Modelado y Simulación mediante CATIA V5 de operaciones...

11

11

Equation Chapter 1 Section 1

Trabajo Fin de Grado

Grado en Ingeniería Aeroespacial

Modelado y Simulación mediante CATIA V5 de

operaciones de mecanizado en una fresadora

universal

Autor: Juan Manuel Pérez Braza

Tutor: Domingo Morales Palma

Dep. de Ingeniería Mecanica y Fabricación

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2016

Trabajo Fin de Carrera

Ingeniería de Telecomunicación

Modelado y Simulación mediante CATIA V5 de

operaciones de mecanizado en una fresadora

universal

Autor:

Juan Manuel Pérez Braza

Tutor:

Domingo Morales Palma

Profesor contratado doctor

Dep. de Ingeniería Mecanica y Fabricación

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2016

Trabajo Fin de Carrera: Modelado y Simulación mediante CATIA V5 de operaciones de mecanizado en una

fresadora universal

Autor: Juan Manuel Pérez Braza

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, 2016

El Secretario del Tribunal

i

Agradecimientos

Agradecer en primer lugar a mi familia. A mis padres, Jose Ramón y Pacuchi. Sin su apoyo y dedicación no

hubiera llegado hasta donde estoy, y gracias a ellos soy todo lo que soy. Siempre tendré en cuenta los valores

que me han enseñado. A mi hermana, Maria del Carmen que siempre ha estado ahí y que sabe que "jua",

"mano", etc. siempre estará ahí para ella.

En segundo lugar quiero agradecer a Esperanza. Cuya compañía me ha ayudado a superar esta dura etapa

final. Y ahora que se abre otra aún más dificil estoy seguro de que juntos superaremos cualquier desafío que

se nos presente.

No se me pueden olvidar mis amigos, que mas que amigos son hermanos. Los de siempre de Barbate "La

liga", que a pesar de no poder estar todos juntos ya, porque cada uno esta haciendo su vida donde le toca

siempre sabemos que estamos ahí los unos para los otros y siempre nos volvemos a juntar en cuanto podemos.

Jose María, mi hermano de Utrera, cuyo apoyo, días de estudio juntos y animos han hecho que termine esta

etapa, a su familia que han hecho que me sienta como uno más. A Lerin, hermano maño, cuyo compañerismo

y animo me fue tan de ayuda. Todos ellos han hecho que mi travesía haya sido posible.

Y por último agradecer a Domingo su dedicación que me ha ayudado a superar todas las trabas que han

aparecido para llegar a completar este trabajo.

Juan Manuel Pérez Braza

Sevilla, 2016

iii

iii

ÍNDICE

Agradecimientos i

Índice iii

Índice de Figuras v

1 Instroducción 1 1.1. Motivación 1 1.2. Objetivos 2 1.3.Estructura del documento 2

2 La fresadora Jarbe CM-60 3 2.1. Datos técnicos de la máquina 3 2.2. Elementos principales y funcionamiento 4 2.3. Utillaje 6 2.4. Herramientas de corte 7 2.5. Operaciones básicas de mecanizado 8 2.5. Cálculo de potencia de corte 8

3 Modelado de la fresadora 11 3.1. Componentes Principales de la máquina 11

3.1.1. Carro principal 13 3.1.2. Carro transversal 13 3.1.2. Ménsula 13

3.2. Utillaje y mordazas 14 3.3. Movimientos principales de la máquina 15

3.3.1. Grados de libertad 15 3.3.2. Posicionamiento de herramienta y pieza de trabajo 15 3.3.2. Punto cero de máquina y cambio de herramienta 16 3.3.2. Desplazamientos de los ejes 16 3.3.2. Configuración de los ejes para la simulación 16

4 Modelado y simulación del mecanizado de piezas 1 4.1. Modelado con "Prismatic machining" 18

4.1.1. Configuración de "Part Operation" 20 4.1.2. Herramientas de corte 21 4.1.3. Planeado (Facing) 21 4.1.4. Taladrado (Drilling) 24 4.1.5. Contorneado (Profile Contouring) 25 4.1.6. Fresado siguiendo una curva (Curve Following) 26

4.2. Aplicación práctica 1: paralelepípedo 27 4.3. Aplicación práctica 2: calzo en escalera 35 4.4. Aplicación práctica 3: fresado a pulso 41 4.5. Aplicación práctica 2: mecanizado de una pieza fundida 48

5 Conclusiones y trabajos futuros 55 5.1. Conclusiones 55 5.2.Trabajos futuros 55

Referencias Bibliográficas 56

iv

Anexos 57

v

v

Índice de Figuras

Figura 2.1. Fresadora Jarbe CM-60. Vista Principal. 3

Figura 2.2. Fresadora Jarbe CM-60. Señalización de cada elemento. 4

Figura 2.3. Fresadora Jarbe CM-60. Vista Lateral. 5

Figura 2.4. Ménsula. 5

Figura 2.5. Utillaje para fresa vertical. 6

Figura 2.6. Eje de fresado horizontal y fresa de disco. 6

Figura 2.7. Arranque de viruta. 8

Figura 2.8. Espesor de viruta indeformado. 9

Figura 2.9. Cálculo de la energía especifica de corte. 9

Figura 2.10. Taladro. 10

Figura 3.1. Fresadora. Elementos principales. 11

Figura 3.2. Fresadora horizontal. 12

Figura 3.3. Fresadora Vertical. 12

Figura 3.4. Ejemplo de giro del porta-herramientas vertical. 13

Figura 3.5. Utillaje para agarre de herramienta. 14

Figura 3.6. Mordaza 1. 14

Figura 3.7. Mordaza 2. 14

Figura 3.8. Posición de la herramienta. 15

Figura 3.9. Posición de la pieza. 15

Figura 3.10. Home Point y Tool Change Point. 16

Figura 3.11. Dependencias iniciales. 16

Figura 3.12. Dependencias escogidas. 17

Figura 4.1.1. Árbol de mecanizado. 18

Figura 4.1.2. Part Operation. 19

Figura 4.1.3. Pestaña Position. 19

Figura 4.1.4. Planeadora. 20

Figura 4.1.5. Broca. 20

Figura 4.1.6. Fresadora. 21

Figura 4.1.7. Facing. 21

Figura 4.1.8. Segunda pestaña. 22

Figura 4.1.9. Tercera Pestaña. 22

Figura 4.1.10. Cuarta Pestaña. 23

Figura 4.1.11. Última Pestaña. 23

Figura 4.1.12. Drilling. 24

Figura 4.1.13. Segunda Pestaña. 24

vi

Figura 4.1.14. Profile Contouring. 25


Figura 4.1.16. Curve Following. 26


Figura 4.2.1. Paralelepípedo. 27

Figura 4.2.2. Mediciones. 27

Figura 4.2.3. Fresa de planeado D80. 28

Figura 4.2.4. Planeado cara 1. 29

Figura 4.2.5. Resultado cara 1. 29











Figura 4.3.1. Calzo en escalera. 35

Figura 4.3.2. Medidas. 35

Figura 4.3.3. Fresa D 15. 35

Figura 4.3.4. Agarre de la pieza. 36

Figura 4.3.5. Desbaste del primer escalón. 37

Figura 4.3.6. Resultado del primer escalón. 37

Figura 4.3.7. Desbaste del segundo escalón. 38

Figura 4.3.8. Resultado del segundo escalón. 38

Figura 4.3.9. Desbaste del tercer escalón. 39

Figura 4.3.10. Resultado del tercer escalón. 39

Figura 4.3.11. Resultado final. 40

Figura 4.4.1. Fresado a pulso. 41


Figura 4.4.3. Fresa D 10. 42

Figura 4.4.4. Fresado de la ranura central. 43

Figura 4.4.5. Resultado de la ranura central. 43

Figura 4.4.6. Primera pasada. 44

Figura 4.4.7. Segunda pasada. 44

vii

vii

Figura 4.4.8. Resultado del desbaste del lateral derecho. 44

Figura 4.4.9. Contorneado del lateral derecho. 45

Figura 4.4.10. Resultado del lateral derecho. 45

Figura 4.4.11. Primera pasada. 46

Figura 4.4.12. Segunda pasada. 46

Figura 4.4.13. Resultado del desbaste del lateral izquierdo. 46

Figura 4.4.14. Contorneado del lateral izquierdo. 47

Figura 4.4.15. Resultado del lateral izquierdo. 47

Figura 4.5.1. Mecanizado de pieza fundida. 48


Figura 4.5.3. Fresa de planear D 80. 49

Figura 4.5.4. Broca D10. 49

Figura 4.5.5. Broca D 20. 49

Figura 4.5.6. Planeado de la cara trasera. 50


Figura 4.5.8. Planeado de la cara inferior. 51

Figura 4.5.9. Taladros inferiores. 52

Figura 4.5.10. Resultado de la fase 2. 52

Figura 4.5.11. Planeado del soporte cilíndrico. 53

Figura 4.5.12. Taladrado del agujero central. 53

Figura 4.5.13. Retaladrado del agujero central. 54


1

1 INTRODUCCIÓN

1.1. Motivación

n centro de mecanizado de control numérico es el tipo de máquina más utilizado en la actualidad para la

fabricación de componentes en la industria aeronáutica. En general, la programación de este tipo de

máquinas se realiza mediante sistemas CAD/CAM, siendo CATIA el más utilizado en la industria

aeronáutica. CATIA permite modelar la pieza a fabricar, el proceso para su fabricación, las herramientas de

corte y la propia máquina-herramienta, así como realizar distintos tipos de simulación y análisis de los

modelos que permiten su optimización y depuración, y finalmente generar el código de control numérico para

programar el mecanizado de la pieza en la máquina.

