Informe sobre el producto

Dr. Charles Clarke  

INFORME SOBRE EL PRODUCTO DEL FRESADO CON TURBOMAQUINARIA NX  

Impulsores de mercado ................................................................................... 3  Aplicaciones especializadas existentes .......................................................... 4  Una nueva generación de software que brindan flexibilidad........................... 4  Operaciones especializadas para blisks y propulsores ............................ 5  Desbastado controlado ...................................................................... 6  Flexibilidad en la selección de patrones ............................................ 6  Fresado de restos............................................................................... 7  Control del eje de la herramienta ....................................................... 7  Trabajo con geometría 3D de calidad deficiente ...................................... 8  El valor de una solución CAD-CAM completa .......................................... 8  Conclusión ....................................................................................................... 9 

 

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FRESADO CON TURBOMAQUINARIA NX CAM

Introducción La tecnología CAD/CAM ha progresado hasta un punto donde las funciones que alguna vez se consideraron avanzadas como la programación de 5 ejes, ahora son comunes. Sin embargo, los avances de la tecnología permiten a los proveedores de software entrar en áreas más especializadas y, así, brindar mejores niveles de valor a sus clientes. El resultado son nuevas aplicaciones de extensión CAD/CAM (con frecuencia denominados complementos) que abordan los requerimientos específicos en industrias específicas con un alto grado de precisión y desempeño. Estas aplicaciones complementarias disminuyen la necesidad de utilizar aplicaciones especialistas e independientes que operan fuera de los sistemas estándares de la empresa. Este informe analiza un ejemplo de estas nuevas aplicaciones avanzadas con el módulo de fresado con turbomaquinaria NX que Siemens PLM ha presentado a su gama de soluciones para la manufactura de partes en NX 7. El nuevo software se ha desarrollado de manera muy estrecha con clientes clave: es un mercado que Siemens PLM domina desde una perspectiva CAD/CAM genérica con empresas como Pratt and Whitney, GE Aircraft Engines, Rolls-Royce y muchos de los mayores fabricantes y proveedores de motores de aeronaves y de generación de energía que han sido clientes significativos para Siemens. También, divisiones internas como Siemens Power Generation son usuarios importantes del software.

Dr. Charles Clarke Charles Clarke es un reconocido consultor y escritor de CAD/CAM/CAE, PLM y temas relacionados. Con una formación en ingeniería, en la industria CAD/CAM y con experiencia directa en planeación e implementación de estos sistemas para compañías de alto perfil, tiene una buena experiencia sobre la cual basar las evaluaciones y revisiones de productos. Dr. Clarke es un colaborador habitual de numerosas revistas de la industria en el Reino Unido y a nivel internacional.

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Impulsores de mercado Los sistemas de turbinas más recientes ofrecen altos niveles de eficiencia en muchas aplicaciones desde generación de energía hasta propulsión de aeronaves. Esta es una de las razones del continuo aumento de la demanda de componentes de varias hojas que son elementos fundamentales de los motores de turbina. Un desarrollo de la última década es una transición a discos de turbina de motores aeroespaciales (con frecuencia denominados blisks) que se fabrican como un componente en lugar de un ensamble de un conjunto de hojas separadas que luego se adjuntan a un cubo relativamente complejo. La parte individual generalmente es más liviana y esto contribuye a una eficiencia adicional. La tendencia a utilizarlas se ha trasladado desde las aplicaciones militares a las comerciales, lo que provoca el volumen adicional. Sin embargo, el maquinado de blisks de varias hojas o propulsores plantea una exigencia adicional en la programación de control numérico necesaria para

Generalmente, el software genérico CAM de 5 ejes no ofrece las operaciones especiales diseñadas especialmente para una programación fácil y efectiva de los componentes de la turbomaquinaria.

manejar el tipo de máquina-herramienta avanzada de varios ejes utilizada para este trabajo. Aunque muchos proveedores CAM eligen estos componentes exigentes para ilustrar el software de 5 ejes, la prueba real viene en la programación productiva. Lamentablemente en muchos casos el software de 5 ejes estándar no sólo desde varios ejes, también tiene el objetivo de

ser multipropósito. Generalmente, el software genérico CAM de 5 ejes no ofrece las operaciones especiales diseñadas especialmente para una programación fácil y efectiva de los componentes de la turbomaquinaria.

