Fabricación Digital: Procesos CAM

Diseño CAD / CAM
Docente
M.Cs. Leonardo Augusto Bonilla
Procesos CAM (Arranque de Viruta)

1.  Proceso de Diseño - CNC
Inicialmente las ideas o diseños se pueden hacer en papel y luego ser
pasados a un modelo 3D, los cuales luego pasan por un proceso de
conversión desde el CAD hacia formatos como DXF para cortes 2D.
Los modelos 3D para mecanizado son importados al CAM el cual genera un
postprocesador que por lo general es un archivo de extensión CN o INI.
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Idea Modelo 3D
Análisis
Anidado
Rotulación
Prototipado
Diseño CAD CAM / CAE Producción
Ajustes

2.  Software CAM
Es el software que permite convertir los diseños 2D y 3D en trayectorias de
Código G (G-Code) para que las máquinas puedan procesar la información,
básicamente escribe las instrucciones que debe seguir la máquina.
El software CAM no es un tipo de software que permite diseñar, es el paso
que va después de la etapa de diseño, permite entre otras cosas hacer una
simulación de cómo será el proceso productivo y verificar si el diseño se
adapta al proceso, o por el contrario optimizar el proceso al diseño.
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3.  Ventajas de usar CAM
•  Facilidad de programación de los controles de las máquinas.
•  Al ser posible simular la trayectoria con la herramienta dentro del CAM, se
puede detectar posibles colisiones de la herramienta con la pieza o con
partes fijas de la máquina.
•  Posibilidad de mecanizar superficies complejas de las que no se dispone
de una maqueta y por tanto no es posible mecanizarlas por copiado.
•  Postprocesar un solo archivo varias trayectorias con diferentes
herramientas (ATC G-CODE).
•  Los cambios en el CAD son facilmente reprocesados con el CAM.
•  Con la simulación se conocen los tiempos estimados de fabricación para
calculos de costos y de cantidad de materia prima.
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4.  Metodologías de aproximación
En el libro Digital Fabrications: Architectural and Material Techniques
(Iwamoto, 2009) se hace referencia a diferentes técnicas de aproximación a la
fabricación digital y el diseño enfocado hacia esta, se destaca el corte plano
y mecanizado de la materia prima, está técnica usa diferentes estrategias de
fabricación para llegar a la forma final del diseño, estás estrategias son:
A.  Seccionado
B.  Teselado
C.  Doblado
D.  Contorneado
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A.  Seccionado
Esta se describe formalmente como seccionar un objeto en varias piezas, de
alguna manera se podría decir que es un rompecabezas, donde las piezas
encajan unas entre otras usando ensambles que se bloquean entre ellos o
que utilizan herrajes para asegurar las piezas. Casi siempre son volúmenes
que tienen la apariencia de estructura esquelética construida a partir de
planos seriados.
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Busqueda Google:
Space Pavilion
A.  Seccionado

B.  Teselado
Esta estrategia responde al seguimiento de un patrón de repetición el cual
tiene como propósito no dejar espacio entre las figuras que lo componen y
tampoco sobreponerlas. Es utilizado para cubrir superficies planas, aunque
en proyectos más desafiantes los planos tienen tridimensionalidad
siguiendo figuras de doble curvatura.
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B.  Teselado
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Busqueda Google:
Le Corbusier Puppet Theater

C.  Doblado
Básicamente es transformar una superficie plana en una tridimensional por
medio de dobleces, es como hacer un origami, esta es una estrategia que no
solo crea formas, sino que también crea estructura de soporte a través de la
geometría. Cuando dobleces son adicionados a un material plano este gana
rigidez y dureza, puede cubrir distancias grandes y en algunos casos generar
una estructura auto soportante.
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C.  Doblado
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IN-OUT CURTAIN RECUPERADO DE HTTP://WWW.IWAMOTOSCOTT.COM/IN-OUT-CURTAIN

D.  Contorneado
Este tipo de estrategia utiliza materiales laminares como MDF o Triplex junto
con maquinaria CNC de desbaste, así, se puede arrancar el material por
capas y crear superficies de doble curvatura. Se caracteriza porque es un
proceso que puede aprovechar la orientación longitudinal del material para
cubrir grandes áreas o se puede utilizar por niveles para hacer figuras de
crecimiento vertical. Es así como se pueden lograr transiciones de formas
dentro de un mismo objeto.
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Contorneado
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Mesa M3 RECUPERADO DE http://constructodigital.com/mesa-m3/