Las máquinas-herramienta tradicionales, como la fresadora universal objeto de estudio en este trabajo, se

siguen usando extensivamente en la industria para el mecanizado total o parcial de piezas que requieren

operaciones sencillas. Al no ser máquinas de control numérico, no es habitual modelar estos procesos

tradicionales mediante sistemas CAD/CAM. La razón principal es que no se desea obtener ningún código de

control numérico, que es uno de los objetivos fundamentales de dichos sistemas. Otra razón importante es que,

al tratarse de operaciones de mecanizado sencillas, el coste de realizar los correspondientes modelos,

simulaciones y análisis no compensa las posibles mejoras en el proceso de fabricación. No obstante, existen

situaciones en las que sí tiene sentido usar programas como CATIA para virtualizar procesos de mecanizado

tradicionales, como es el caso de este trabajo académico.

Este trabajo se enmarca en una línea de trabajos llevada a cabo en el Departamento de Ingeniería Mecánica y

Fabricación de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Sevilla, sobre la virtualización con CATIA de

procesos de fabricación. Dentro de esta línea de trabajos se han modelado otras máquinas disponibles en las

instalaciones del Departamento, como un torno paralelo tradicional y otro de control numérico, así como dos

centros de mecanizado de 2.5 y 5 ejes, respectivamente, y un robot manipulador. Además se han modelado y

simulado procesos del mecanizado de diversas piezas, se han fabricado algunas de ellas con el código obtenido

y se han realizado simulaciones con los modelos virtuales de las máquinas.

U

2 Introducción

1.2. Objetivos

En este trabajo se aborda el modelado de otra de las máquinas-herramienta del Departamento, una fresadora

universal Jarbe CM-60, así como la realización de una serie de simulaciones de procesos sencillos de

mecanizado. Las fresadoras universales poseen una serie de elementos, configuraciones y movimientos que no

son típicos de las máquinas de control numérico. Explorar el modelado con CATIA de estas características de

las fresadoras es otra de las motivaciones de este trabajo.

Para la realización de este proyecto se marcaron los siguientes objetivos concretos:

- Modelar con CATIA V5 la fresadora universal Jarbe CM-60, los componentes que la forman y los

movimientos que realiza durante su funcionamiento.

- Modelar las diferentes configuraciones que presenta la máquina, así como el utillaje necesario para cada

configuración.

- Modelar y simular una serie de procesos típicos de mecanizado de piezas en la fresadora.

- Documentar adecuadamente todo los procesos de modelado para que puedan ser reutilizados posteriormente

como casos de estudio.

1.3. Estructura del documento

Este documento está estructurado en cinco capítulos.

El capitulo 2 presenta información sobre la fresadora Jarbe CM-60, utillajes, herramientas de corte y los

procesos que se van a llevar a cabo.

El capitulo 3 desarrolla el modelado con CATIA V5 de la fresadora y de todos los elementos necesarios para

el fresado. También se desarrollan los movimientos de la fresadora.

En el capítulo 4 se exponen las 4 aplicaciones prácticas llevadas a cabo con el modelo de la fresadora, típicas

de este tipo de máquinas-herramienta, relativas al modelado y simulación del mecanizado de cuatro piezas

diferentes: un paralelepípedo, un calzo en escalera, un fresado a pulso y el mecanizado de un pieza fundida.

El capitulo 5 presenta las conclusiones principales obtenidas en este trabajo, analizando los resultados

obtenidos y haciendo hincapié en las dificultades que han ido apareciendo y cómo se han solucionado. El

capítulo concluye con una propuesta de posibles proyectos futuros que se podrían desarrollar a partir de este

trabajo.

3

2 LA FRESADORA UNIVERSAL JARBE CM-60

2.1. Datos técnicos de la máquina

os datos técnicos más importantes respecto a las dimensiones de la maquina son:

Superficie útil de la mesa: 1050x240 mm

Movimiento longitudinal automático: 780 mm

Movimiento transversal automático: 300 mm

Movimiento vertical automático: 400 mm

En cuanto a cuanto a características técnicas las más importantes son:

Máxima potencia de corte: 2206,2 W

Máximo régimen de giro: 1250 rpm

Velocidades de avance: 9-625 mm/min

Marcha rápida longitudinal y transversal: 2 m/min

Marcha rápida vertical: 1 m/min

Máxima potencia de avance: 1103,1 W

L

Figura 2.1. Fresadora Jarbe CM-60. Vista Principal.

4 La fresadora Jarbe CM-60

2.2. Elementos principales y funcionamiento

La fresadora está constituida por diversos elementos (figura 2.2.) de los que haremos referencia a los

principales para poder entender el funcionamiento de la misma. Los elementos principales son:

A. Base

B. Cuerpo

C. Puente

D. Ménsula

E. Carro transversal

F. Carro porta-mesas

Comenzando por la base, el cuerpo y el puente de la fresadora. En el cuerpo se encuentra el motor y la caja de

velocidades que se encargan de el movimiento de corte. El eje principal porta-herramienta va montado sobre

un rodamiento de rodillos cilíndricos nº NN3010K en su parte delantera y dos rodamientos de rodillos

cilíndricos nº 30207 en su parte posterior, colocados y ajustados perfectamente de forma que pueda resistir

perfectamente cualquier esfuerzo radial y axial. El engrase se realiza por impulsión de una bomba de émbolo

situada en uno de los costados de la base. El puente es regulable y se puede ajustar dependiendo del tipo de

fresado que se vaya a realizar: fresado vertical o fresado horizontal. En caso de fresado horizontal se ajustará

dependiendo de la longitud del eje de las fresas de disco y se sujetará el mismo mediante una o varias lunetas

dependiendo de las necesidades.

Figura 2.2. Fresadora Jarbe CM-60. Señalización de cada elemento.

Modelado y simulación mediante CATIA V5 de operaciones de mecanizado 5

en una fresadora universal

5

La ménsula (Figura 2.4.) es de construcción robusta y en ella se alojan todos los mecanismos del cambio de

avances. La ménsula se encarga del movimiento vertical, se desplaza sobre una guía de forma de cola de

milano del cuerpo de la fresadora y gracias a un husillo que apoya sobre la base de la maquina y se encarga de

subir o bajar la ménsula.

Sobre la ménsula se encuentra montado en unas guías con forma de cola de milano el carro transversal, este se

encarga del desplazamiento transversal y de guiar al carro porta-mesas, que es el carro encargado del

movimiento longitudinal. Esta máquina posee también la capacidad de girar el carro porta-mesas hasta 45º

fijándolo en el ángulo que se precise.

El control de velocidades de corte se lleva a cabo mediante diversas palancas situadas en un lateral del cuerpo

que permiten mediante diversas posiciones escoger la velocidad de corte adecuada. Las velocidades de avance

se regulan mediante unas manivelas situadas en la ménsula, estas permiten regular también manualmente las

posiciones de la pieza.

Figura 2.3. Fresadora Jarbe CM-60. Vista Lateral.

Figura 2.4. Ménsula.


2.3.Utillaje

Como ya se expuso antes la fresadora puede configurarse tanto como fresadora vertical como horizontal, para

ello usa distintos utillajes que permiten dicha configuración.

Ejes de fresado horizontal

Eje de 32 mm de diámetro

Eje de 27 mm de diámetro

Eje de 22 mm de diámetro (Figura 2.6.)

Utillaje para colocar la fresa vertical (Figura 2.5.)

