Desarrollo Teórico- Experimental en la Geometría de Maquinado Múlti-ejes aplicando Ingeniería Inversa Mixta

Abstract

El presente trabajo de Investigación aborda la problemática que presenta el Maquinado Multi-ejes de productos o piezas que contienen dentro de su topología superficies de formas libres aplicando Ingeniería Inversa Mixta, y es desarrollado específicamente en el torno CNC tipo Suizo de serie JSL-32Ab con un controlador marca Fanuc- serie i32, el cual se encuentra en el laboratorio sala CAM de Mecatronica antigua de la Universidad Nacional de Colombia sede Bogotá. El mecanizado de superficies de forma libre es implementando por medio del desarrollo de modelos matemáticos aplicados a las etapas de desbaste, semi-acabado y acabado. Como punto de partida, se realiza un reconocimiento de la maquina CNC con el fin de identificar la cinemática directa e inversa que presentan los sistemas y subsistemas que la componen. En el proceso de identificación del Torno Suizo JSL-32Ab, se desarrolla el primer método de ingeniera inversa, en el cual se establecen los modelos matemáticos adecuados para la ejecución de movimientos simples y de interpolación en los ejes X, Y, Z y C que presenta la maquina. El principal objetivo para el proceso de manufactura, es fabricar los productos que se plantearon como criterio orientado a MRR ( Material Remove Rate) , empleando un tiempo mínimo de producción ajustando los parámetros de mecanizado como lo son: profundidad de corte, avance, velocidad de corte, dichos parámetros son establecidos para mecanizado sin refrigeración. El otro método de Ingeniería inversa es planteado con el objetivo de crear los respectivos modelos CAD de las piezas físicas reales deseadas, específicamente a partir de digitalización de imágenes fotográficas. Como producto final de generación de superficies de forma libre se entregan varios aportes importantes en el modelamiento de maquinas y útil para el sector industrial como: Se realiza un análisis de remoción de macro volúmenes Macro-MRSEV (Material Remove Shape Elemental Volume) con el fin de realizar una aproximación rápida al volumen deseado y micro volúmenes Micro-MRSEV con el objetivo de generar óptimamente la superficie deseada integrando el movimiento multi-ejes de la maquina. Para el maquinado de Micro-MRSEV se genera un programa lógico-computacional en el Software MATLAB, el cual genera el código G de pos procesamiento adecuado para el acabado de las superficies de forma libre teniendo en cuanta los modelos matemáticos de geometría diferencial desarrollados para dicho _n. En el programa elaborado es necesario indicar algunas dimensiones de la herramienta y parámetros de corte para calcular la posición de la herramienta de corte y del material, con el fin de esculpir la superficie y conservar el corte de la herramienta. La implementación del reglaje y ajuste del 'cero' en el 'seteo' de herramientas a partir de una ecuación que determina la posición relativa de la herramienta respecto al cero absoluto de la móquina, esta ecuación es generada por el método de regresión polinómicas por mínimos cuadrados.

Abstract. This present work research approaches the issues presented by the Multi- axis Machining of product or a part parts containing in its topology, freeform surfaces applying Reverse Engineering Mixed, and is developed specifically in CNC Swiss-type lathe JSL-32AB series with a driver trademark FANUC serial i32, which is in the Old Mechatronics Laboratory CAM Rom of the National University of Bogota - Colombia. The machining of freeform surfaces is implemented through the development of mathematical models applied to the phases of roughing, semi - finishing and finishing. As a starting point is performed a recognition of the CNC machine in order to identify the direct and inverse kinematics presenting systems and subsystems that compose it. In the phase of Swiss lathe JSL-32Ab identification, the first method of reverse engineering is developed, in which are established the appropriate mathematical models for the execution of simple movements and interpolation in the X, Y, Z and C having the machine. The main objective for the manufacturing process, is to manufacture products that were raised as an objective, employing a minimum of production setting the machining parameters such as: depth of cut, feed rate, these parameters are established for machining without cooling. The other method of reverse engineering is proposed with the objective of creating the respective CAD models of the real physical parts, this is specifically based on photographic images As a final product of generating free-form surfaces multiple important contributions in the modeling of machines and useful in the industrial sector such: Is performed an analysis of removal volumes macro Macro-MRSEV (Material Remove Shape Elemental Volume) for the purpose of perform a fast approach to the desired volume and micro volumes Micro-MRSEV with the objective of generate the desired optimally surface. For the integrating the multi-axis movement of the machine, for the machining of surfaces is generated a logical-computational program in the MATLAB Software, which generates the appropriate code post-processing for finishing the freeform surfaces taking into account the mathematical models of differential geometry developed for this purpose. In the program prepared, is necessary to indicate some dimensions of the cutting tool and cutting parameters to calculate the position of the cutting tool and the material, in order to sculpt the surface and preserve the cutting tool. The implementation at home position of cutting tools based on an equation that determines the relative position of the tool relative to the absolute zero of the machine, this equation is generated by the method of least squares regression polynomial.