5.  Arranque de viruta
Es conocido como mecanizado de partes donde por medio de herramientas
controladas por maquinaria de control numérico (CNC) arrancan material de
bloques o láminas siguiendo coordenadas almacenadas en archivos de
Códigos-G (G-Code).
El arranque de viruta se da en diferentes direcciones dependiendo de la
morfología del objeto y de la maquinaria a utilizar, se pueden clasificar de la
siguiente manera:
•  2 ½ ejes (Z activo, X,Y pasivos) (X, Y, Z pasivo)
•  3 ejes (X,Y,Z)
•  4 ejes (X,Y,Z y un eje de rotación A)
•  5 ejes (X, Y, Z, A, B)
•  6 ejes (X, Y, Z, A, B, C)
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A.  Router CNC
Es la maquinaria utilizada para arrancar el material de un bloque de materia
prima y dar forma al diseño hecho en el CAD. Utiliza principalmente un
motor giratorio, el cual hace girar una herramienta por encima de las 15000
RPM, depende del material y el tipo de motor, que a medida que avanza en
cualquiera de los ejes del sistema de coordenadas (X,Y,Z) va desbastando el
material arrancando viruta de este.
El movimiento por los ejes se puede dar por medio de SERVOS o por
motores neumáticos y/o hidráulicos (eje z).
Este tipo de maquinaria es controlada por un software que lee los archivos
postprocesados exportados desde un CAM, actualmente no es necesaria la
conexión directa al computador para su funcionamiento.
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Router CNC
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Busqueda Google:
CNC Router de mesa
Motor herramienta
Eje z
Eje X
Eje Y
Fuente de Poder
Botón de seguridad

Router CNC
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Busqueda Google:
CNC Router Mistral 1000

Router CNC
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Busqueda Google:
CNC Router

Router CNC - Ideal
Siempre hay una
herramienta ideal, estos
son algunos de las
características que se
deben buscar en un Router
CNC, no todos son
necesarios, pero entre más
mucho mejor.
Esto también aplica para
las herramientas usadas,
casi siempre las más
económicas son las que se
desgastan más rápido y
resisten menos fuerza
aplicada.
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Software de control (Mach3)
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B.  Herramental
Las herramientas que utilizan las maquinas de arranque de viruta son fresas
que resisten la fuerza mecánica del movimiento paralelo de desplazamiento
mientras arranca material. Están hechas la mayoría en aleaciones que no solo
define su vida útil si no la calidad del corte y el propósito del mismo.
Dependiendo del tipo de mecanizado y el material que se vaya a procesar se
debe escoger la herramienta, parámetros como espesores, dureza y tamaño
del material deben tenerse en cuenta.
En el caso de los materiales metálicos se requiere algún tipo de refrigerante
líquido, y para los materiales como madera aglomerada y similares se
recomienda usar un sistema de succión de viruta, para mantener el área de
trabajo limpia y evitar daños en los equipos.
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Tipos de herramientas
Las herramientas tienen unas Flautas que son
la cantidad de cuchillas, para cortes con mayor
arranque de viruta en áreas cerradas se usan 2
flautas pero a menor velocidad de
desplazamiento, y cuando no se requiere
tanto arranque de viruta como en áreas
abiertas se pueden usar fresas más rígidas de 4
flautas.
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Distancia total de la herramienta
Distancia de la flauta (Corte Efectivo)
Diámetro
corte
Diámetro
herramienta
Distancia de sujeción
Plana Bola Redonda Chaflán

Tipos de Herramienta
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1. Tipos de flautas de corte 2. Giro del motor CW
3. El avance de la herramienta depende de la
capacidad de arranque de viruta.
4. Se puede aprovechar la dirección de avance y la dirección
de giro del motor para el arranque de viruta.

Sujetador de herramienta
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Maquina
Herramienta
Seguro

ATC – Intercambiador Automático de Herramientas
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C.  Guía de Diseño - CNC
•  El material no debe superar en profundidad la dimensión total de la
herramienta con la que se va a mecanizar, el cabezal de la maquina
puede colisionar con el material.
•  Utilizar herramientas de punta plana para corte y las de bola para
mecanizado.
•  Preferiblemente dejar 15 mm de espacio entre pieza y pieza.
•  Utilizar el avance y la velocidad de giro recomendado para la herramienta
y el tipo de material.
•  La cantidad de material a desbastar por capa como distancia máxima
debe usarse el radio de la fresa usada (Step Down), lo mismo para el
avance en (X,Y) (Step).
•  Cuando se este programando, primero ejecutar las trayectorias que no
requieran desbastar la totalidad del espesor, grabado, perforado y
mecanizado, luego los de corte como perfilado.
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2 ½ ejes
Son procesos de arranque de viruta donde las trayectorias más comúnes son
el perforado, limpieza de superficie, Pocketing y Perfilado.
En los procesos que utilizan un 1 eje solamente se considera activa la
profundidad de perforación (Z), las coordenadas X,Y son solamente para
ubicación.
En los procesos de Limpieza de área, Pocketing, y Perfilado utilizan
activamente los ejes X,Y para hacer las operaciones y el desplazamiento,
mientras que el eje Z solo es usado para hacer los cambios de nivel y
determinar la profundidad.
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Perfilado
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Recuperado de:
Mecsoft / www.mecsoft.com