Nariz

Módulo medio

Módulo porta-herramienta

Lunetas de apoyo

Los ejes de fresado horizontal tienen una longitud de 57 mm los dos más grandes y de 46,5 mm el más

pequeño. Para los más largos se pueden usar dos lunetas para mejorar así la sujeción y evitar que se produzcan

flexión del eje. El utillaje de la fresa vertical permite añadir inclinación a la misma para llevar a cabo las

operaciones que lo precisen, ya que el anclaje de la nariz con el módulo medio permite girar sobre su eje y el

anclaje del modulo medio con el modulo porta-herramienta también permite girar sobre su propio eje.

Figura 2.5. Utillaje para fresa vertical. Figura 2.6. Eje de fresado horizontal y fresa de disco.



7

2.4. Herramientas de corte

Para realizar las operaciones de mecanizados se usan diversas herramientas de corte, para nuestra fresadora

hemos usado varias herramientas de corte, todas son para aceros ya que todas las piezas a mecanizar son de

acero suave, F-612. En el apartado del mecanizado de piezas se entrará mas en detalle de las herramientas.

Los datos técnicos de las herramientas son los siguientes:

Fresa de Planeado D 80

Fresa D 15

Fresa D 10

Broca D 10

Broca D 20

D L Lc l db Da Dnc Rc A Z

mm mm mm mm mm mm mm mm deg nº

80 50 6 28 27 93 70 0 45 6

D L Lc l db Dnc Rc Z

mm mm mm mm mm mm mm nº

15 100 50 60 15 0 0 4

D L Lc l db Dnc Rc Z

mm mm mm mm mm mm mm nº

10 100 50 60 15 0 0 4

D L Lc l db A ld Z

mm mm mm mm mm deg mm nº

10 100 50 60 15 120 2,887 2

D L Lc l db A ld Z

mm mm mm mm mm deg mm nº

20 100 50 60 25 120 2,887 2


2.5. Operaciones básicas de mecanizado

Las operaciones de mecanizado que se van a realizar en la fresadora Jarbe CM-60 son las siguientes:

Fresado

El fresado es una operación en la cual se hace pasar una pieza frente a una herramienta cilíndrica rotatoria con

múltiples filos cortantes. El eje de rotación de la herramienta es perpendicular a la dirección de avance.

Planeado

El planeado es un tipo de fresado en el que el corte se realiza sobre una cara plana para conseguir que la

superficie de la cara tenga mejor acabado.

Taladrado

El taladrado es una operación que se usa para crear agujeros redondos en una pieza. El taladrado se realizacon

una herramienta llamada broca que tiene dos bordes cortantes en su extremo. La broca avanza dentro de la

pieza de trabajo para formar un agujero cuyo diámetro está determinado por el diámetro de la misma.

2.6. Cálculo de la potencia de corte

La potencia de las operaciones de mecanizado no debe sobrepasar la potencia de la máquina. Como se expuso

al presentar la máquina, la potencia máxima de corte de la misma es 2206,2 W, en este caso se ha supuesto que

el rendimiento de la máquina esta en torno al 60%, por lo que la potencia neta de la máquina será entonces

1323,72 W.

Para el cálculo de las potencias de las operaciones de mecanizados debemos tener en cuenta las tres

operaciones que se van a realizar: fresado frontal, fresado periférico/combinado y taladrado.

Para el cálculo de la potencia de corte en la operación de fresado frontal y periférico/combinado se utiliza el

Método de Boothroyd. Donde se tiene que la potencia de corte viene dada por:

Donde:

≡ Coeficiente específico de corte, que se obtiene en función del espesor de viruta indeformada h. En los

casos en los que la viruta sea de sección variable, en vez de h se utilizará un valor medio del espesor .

≡ Volumen de material eliminado por unidad de tiempo.

Donde es la penetración radial, es la penetración axial, es el avance por filo, Z el nº de filos y n es el

régimen de giro

Figura 2.7. Arranque de viruta.



9

El cálculo del espesor de viruta indeformada promedio , en fresado frontal, se ha obtenido la siguiente

gráfica:

Y una vez obtenido el valor del espesor de viruta, h, a través de la gráfica que se muestra a continuación se

puede hallar el valor de Ks:

Con lo que ya se obtienen todos los valores necesarios para el cálculo de la potencia de corte.

Figura 2.8. Espesor de viruta indeformado.

Figura 2.9. Cálculo de la energía especifica de corte.


Para el cálculo de la potencia de corte en el taladrado se usa también el Método de Boothroyd. Donde se tiene

que la potencia de corte viene dada por:

Donde:

≡ Coeficiente específico de corte, que se obtiene en función del espesor de viruta indeformada h.

≡ Volumen de material eliminado por unidad de tiempo.

En este caso el espesor de viruta indeformada h se mantiene constante, por lo que se puede obtener

directamente a partir de la ecuación mostrada en la figura 2.10..

Por otro lado se define de forma general como el producto de la sección de corte, Sc, por la velocidad de

corte, Vc, identificando estos términos en el taladrado:

Pudiéndose obtener así el valor de la potencia de taladrado.

Figura 2.10. Taladro.

11

3 MODELADO DE LA FRESADORA

n este capítulo se presenta el modelo en CATIA V5 de la fresadora Jarbe CM-60. El modelo incluye los

componentes estructurales de la maquina, así como el utillaje empleado para la sujeción de la piezas.

Además se presenta también un modelado de los movimientos de la fresadora, tanto los automáticos

como los manuales realizados por el operario de la fresadora. La fresadora Jarbe CM-60 tiene infinidad de

piezas de las que solo se han representado las principales y sin entrar en detalles pequeños ya que se ha

realizado las mediciones a mano al no haber planos detallados de la maquina.

3.1. Modelado de los componentes de la máquina

Se va a llevar a cabo primero el modelado de la base, el cuerpo y el puente. El cuerpo y la base están unidos,

en cambio el puente al ser regulable por lo tanto dependiendo de el enganche de la herramienta que se use

estará calibrado a una distancia u otra. Por otra parte se modela la ménsula encargada de realizar el

movimiento en el eje Z, luego el carro transversal que se encarga del movimiento en el eje Y, por último el

carro porta-mesas que lleva a cabo el movimiento en el eje X.

La figura 3.1. muestra los elementos principales de la fresadora: base (1), cuerpo (2), puente(3), ménsula (4),

carro transversal (5) y carro principal (6).

E

Figura 3.1. Fresadora. Elementos principales.

12 Modelado de la fresadora

Por lo tanto la fresadora podrá presentar las siguientes configuraciones:

Fresadora Horizontal (Figura 3.2.)

En este caso se aprecia que se ha colocado el eje de 22 mm de diámetro con una luneta de sujeción para

proporcionar una sujeción adecuada.

Fresadora Vertical (Figura 3.3.)

Figura 3.2. Fresadora horizontal.

Figura 3.3. Fresadora Vertical.



13

Se ha presentado una de las posibles posiciones de esté utillaje, además se puede regular en distintas

posiciones como se detalla en la Figura 3.4.:

3.1.1 Carro principal

Se aprecia en la figura el carro principal, la zona de trabajo tiene un tamaño de 1100x250 mm y el tamaño del

carro principal incluyendo los volantes de movimiento manual es un total de 1500 mm.

3.1.2 Carro transversal

Es el encargado de realizar el desplazamiento en el eje Y, proporcionando también la guía por la que se

desplaza el carro principal como se muestra en la siguiente figura.

3.1.3 Ménsula

Se encarga del desplazamiento vertical y en ella se encuentran todos los mandos para controlar el avance,

además posee la guía sobre la que se desplaza el carro transversal. En la siguiente figura se aprecia la ménsula

con la representación de parte de las palancas de control de avance que aparecen en la ménsula.

Figura 3.4. Ejemplo de giro del porta-herramientas vertical.


3.2. Utillaje y mordazas

A parte de todos estos componentes de la maquina también se deben modelar el utillaje necesario para llevar a

cabo las operaciones de mecanizado, desde el utillaje para enganche de las herramientas de corte hasta el

utillaje de sujeción de la pieza de trabajo.

En la figura 3.5. se pueden observar los distintos enganches de herramientas: eje de 32 mm de diámetro (1), eje

de 27 mm de diámetro (2), eje de 22 mm de diámetro (3), utillaje para fresas verticales (4) con nariz (A),

medio (B) y porta-herramientas (C) y por último la luneta (5).

La siguiente figuras (Figura 3.6. y Figura 3.7.) representan el utillaje para la sujeción de las piezas de trabajo:

mordaza 1 y mordaza 2.

Figura 3.5. Utillaje para agarre de herramienta.

Figura 3.6. Mordaza 1. Figura 3.7. Mordaza 2.



