 Z0 N420 G84 X75 Z-104.5 D33000 F0.1 N430 G00 X77 Z0 N440 G84 X65 Z-55.5 D33000 F0.1 N450 G00 X67 Z0 N460 G84 X65 Z-42.5 P0-5 D33000 F0.1 N470 G00 X43 Z1.5 N480 G01 X57 Z-6.5 F0.1 N485 G00 X87 Z-102.5 N490 G01 X99 Z- 106.5 F0.1 N500 G00 X270 Z219 T0100 N600 X270 Z226 T0700 N610 G97 S600 M03 N620 G00 X76 Z-54 T0707 N630 G85 X72.402 Z-82 D3500 D61299 D71 F1500 N640 G00 X270 Z226 T0700 N650 G00 X282 Z171 T0500 N660 G96 S125 M03 N670 G00 X20 Z0 T0505 N680 G84 X40 Z-17.5 P2-30 D33000 F0.1

Anexo

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N690 G00 X282 Z171 T0500 M09 N700 M05 N710 M30 %