Grabado
37
Recuperado de:

Pocketing
38
Recuperado de:

Hole Pocketing
39
Recuperado de:

Limpieza de áreas
40
Recuperado de:

3 ejes
En este proceso de arranque de viruta el material es mecanizado generando
relieves que como resultado pueden generar figuras en negativo o en
positivo, es ideal para hacer cualquiera de las dos partes del un molde.
Se considera de 3 ejes porque los 3 funcionan de manera simultanea para
ejecutar trayectorias como Desbaste en ambas direcciones (U,V), Finalizado
en ambas direcciones (U,V).
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Desbaste Horizontal
42
Recuperado de:

DesbasteVertical
43
Recuperado de:

Finalización de Piezas
44
Recuperado de:

Finalización de Piezas
45
Recuperado de:

Mecanizado Radial
46
Recuperado de:

Mecanizado Espiral
47
Recuperado de:

4 ejes
Utiliza trayectorias de mecanizado similares a las de los 3 ejes, pero se le
adiciona un eje de rotación (eje A) la cual permite girar la pieza paralela a la
cama de la máquina mientras el cabezal desbasta el material.
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Imagen Recuperada de:
Google: Assad Ansar - 4 Axis

Router CNC – 4 Ejes
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Busqueda Google:
4 axis CNC Router

5 ejes
Mecanizado de superficies de doble curvatura, donde se le agrega
movimiento al cabezal (Eje B), permitiendo que este pueda trabajar figuras
de manera frontal. Es muy común que se use para mecanizar modelos a
escala en arcilla de vehículos.
Hay dos tipos de máquinas de 5 ejes, las de brazo vertical y las de puente.
Las de brazo vertical tienen mayor libertad de espacio para trabajar, pues la
altura del material no será una limitación, carece de cama para soportar el
material.
La máquina de puente tiene cama para colocar el material y ofrece procesos
de mecanizado convencionales de 2 y 3 ejes.
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Router CNC – 5 Ejes (Vertical)
51
Busqueda Google:
5 axis CNC Router

Router CNC – 5 Ejes
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Busqueda Google:
5 axis CNC Router

Router CNC – 5 Ejes (Puente)
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Busqueda Google:
5 axis CNC Router

6 ejes
Es muy similar a los procesos de mecanizado de 5 ejes, sin embargo, se le
adiciona un ultimo eje de rotación (Eje C) el cual le permite al cabezal girar
alrededor de la pieza, lo que le permite trabajar todas las caras de manera
perpendicular.
Estas máquinas se caracterizan también por tener un cabezal con múltiples
herramientas a parte del intercambiador automático. Permitiéndole estar
más tiempo trabajando, reduciendo el tiempo nulo, lo cual finalmente afecta
positivamente el tiempo total de la pieza.
Existen dos tipos de maquinaria de 6 ejes, el Router de Puente y el brazo
robótico.
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6 ejes - Puente
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Busqueda Google:
6 axis CNC Router

6 ejes Brazo Robot
Los brazos de robot tienen flexibilidad de colocar
diferentes tipos de herramientas como extensión, se
pueden colocar herramientas de mecanizado,
prensas o extensiones especiales desarrolladas por
los usuarios.
El brazo particularmente lo que agrega es el
movimiento en los 6 ejes (X,Y,Z,A,B,C), pero el brazo
esta anclado a una base, impidiéndole el
desplazamiento.
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Busqueda Google:
6 axis KUKA Robot

Videos de procesos
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Tu Taller Design S.A.S. – Procesos de diseño Mecanizado 5 ejes
Silla Branca - Procesos de mecanizado 6 Ejes

Fuentes de consulta
•  Herramientas CNC - http://www.hsmworks.com
•  RhinoCAM – www.mechsoft.com
•  Tu Taller Design S.A.S. – www.tutallerdsn.com
•  Iwamoto, L. (2009). Digital Fabrications: Architectural and Material
Techniques.
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