15

3.3. Movimientos principales de la máquina

Mediante el módulo de NC Machine Tool Builder se han generado los

movimientos de la propia máquina, así como la posición de la herramienta, de la pieza, posición de cambio de

herramienta y la home position.

3.3.1 Grados de libertad

Para la fresadora Jarbe CM-60 todos los desplazamientos de la maquina son lineales, este tipo de movimientos

se realizan mediante Prismatic Joint , además tendremos que elegir uno de las partes como fija mediante

Fixed Part .

Aplicando la realidad se escogió como conjunto fijo el formado por la base, el cuerpo, el puente y el utillaje

necesario para la fresadora vertical, sobre la parte fija se encaja la ménsula que realiza el movimiento vertical.

Luego sobre la ménsula se encaja el carro transversal que realiza el movimiento en el eje Y o movimiento

transversal. Por último sobre el carro transversal se encaja el carro principal que realiza el movimiento sobre el

eje X.

Quedando de está manera seleccionados los 3 grados de libertad de la máquina.

3.3.2 Posicionamiento de herramienta y pieza de trabajo

Tras el desarrollo de todos los vínculos de desplazamiento se pasa a la segunda parte que consiste en la

colocación de los diferentes puntos de posiciones sobre la máquina.

La posición de la herramienta y la posición de la pieza se escogen a partir de la herramienta Create Mount

Point y los puntos escogidos son los presentados en la figura 3.8. y 3.9..

Donde se aprecia que la posición de la herramienta es el centro del cabezal y la posición de las piezas es el

centro de la mesa.

En un principio se escogió una configuración de la mesa en la que se añadía la mordaza. Sin embargo, se

descartó este tipo de montaje ya que al cambiar el agarre de la mordaza dependiendo del mecanizado a

realizar se debía de cambiar la posición de la pieza, con lo que se añadían una larga lista de posiciones de la

pieza, además de realizar los cambios necesarios en la apertura de la mordaza para adaptarla a los tamaños

necesarios. Por lo que para paliar el engorroso numero de posiciones incluso entre las que apena se variaba,

pero tenían una variación necesaria para el trabajo, se ha optado por escoger la posición de la pieza sobre la

mesa principal y añadir las mordazas y demás utiles para el agarre de la pieza en el mismo Product Part en el

que esta la pieza. Y luego cuando se realiza el mecanizado se especifica al programa que parte de ese Product

Part es utillaje, que parte es pieza y cual es la pieza en bruto de la que se obtiene.

Figura 3.8.Posición de la herramienta. Figura 3.9.Posición de la pieza.


3.3.3 Punto cero de máquina y cambio de herramienta

Se realiza ahora la elección del Home Point y el punto de cambio de herramienta , en este caso se ha

escogido el mismo para ambas posiciones, que se ha escogido el presentado en la figura 3.10..

3.3.4 Desplazamiento de los ejes

Por último se colocan los limites de desplazamiento de la máquina en cada uno de los ejes mediante Travel

Limits , que se han escogido los que se aprecian en la anterior imagen.

Eje Y desde -350 hasta 50.

Eje X desde -210 hasta 260.

Eje Z desde -135 hasta 265.

Los límites dependen de la posición inicial en la que se haya montado la máquina al inicio del Machine Tool

Builder. En este caso lo que hay que tener se debe medir es a partir de la posición en la que se coloque

inicialmente las distancias máximas que se tiene de desplazamiento en cada dirección y sentido.

3.3.5 Configuración de los ejes para la simulación

Una vez terminado la máquina esta lista para simular mecanizados, sin embargo, surgió un percance, debido a

que al usar el módulo NC Machine Tool Simulation el programa no realizaba las simulaciones.

Tras varias comprobaciones de errores y pruebas con otras configuraciones de otros tipos de fresadoras se

llego al resultado de que se debía al acoplamiento de los movimientos de la máquina, es decir, de la

dependencia de unos movimientos respectos de otros.

En este caso se tenía una configuración en la que el desplazamiento del eje X, dependía del desplazamiento del

eje Y y a su vez este dependía del eje Z. En un resumen se tenía la dependencia mostrada en la figura 3.11..

Figura 3.10.Home Point y Tool Change Point.

Figura 3.11. Dependencias iniciales.



17

Para solucionar el problema se observó que independizando el movimiento del eje Z de los otros dos el

programa permitía realizar las simulaciones. Quedando entonces el resumen de las dependencias mostrado en

la figura 3.12..

Se realiza entonces para solucionar el problema los siguientes cambios:

Se escoge como parte fija la ménsula

Se elige como parte que realiza el desplazamiento vertical la parte compuesta por la base, el cuerpo, el

puente y el utillaje necesario para colocar la herramienta.

Se añaden las relaciones de los otros dos carros como se hizo en un principio.

Esta solución genera una pérdida del realismo en la simulación, pero a efectos prácticos de realizar los

mecanizados y las simulaciones nos es válida sabiendo por supuesto que en la realidad es la ménsula la que se

desplaza verticalmente.

Figura 3.12. Dependencias escogidas.

18

4 MODELADO Y SIMULACIÓN DEL MECANIZADO

DE PIEZAS

n este capítulo se desarrollan 4 aplicaciones prácticas que se podrían realizar con la fresadora Jarbe CM-

60 y son ejemplo de muchas más aplicaciones que se podrían mecanizar. Las citadas aplicaciones

practicas seran las siguientes:

Parelelepípedo

Calzo en escalera

Fresado a pulso

Mecanizado de pieza fundida

Para comenzar el capitulo se hara un repaso de las partes del módulo de CATIA "Prismatic Machining" que

van a ser necesarias para llevar a cabo las distintas aplicaciones practicas.

4.1. Repaso del modulo de "Prismatic Machining"

4.1.1 Configuración del "Part Operation"

Una vez iniciado el modulo de "Prismatic Machining" se puede observar el árbol a la derecha como se muestra

en la figura 4.1.1..

E

Figure 4.1.1. Árbol de mecanizado.



19

Se hace doble clip sobre "Part Operation", se abrirá la pestaña mostrada en la figura 4.1.2..

Que muestra las siguientes opciones de las que se explicaran las que serán útiles para el trabajo.

La primera opción es la referente a la máquina, con el icono . Pinchando en él se podrá seleccionar el tipo

de máquina que se va a utilizar. En este caso se elegirá la fresadora que hemos modelado previamente.

La segunda opción está el relacionada con el sistema de referencia que se va a usar. En este caso se ha

seleccionado un punto del conjunto que se va a mecanizar. Por ello que conviene seleccionar antes la opción

que viene a continuación . Sirve para seleccionar el Product que se va a trabajar, el cual incluirá los

elementos relacionados con las siguientes opciones que hay debajo.

En la primera opción se elige qué parte del product es la que se va a mecanizar. Con la segunda , la

preforma. El tercer icono se usa para seleccionar los elementos de sujeción.

En la pestaña "Position"(figura 4.1.3.) se seleccionan el "Tool Change Point" y el "Home Point" mediante la

opción "from machine", dado que fueron seleccionados en el modelo de la máquina.

Figure 4.1.2. Part Operation.

Figure 4.1.3. Pestaña Position.

20 Modelado y simulación del mecanizado de piezas

4.1.2 Modelado de las herramientas

Para modelado de las herramientas hay que introducir los parámetros concretos en cada una de las predefinidas

por CATIA. Para la planeadora se usa el modelo predefinido mostrado en la figura 4.1.4. donde a partir de la

pestaña "more" se define los detalles de la geometría incluso mediante la pestaña "Feeds and Speeds" se

escogen las velocidades de giro y de avance tanto para desbaste como para acabado. La pestaña "Technology"

permite establecer el número de cuchillas, el sentido del giro, incluso la vida de la herramienta y el tipo de

material del que están hechos los dientes.

Para las brocas el modelo predefinido es el mostrado en la figura 4.1.5. donde se definen los detalles para las

distintas brocas que se va a usar.

Para las fresas normales el modelo predefinido es el mostrado en la figura 4.1.6. donde se definen los detalles

Figure 4.1.4. Planeadora.

Figure 4.1.5. Broca.



21

para las distintas fresas que se van a usar.

4.1.3 Modelado de las operaciones de corte

Se detallaran las operaciones que serán útiles para el trabajo en la barra "Machining Operations" son las

siguientes:

4.1.4 Planeado ("Facing")

Al iniciar la opción "Facing" se abre la ventana mostrada en la figura 4.1.7. en esta ventana hay 5 pestañas

principales que se pasaran a describir.

Figure 4.1.6. Fresadora.

Figure 4.1.7. Facing.


En la primera pestaña (figura 4.1.7.) se define la trayectoria de corte que se va a usar, la primera opción será

definir la trayectoria de corte, para el trabajo se usarán "One way" una pasada y realice el retroceso sin

mecanizar y "Back and forth" pasadas sucesivas en ambos sentidos, tras lo que se define la dirección de corte,

en este caso se selecciona un eje de la pieza que sirva de guía y permita escoger también el sentido de corte.

Las pestañas inferiores permiten elegir otros parámetros. De izquierda a derecha, la primera pestaña

"Machining" lo más importante es que permite escoger la dirección de corte: fresado convencional o fresado

tipo escalonamiento. La segunda y tercera pestaña "Radial" y "Axial", la primera permite escoger el porcentaje

de la parte de la herramienta que realiza el corte, la pestaña "Axial" permite escoger la profundidad de cada

pasada o el número de pasadas. Por último la pestaña "Finishing" se puede seleccionar para realizar una pasada

de acabado de la profundidad que se escoja.

En la segunda pestaña (figura 4.1.8.) se escoge la superficie de planeado inferior y superior, la dirección de

corte y las superficies de guía para el corte.

En la tercera pestaña (figura 4.1.9.) se escoge la herramienta que se va a utilizar, puede escogerse las ya

modeladas o modelar una nueva, en este caso se escogerá para todos los planeados la Fresa de planear D 80.

Figure 4.1.8. Segunda pestaña. Figure 4.1.9. Tercera Pestaña.



23

En la cuarta pestaña (figura 4.1.10.) se escogen las velocidades de avance para desbaste y para acabado, así

como el retroceso y la aproximación, también se escoge la velocidad de rotación de la herramienta. Para este

caso en las herramientas se han especificado las velocidades de avance y de corte, con lo que solo será

necesario escoger la velocidad de aproximación y retroceso. Se escoge unos 300 mm/min que se entiende que

es una velocidad normal a la que el operario podría mover la herramienta manualmente.

La última pestaña(figura 4.1.11.) sirve para añadir macros, se utilizaran las macros de aproximación inicial y

retroceso final, así como las de aproximación y retroceso entre pasadas y antes y después de la pasada de

acabado.

Figure 4.1.10. Cuarta Pestaña. Figure 4.1.11. Última Pestaña.


4.1.5 Taladrado (Drilling)

Al iniciar la opción "Drilling" se abre la ventana mostrada en la figura 4.1.12. en esta ventana hay 5 pestañas

principales que se pasaran a describir.

En la primera pestaña (figura 4.1.12.) se define la trayectoria de taladrado que se va a usar, permite escoger la

holgura de aproximación, como se mide la profundad: hasta el centro de la punta de la broca o hasta el final de

los filos de corte en la punta de la broca, también se puedes escoger la penetración una vez finalizado el

agujero pasante.

En la segunda pestaña (figura 4.1.13.) se escoge si el agujero es ciego o pasante, la superficie del plano

superior, el o los agujeros que se vayan a realiza y la profundidad de los taladros en caso de agujero ciego o la

superficie del plano inferior en caso de agujero pasante.

En la tercera pestaña se escoge la herramienta que se va a utilizar, puede escogerse las ya modeladas o modelar

una nueva, en este caso se escogerán dos brocas: Broca D 10 y Broca D 20.

En la cuarta pestaña se escogen las velocidades de avance, así como el retroceso y la aproximación, también se

escoge la velocidad de rotación de la herramienta. Para este caso en las herramientas se han especificado las

velocidades de avance y de corte, con lo que solo será necesario escoger la velocidad de aproximación y

retroceso. Se escoge unos 300 mm/min que se entiende que es una velocidad normal a la que el operario

podría mover la herramienta manualmente.

La última pestaña sirve para añadir macros, en el caso de taladrado no se han añadido macros para este trabajo,

pero podrían usarse en otros trabajos.

Figure 4.1.12. Drilling. Figure 4.1.13. Segunda Pestaña.



25

4.1.6 Contorneado (Profile Contouring)

Al iniciar la opción "Profile Contouring" se abre la ventana mostrada en la figura 4.1.14. en esta ventana hay 5

pestañas principales que se pasaran a describir.


definir la trayectoria de corte, para el trabajo se usará "One way" una pasada y realice el retroceso sin

mecanizar..

Las pestañas inferiores permiten elegir otros parámetros. De izquierda a derecha, la primera pestaña

"Machining" lo más importante es que permite escoger la dirección de corte: fresado convencional o fresado

tipo escalonamiento y escoger el tipo de contorneado. La segunda stepover permite escoger el orden de corte

radial o axial y tanto la estrategia radial como la axial, número de pasadas, profundidad de las pasadas y

distancia entre pasadas. Por último la pestaña "Finishing" se puede seleccionar para realizar una pasada de

acabado de la profundidad que se escoja.

En la segunda pestaña (figura 4.1.15.) se escoge la superficie de contorneado inferior y superior, la dirección

de corte y las superficies de guía para el corte. También se puede escoger donde empezar y finalizar la

trayectoria.


una nueva, en este caso se escogerán dependiendo del caso la Fresa D 10 y la Fresa D 15.

En la cuarta pestaña se escogen las velocidades de avance para desbaste y para acabado, así como el retroceso

y la aproximación, también se escoge la velocidad de rotación de la herramienta. Para este caso en las

herramientas se han especificado las velocidades de avance y de corte, con lo que solo será necesario escoger

la velocidad de aproximación y retroceso. Se escoge unos 300 mm/min que se entiende que es una velocidad

normal a la que el operario podría mover la herramienta manualmente.

La última pestaña sirve para añadir macros, se utilizaran las macros de aproximación inicial y retroceso final,

así como las de aproximación y retroceso entre pasadas y antes y después de la pasada de acabado.

Figure 4.1.14. Profile Contouring. Figure 4.1.15. Segunda Pestaña.


4.1.7 Fresado siguiendo una curva (Curve Following)

Esta opción es usada para el trazado interior del mecanizado "Fresado a pulso", representaría el trazado llevado

a cabo a mano por el operario. Al iniciar la opción "Curve Following" se abre la ventana mostrada en la figura

4.1.16. en esta ventana hay 5 pestañas principales que se pasaran a describir.


definir la trayectoria de corte, para el trabajo se usarán "One way" una pasada.

Las pestañas inferiores permiten elegir otros parámetros. Se ha usado la pestaña "Axial" para escoger el

numero de pasadas, en el trabajo se realizará una única pasada.

En la segunda pestaña (figura 4.1.17.) se escoge la curva a seguir y el sentido del corte.


una nueva, en este caso se escogerá la Fresa D 10.

En la cuarta pestaña se escogen las velocidades de avance para desbaste y para acabado, así como el retroceso

y la aproximación, también se escoge la velocidad de rotación de la herramienta. Para este caso en las

herramientas se han especificado las velocidades de avance y de corte, sin embargo la velocidad de avance al

llevarla a la realidad sería la velocidad aconsejada a llevar por el operario al ser manual el fresado.

La última pestaña sirve para añadir macros, se utilizaran las macros de aproximación inicial y retroceso final.

Figure 4.1.16. Curve Following. Figure 4.1.17. Segunda Pestaña.



27

4.2. Aplicación práctica 1: Paralelepípedo

Se va a llevar a cabo el fresado de la pieza "Paralelepípedo" (Figura 4.2.1.) que consiste en un pieza en la que

se van a planear todas las caras.

Se usará una mordaza para la sujeción de la pieza en la mesa. El fresado se realiza en seis fases una por cada

cara. Las medidas son las mostradas en la figura 4.2.2.. Se ha escogido una preforma utilizada que tiene unas

dimensiones de 18x45x85 mm.

Figura 4.2.1. Paralelepípedo

Figura 4.2.2. Mediciones


4.2.1. Herramientas

Se usa una única herramienta para el desbaste, Fresa de planeado D 80 (Figura 4.2.3.)

4.2.2. Hoja de fases

El material de la pieza es un acero suave, F-612. La siguiente hoja de fases muestra los valores de las

condiciones de corte dados a partir de datos que aparecen en el libro de prácticas de taller para el régimen de

giro y el avance. Los datos han sido modificados debido al uso de distintas herramientas. En las fases se tiene

un avance automático durante el mecanizado y un avance manual en la aproximación y retorno. Entre cada

fase el operario debe cambiar la posición de la pieza.

Fase Op. Designación N.º N v C v f f p a p r t Ct T P C

pasadas rpm m/min mm/min rev/min mm mm s s W

1 1 Planeado de la cara 1 2520

930

130.7

233.7

186

83

0.36

0.09

1.5

0.545 125 160

1299

368


930

130.7

233.7

186

83

0.36

0.09

2

0.516 125 160

601

510


930

130.7

233.7

186

83

0.36

0.09

2

0.516 125 160

601

510


930

130.7

233.7

186

83

0.36

0.09

1.5

0.540 125 160

1148

325

51

2

Colocar a escuadra

Planeado de la cara 22

520

930

130.7

233.7

186

83

0.36

0.09

2

0.514 83 111

526

112


930

130.7

233.7

186

83

0.36

0.09

2

0.514 83 111

526

112

Figura 4.2.3. Fresa de planeado D80



29

4.2.3. Fase 1

Esta fase se compone de una operación sencilla de planeado, se realiza con dos pasadas: una de desbaste de 1,5

mm y otra de acabado de 0,5 mm, con una profundidad total de 2 mm. Las velocidades son las expuesta en la

hoja de fases. Como se muestra en la figura 4.2.4. , donde las líneas amarillas representan la aproximación se

ha escogido una aproximación previa de unos 10 mm , las verdes el mecanizado, las azules el retroceso, el

retroceso escogido es de 10 mm en la dirección de corte para luego volver la herramienta hasta la posición de

inicio de la segunda pasada.

El resultado es el mostrado en la figura 4.2.5., el tiempo de mecanizado es 2 min 40 seg.

Figura 4.2.4. Planeado cara 1.

Figura 4.2.5. Resultado cara 1.


4.2.4. Fase 2

Esta fase se compone de una operación sencilla de planeado, se realiza con dos pasadas: una de desbaste de 2

mm y otra de acabado de 0,5 mm, con una profundidad total de 2,5 mm. . Las velocidades son las expuesta en

la hoja de fases. Como se muestra en la figura 4.2.6. , donde las líneas amarillas representan la aproximación

se ha escogido una aproximación previa de unos 10 mm , las verdes el mecanizado, las azules el retroceso, el




Figura 4.2.7. Resultado cara 3




31

4.2.5. Fase 3


mm y otra de acabado de 0,5 mm, con una profundidad total de 2,5 mm. Las velocidades son las expuesta en

la hoja de fases. Como se muestra en la figura 4.2.8. , donde las líneas amarillas representan la aproximación

se ha escogido una aproximación previa de unos 10 mm , las verdes el mecanizado, las azules el retroceso, el



El resultado es el mostrado en la figura 4.2.9, el tiempo de mecanizado es 2 min 40 seg.




4.2.6. Fase 4

Esta fase se compone de una operación sencilla de planeado, se realiza con dos pasadas: una de desbaste de 1,5

mm y otra de acabado de 0,5 mm, con una profundidad total de 2 mm. Las velocidades son las expuesta en la

hoja de fases. Como se muestra en la figura 4.2.10. , donde las líneas amarillas representan la aproximación se

ha escogido una aproximación previa de unos 10 mm , las verdes el mecanizado, las azules el retroceso, el








33

4.2.7. Fase 5


mm y otra de acabado de 0,5 mm, con una profundidad total de 2,5 mm. En esta fase se coloca una escuadra

para mejorar la colocación y el agarre de la pieza. Las velocidades son las expuesta en la hoja de fases. Como

se muestra en la figura 4.2.12. , donde las líneas amarillas representan la aproximación se ha escogido una

aproximación previa de unos 10 mm , las verdes el mecanizado, las azules el retroceso, el retroceso escogido

es de 10 mm en la dirección de corte para luego volver la herramienta hasta la posición de inicio de la segunda

pasada.





4.2.8. Fase 6

Esta fase se compone de una operación sencilla de planeado se realiza con dos pasadas: una de desbaste de 2

mm y otra de acabado de 0,5 mm, con una profundidad total de 2,5 mm. En esta fase se coloca una escuadra

para mejorar la colocación y el agarre de la pieza. Las velocidades son las expuesta en la hoja de fases. Como

se muestra en la figura 4.1.14. , donde las líneas amarillas representan la aproximación se ha escogido una

aproximación previa de unos 10 mm , las verdes el mecanizado, las azules el retroceso, el retroceso escogido

es de 10 mm en la dirección de corte para luego volver la herramienta hasta la posición de inicio de la segunda

pasada.






35

4.3. Aplicación práctica 2: Calzo en escalera

Se va a llevar a cabo el fresado de la pieza "Calzo en escalera" (Figura 4.3.1) que consiste en una pieza en la

que se van a desbastar tres escalones (Figura 4.3.2). Se ha escogido una preforma utilizada que tiene unas

dimensiones de 43x43x30 mm se han obviado las primeras pasadas de planeado ya que se mostró el planeado

en la anterior aplicación práctica.

Se usará una mordaza para la sujeción de la pieza en la mesa. El fresado se realiza en tres fases una por cada

escalón. Al finalizar cada fase se realiza una última pasada de acabado de 1 mm.

4.3.1. Herramientas

Se usa una única herramienta para el desbaste, Fresa D 15.

Figura 4.3.1. Calzo en escalera. Figura 4.3.2. Medidas.

Figura 4.3.3. Fresa D 15.





giro y el avance. Los datos han sido modificados debido al uso de distintas herramientas. En las fases se tiene

un avance automático durante el mecanizado y un avance manual en la aproximación y retorno, así como el

cambio de herramienta.

N.º N v C v ff p a p r t C

t T P C


1Sujetar pieza con

mordaza

2

Desbaste de

escalones 1, 2, 3

(dejando 1 mm en

todas las paredes)

3

Desbaste de

escalones 4, 5

(dejando 1 mm en

todas las paredes)

2 520 24,5 124 0,24 8 9 29 57 1179

1

Desbaste de

escalón 6

(dejando 1 mm en

todas las paredes)

1 520 24,5 124 0,24 11 7 14 22 1297

2Acabado de todos

los escalones3 520 24,5 83 0,16 1 1 66 90 383

Fase Op. Designación

58 126 1179

2

24,5 124 0,24 9 8

1

4 520

4.3.3. Fase 1

Esta fase se compone de dos operaciones sencillas. En primer lugar se llevará a cabo un desbaste del primer

escalón dejando 1 mm en todas las paredes. Tras esta operación se realiza el desbaste del segundo escalón

dejando también 1 mm en todas las paredes. La sujeción de la pieza es la mostrada en la figura 4.3.4..

Figura 4.3.4. Agarre de la pieza.



37

4.3.3.1. Operación 1.2. Desbaste del primer escalón

La primera operación consiste en un desbaste del primer escalón, se realiza en cuatro pasadas cada una de 8

mm y con una penetración axial de 9 mm cada una. Como se muestra en la figura 4.3.5. , donde las líneas

amarillas representan la aproximación realizada de 10 mm en cada pasada, las verdes el mecanizado, las azules

el retroceso de 10 mm en la dirección de mecanizado para luego volver a la posición de inicio de la siguiente

pasada.

El resultado es el mostrado en la figura 4.3.6., el tiempo de mecanizado es 2 min 6 s.

Figura 4.3.5. Desbaste del primer escalón.

Figura 4.3.6. Resultado del primer escalón.


4.3.3.2. Operación 1.2. Desbaste del segundo escalón

La primera operación consiste en un desbaste del segundo escalón, se realiza en dos pasadas cada una de 9 mm

y con una penetración axial de 8 mm cada una. Como se muestra en la figura 4.3.7., donde las líneas amarillas

representan la aproximación realizada de 10 mm en cada pasada, las verdes el mecanizado, las azules el

retroceso de 10 mm en la dirección de mecanizado para luego volver a la posición de inicio de la siguiente

pasada.

El resultado es el mostrado en la figura 4.2.8., el tiempo de mecanizado es 57 segundos.

Figura 4.3.7. Desbaste del segundo escalón.

Figura 4.3.8. Resultado del segundo escalón.



39

4.3.4. Fase 2

La segunda fase está compuesta por dos operaciones, la primera es el desbaste del tercer escalón y la segunda

consiste en realizar una pasada de acabado en cada una de las caras.

4.3.4.1. Operación 2.1. Desbaste del tercer escalón

La primera operación de esta fase consiste en un desbaste del tercer escalón, se realiza en dos pasadas cada

una de 8mm. Como se muestra en la figura 4.3.9., donde las líneas amarillas representan la aproximación

realizada de 10 mm en cada pasada, las verdes el mecanizado, las azules el retroceso de 10 mm en la dirección

de mecanizado para luego volver a la posición de inicio de la siguiente pasada.

El resultado tras esta operación es el mostrado en figura 4.3.10., con un tiempo de mecanizado de 22 segundos.

Figura 4.3.9. Desbaste del tercer escalón.

Figura 4.3.10. Resultado del tercer escalón.


4.3.4.2. Operación 2.2. Acabado de los escalones

Se realiza una pasada de acabado de 1 mm en cada una de las caras de un tiempo de mecanizado de 90

segundos. Quedando el resultado final mostrado en la figura 4.3.11.

Figura 4.3.11. Resultado final.



41

4.4. Aplicación práctica 3: Fresado a pulso

Se va a llevar a cabo el fresado de la pieza "Fresado a pulso" (Figura 4.4.1.) que consiste en un pieza en la que

se realiza el desbaste a mano por el operario regulando el mismo el avance (aunque se le aconsejará una

velocidad de avance). Se ha escogido una preforma utilizada que tiene unas dimensiones de 15x60x95 mm se

han obviado las primeras pasadas de planeado ya que se mostró el planeado en la primera aplicación práctica.

Las medidas son las mostradas en la figura 4.4.2.. Se usará una mordaza para la sujeción de la pieza en la

mesa. El fresado se realiza en 2 fases principales, una de sujeción y trazado y otra de mecanizado compuesta

por 5 subfases una interior y luego dos por cada lateral.

Figura 4.4.1. Fresado a pulso.

Figura 4.4.2. Medidas.


4.4.1.Herramientas

Se usa una única herramienta para el desbaste, Fresa D 10 (figura 4.4.3.).




giro y el avance. La velocidad de avance es la recomendada para el mecanizado, pero al ser llevado a cabo a

mano del propio maestro taller tendrá ligeras variaciones.

N.º N v C v ff p a p r t C

t T P C


1Sujetar pieza con

mordaza

2Trazar dibujo de la

zona a fresar

1Fresado de la

ranura central1 770 24,2 186 0,24 5 10 32 40 1097

2Desbaste del

lateral derecho2 770 24,2 186 0,24 5 7,5 40 56 824

3Contorneado del

lateral derecho1 770 24,2 186 0,24 5 7 32 40 769

4Desbaste del

lateral izquierdo2 770 24,2 186 0,24 5 7,5 40 56 824

5Contorneado del

lateral izquierdo1 770 24,2 186 0,24 5 7 32 40 769

Fase Op. Designación

2

1

Figura 4.4.3. Fresa D 10.



43

4.4.3. Fase 1

La primera fase en este caso consiste en la sujeción de la pieza y en el trazado del dibujo de la zona que se va a

fresar. Al ser el fresado a pulso el operario debe de trazar la zona a fresar para que luego le sirva de guía

cuando ejecute el fresado. Para esta operación son necesarias herramientas de dibujo.

4.4.4. Fase 2

La segunda fase está compuesta por todas las operaciones que se van a llevar a cabo.

4.4.4.1. Operación 2.1. Fresado de la ranura central

El operario realizará el fresado de la ranura central de una sola pasada con una penetración axial de 5 mm

como se muestra en la figura 4.4.4..

El tiempo del proceso está en torno a los 40 segundos y el resultado es el mostrado en la siguiente figura 4.4.5..

Figura 4.4.4. Fresado de la ranura central.

Figura 4.4.5. Resultado de la ranura central.


4.4.4.2. Operación 2.2. Desbaste del lateral derecho

Esta operación consiste en dos partes una primera en la que se realiza una pasada (figura 4.4.6.) a unos 7,5 mm

del borde y la segunda (figura 4.4.7.) consiste en un desbaste de la zona cóncava dejando 7 mm con la franja

derecha.

El tiempo de la operación son 56 segundos y el resultado es el mostrado en la siguiente figura 4.4.8..

Figura 4.4.6. Primera pasada. Figura 4.4.7. Segunda pasada.

Figura 4.4.8. Resultado del desbaste del lateral derecho.



45

4.4.4.3. Operación 2.3. Contorneado del lateral derecho

En esta operación se realiza el contorneado de la franja lateral derecha (figura 4.4.9.) en la que se había dejado

7 mm para así tener una penetración radial de 7 mm en todo el trazado.

La operación se realiza en 40 segundos y el resultado es el mostrado en la figura 4.4.10..

Figura 4.4.9. Contorneado del lateral derecho.

Figura 4.4.10. Resultado del lateral derecho.


4.4.4.4. Operación 2.4. Desbaste del lateral izquierdo

Esta operación consiste en dos partes una primera (figura 4.4.11.) en la que se realiza una pasada a unos 7,5

mm del borde y la segunda (figura 4.4.12.) consiste en un desbaste de la zona cóncava dejando 7 mm con la

franja izquierda.


Figura 4.4.11. Primera pasada. Figura 4.4.12. Segunda pasada.

Figura 4.4.13. Resultado del desbaste del lateral izquierdo.



47

4.4.4.5. Operación 2.5. Contorneado del lateral izquierdo

En esta operación se realiza el contorneado de la franja lateral derecha (figura 4.4.14.) en la que se había

dejado 7 mm para así tener una penetración radial de 7 mm en todo el trazado.


Figura 4.4.14. Contorneado del lateral izquierdo.

Figura 4.4.15. Resultado del lateral izquierdo.


4.5. Aplicación práctica 4: Mecanizado de pieza fundida

Se va a llevar a cabo el fresado de la aplicación práctica "Mecanizado de pieza fundida"" (Figura 4.5.1.) que

consiste en un pieza en la que se van a planear varias caras y realizar unos taladros.

Se usará una mordaza para la sujeción de la pieza en la mesa. La operación se realiza en tres fases. Las

medidas son las mostradas en la figura 4.5.2..

Figura 4.5.1. Mecanizado de pieza fundida.

Figura 4.5.2. Medidas.



49

4.5.1. Herramientas

Se usa una herramienta para el planeado, Fresa de planeado D 80 (figura 4.5.3.).

Y dos brocas distintas para el taladrado: Broca D10 (figura 4.5.4.) y Broca D 20 (figura 4.5.5.).

Figura 4.5.3. Fresa de planear D 80.

Figura 4.5.4. Broca D10.

Figura 4.5.5. Broca D 20.





giro y el avance. En las fases se tiene un avance automático durante el mecanizado y un avance manual en la

aproximación y retorno. Entre cada fase el operario debe cambiar la posición de la pieza.

Fase Op. Designación N.º N v C v f f p a p r t Ct T P C

pasadas rpm m/min mm/min rev/min mm mm min min W

1Sujetar pieza con

mordaza

2Planeado de la cara

trasera

1Sujetar pieza con

mordaza

2Planeado de la cara

inferior

3 Taladros inferiores 2 1250 39,3 83 0,07 - 5 0:32 0:32 1227

1Sujetar pieza con

mordaza

2 Planeado del soporte

cilíndrico

3 Taladradado del

agujero central1 1250 39,3 83 0,07 - 5 0:37 0:37 1227

4 Retaladrado del

agujero central1 930 58,4 13 0,01 - 5 4:39 4:39 1186

130,71

2

3

5 520 589

1 520 130,7 186 0,36 0,5 54 1:23 1:23

186 0,36 0,5 40 6:56 7:46

229

703

1 520 130,7 186 0,36 0,5 30 0:44 0:44

4.5.3. Fase 1

Esta fase se compone de una operación sencilla de planeado, se realiza con 5 pasadas de 0,5 mm con un paso

de 40 mm por pasada. Las pasadas tienen una longitud de 260 mm, tras cada pasada el operario posiciona

manualmente desplazándola 40 mm lateralmente, para luego iniciar la siguiente pasada en el sentido contrario

a la anterior, como se muestra en la figura 4.4.6..

Figura 4.5.6. Planeado de la cara trasera.



51


4.5.4. Fase 2

Esta fase se compone de dos operaciones sencillas, se realiza una operación de planeado de una pasada de 0,5

mm y una segunda operación que consiste en dos taladros de 10 mm de diámetro.

4.5.4.1. Operación 2.1. Planeado de la cara inferior

Consiste en un planeado de la cara inferior de una profundidad de 0,5 mm. Se realiza de una sola pasada como

se muestra en la figura 4.4.8..

El tiempo de mecanizado es 1 min 23 seg.

Figura 4.5.8. Planeado de la cara inferior.



4.5.4.2. Operación 2.2. Taladros inferiores

Esta operación consiste en dos taladros pasantes de 10 mm de diámetro. Como se muestra en la figura 4.5.9..

El resultado es el mostrado en la figura 4.5.10., el tiempo de mecanizado es 32 seg.

Figura 4.5.10. Resultado de la fase 2.

Figura 4.5.9. Taladros inferiores.



53

4.5.5. Fase 3

Esta fase se compone de tres operaciones, se realiza una operación de planeado del soporte cilíndrico de 0,5

mm, una operación de taladrado de 10 mm de diámetro y por último un retaladrado de 20 mm de diámetro.

4.5.5.1. Operación 3.1. Planeado del soporte cilíndrico

Consiste en un planeado del soporte cilíndrico de una profundidad de 0,5 mm. Se realiza de una única pasada

como se muestra en la figura 4.5.11.

El tiempo de mecanizado es 44 seg.

4.5.5.2. Operación 3.2. Taladrado del agujero central

Esta operación consiste en un taladro pasante de 10 mm de diámetro. Como se muestra en la figura 4.5.12..

El tiempo de mecanizado es 37 seg.

Figura 4.5.12. Taladrado del agujero central.

Figura 4.5.11. Planeado del soporte cilíndrico.


4.5.5.3. Operación 3.3. Retaladrado del agujero central

Esta operación consiste en un taladro pasante de 20 mm de diámetro. Como se muestra en la figura 4.4.13.



Figura 4.5.13. Retaladrado del agujero central

55

5 CONCLUSIÓN

En este trabajo se ha modelado mediante CATIA V5 la fresadora universal Jarbe CM-60, tanto los

componentes estructurales como sus movimientos principales, y se han modelado y simulado procesos de

mecanizado relativos a cuatro piezas diferentes. A continuación se exponen las principales conclusiones del

trabajo y se proponen algunos posibles trabajos futuros.

5.1. Conclusiones

Se han modelado todos los componentes de la fresadora Jarbe CM-60 con un alto nivel de detalle a partir de

medidas directas en la máquina. El modelo incluye las dos configuraciones principales de la fresadora, para

operaciones como fresadora vertical y como fresadora horizontal.

Se han podido realizar simulaciones con la máquina solo en la configuración como fresadora vertical, siendo

necesario además configurar los ejes en CATIA de una forma análoga a como se haría para un centro de

mecanizado de control numérico. En cambio, no ha sido posible simular la máquina como fresadora

horizontal. Estos resultados no son del todo inesperados, dado que CATIA no fue diseñado para este tipo de

máquinas. A pesar de este inconveniente, se han incluido también las fresas de disco en el modelo como

fresadora horizontal de manera que se pueda apreciar cómo sería dicha configuración.

Usando simulaciones como fresadora vertical, se han realizado cuatro aplicaciones prácticas con resultados

satisfactorios. Las aplicaciones cubren operaciones básicas de mecanizado como planeado, contorneado y

taladrado, para la fabricación de piezas típicas de fresado. En todos los casos se ha realizado un proceso de

mecanizado detallado, con hojas de fase que recogen todos los datos de fasees, operaciones, herramientas,

condiciones de corte, número de pasadas, potencia mecánica y tiempos.

Se ha generado documentación a partir de las aplicaciones prácticas en forma de vídeos con simulaciones de

los procesos y páginas web. Esta documentación puede ser utilizada como material didáctico en la docencia de

las asignaturas del Departamento.

5.2. Trabajos futuros

En primer lugar, siguiendo la línea de trabajos del Departamento, se propone realizar otros trabajos similares a

éste usando otras máquinas del taller. No obstante, si las máquinas a modelar no son de control numérico, se

propone la búsqueda de un programa informático más adecuado que CATIA, dado que éste es un software

enfocado a la programación de máquinas de control numérico.

Otro posible desarrollo futuro podría incluir la fabricación de las piezas simuladas en este trabajo. La

información recogida en forma de fotos y vídeos podría complementar la documentación generada en este

trabajo con fines didácticos.

Por último, sería interesante aprovechar la documentación generada en forma de vídeos y páginas web para

uso divulgativo y enseñar el funcionamiento de una fresadora universal sin necesidad de acceder a la máquina

56

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Manual "Fresadora Jarbe CM-60"

[2] CATIA Version 5 Release 19 User’s Documentation Home Page (disponible en

http://www.maruf.ca/les/catiahelp/CATIA_P3_default.htm).

[3] Mikell P. Groover. Fundamentos de Manufactura Moderna.

[4] Rubén Moreno Cobos. Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones

de mecanizado en un torno paralelo. Proyecto Fin de Carrera de

Ingeniería Aeronáutica, E.T.S. de Ingeniería de Sevilla, 2014.

[5] David Lucena Pacheco. Programación mediante CATIA V5 del centro de

mecanizado EMCO VMC-200. Proyecto Fin de Carrera de Ingeniería

Aeronáutica, E.T.S. de Ingeniería de Sevilla, 2014.

[6] Vicente Sánchez Hernández. Modelado y simulación mediante CATIA V5 de

elementos y operaciones de fresado en el centro de mecanizado EMCO VMC-

200. Proyecto Fin de Carrera de Ingeniería Aeronáutica, E.T.S. de

Ingeniería de Sevilla, 2014.

[7] Pablo García Ortega. Modelado y simulación con CATIA V5 de operaciones

de mecanizado en un torno CNC. Proyecto Fin de Carrera de Ingeniería


[8] Jesús Fuentes Quintana. Modelado y simulación del centro de mecanizado

MIKRON HSM 400U LP con CATIA V5. Proyecto Fin de Carrera de Ingeniería


[9] Rocío Mayo Mendoza. Proceso productivo de un elemento de fijación aeronáutica. Proyecto Fin de

Carrera de Ingeniería Aeronáutica, E. T. S. de Ingeniería de Sevilla, 2011.



57

ANEXOS

Anexo 1: Orden de los archivos en el CD.

Se han marcado las carpetas en color rojo y los archivos con la terminación de su tipo de archivo. Quedando el

siguiente resumen:

1. Fresadora Jarbe CM-60

1.1. FresadoraVertical.CATProduct

1.2. FresadoraHorizontal.CATProduct

1.3. configuracion1.CATProduct

1.4. MesaBasica.CATProduct

1.5. carro_portapiezas.CATPart

1.6. carro_trasversal.CATPart

1.7. cuerpo.CATPart

1.8. mensula.CATProduct

1.9. cuerpo_mensula.CATProduct

1.10. puente.CATPart

1.11. PortaVertical.CATProduct

1.12. Engancheherramienta.CATPart

1.13. Luneta.CATPart

1.14. Media.CATPart

1.15. Nariz.CATPart

1.16. porta_horizontal1.CATPart



1.19. Utillaje

1.19.1. Fresa disco.CATPart

1.19.2. mango.CATPart

1.19.3. manivela.CATPart

1.19.4. MordazaT.CATPart

1.19.5. Mordaza1.CATPart

1.19.6. Mordaza2.CATPart

1.19.7. palanca.CATPart

1.19.8. volante.CATPart

1.19.9. Mordaza-fijo.CATPart

1.19.10. Mordaza-movil.CATPart

2. Mecanizados

2.1. Paralelepipedo

2.1.1. Pieza1 bruto1.CATPart






2.1.7. Pieza1.CATPart

2.1.8. Pieza1 prep1.CATProduct







2.1.14. Pieza1Proceso.CATProcess

2.2. Calzo en Escalera

2.2.1. Taco 20.CATPart


2.2.3. Pieza2 bruto.CATPart

2.2.4. Pieza2 Inter.CATPart

2.2.5. Pieza2 prep.CATProduct

2.2.6. Pieza2Mecanizado.CATProcess

2.3. Fresado a Pulso

2.3.1. Taco22.CATPart


2.3.3. Pieza3Bruto.CATPart

2.3.4. Pieza3Prep.CATProduct

2.3.5. Pieza3Mec.CATProcess

2.4. Mecanizado de pieza fundida

2.4.1. Amarre 1 pieza 4.CATProduct



2.4.4. Pieza 4.CATPart

2.4.5. Pieza 4 con utillaje.CATProduct

2.4.6. Pieza fundida.CATPart

2.4.7. Pieza fundida mecanizada 1.CATProduct

2.4.8. Pieza fundida mecanizada 1.cgr





2.4.13. Soporte-20mm.CATPart

2.4.14. Util 1.CATPart

2.4.15. Util 2.CATPart

3. Videos

3.1. Primer_Video.mp4

3.2. Segundo_Video.mp4

3.3. Tercer_Video.mp4

3.4. Cuarto_Video.mp4



59

Anexo 2: Hojas de fases detalladas

Se van a añadir también las hojas de fases de las aplicaciones prácticas detalladas.

1. Paralelepípedo

2. Calzo en escalera

3. Fresado a pulso

4. Mecanizado de pieza fundida

Modelado y Simulación mediante CATIA V5 de operaciones...

Documents

Transcript of Modelado y Simulación mediante CATIA V5 de operaciones...