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Aplicaciones especializadas existentes Durante algún tiempo la tarea especializada de programar y maquinar tipos de componentes como las hojas de turbina, blisk y propulsores más complejos se ha logrado

utilizando

máquinas-herramienta

especializadas

y

software

de

programación de control numérico proporcionado por la máquina-herramienta o adquirido de manera separada a un proveedor de software muy especializado. Para muchas empresas éste no es un escenario ideal, al menos desde la perspectiva del software, ya que en lugar de eso utilizarían una aplicación que sea coherente con el resto sus operaciones. Aparte de tener que tratar con varios proveedores, y de enfrentar la transferencia o conversión de datos, también es un problema de administración de datos y un problema de control de revisión. Para las empresas más grandes es una preocupación de que dichas aplicaciones excepcionales tiende a residir fuera del sistema de administración de datos del producto (PDM), lo que se agrega al costo de la administración eficiente de datos. Además, estos paquetes únicos y especializados pueden ser demasiado costosos para comprarlos y mantenerlos.

Una nueva generación de software que brindan flexibilidad Con la última versión de NX, Siemens PLM Software presentó una aplicación de extensión especializada para su software NX CAM establecido que está totalmente centrada en el maquinado de componentes de turbomaquinaria. Cuando Siemens PLM habla de turbomaquinaria, no sólo está hablando de blisks y propulsores, la aplicación también se podría utilizar para propulsores u otras partes rotativas de varias hojas. El término de marketing general para todas estas áreas es turbomaquinaria. Ejemplo de un modelo de blisk que se puede programar utilizando la aplicación de fresado con turbomaquinaria de NX CAM.

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Un objetivo clave de este nuevo software de turbomaquinaria NX es permitir a los usuarios hacer esta compleja programación lo más fácil posible. El sistema proporciona opciones específicas que ponen al usuario en el contexto de la turbomaquinaria. La idea es simplemente seleccionar la geometría y decirle al software el tipo de hojas en las que está interesado y la operación que necesita. Luego presione el botón “ir” y el sistema volverá con trayectorias de herramientas sin acanalar y sin colisiones para todo el componente sin necesidad de hacer ediciones o modificaciones. Con un software genérico probablemente tardaría horas en generar una trayectoria de herramientas sólo entre dos hojas con un divisor. Con el fresado con turbomaquinaria NX tarda alrededor de dos minutos. Como todos los fabricantes tienden a hacer las cosas de manera diferente, la idea con el fresado con turbomaquinaria NX era mantener el módulo de maquinado de hojas lo más flexible posible. Hay algunas aplicaciones del software CAD donde sólo puede maquinar entre las hojas siempre y cuando éstas sean rectas. Si las hojas se curvan desde la cubierta hacia el cubo, el sistema no podrá maquinarlas. En NX CAM no existen esas restricciones. En algunos propulsores hay hojas más pequeñas que se llaman divisores entre medio de las hojas del propulsor principal. Algunos sistemas no le permitirán especificar ningún divisor y, generalmente, incluso los más poderosos se detienen en un divisor. En NX puede especificar hasta seis divisores.

Operaciones especializadas para blisks y propulsores Con la nueva aplicación de NX el sistema completo está construido para ser fácil e instintivo para el programador que interactúa con los términos del menú como hoja, divisor y cubo. Se espera que procese ciertos tipos de geometría, entonces todo lo que tiene que hacer es especificar dónde están estos tipos de geometría y el sistema hace el resto. Si tiene un divisor entre medio de las hojas principales tiene que decirle al sistema dónde se encuentran. Luego especifica que desea una operación de desbastado y especifica la herramienta que desea utilizar. Debe identificar si la velocidad de avance y la profundidad de corte radial son apropiados y cualquier material que desea dejar en la parte. El proceso de especificación tarda alrededor de un minuto o dos y luego debe decirle al software que vaya y calcule la trayectoria de herramientas. El tiempo de procesamiento tarda otro minuto o dos, y ya tiene su trayectoria de herramientas. Copyright © 2010 Dr. Charles Clarke

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Desbastado controlado  Por ejemplo, cuando realice un desbastado puede limitar el volumen que desea eliminar en cualquier operación de trayectoria de herramientas de modo que puede maquinar, por ejemplo, el 50% superior de la hoja en una operación. Las hojas del propulsor tienden a ser largas, entonces a medida que acerca al extremo de la hoja efectivamente es una viga en voladizo larga y puede obtener una deflección significativa en la hoja a medida que se maquina. Si la hoja se endurece por la voluminosidad del blanco durante estas operaciones lo máximo posible, entonces se minimiza la deflexión debido al maquinado. Ejemplo de una trayectoria de herramientas de desbastado.

Generalmente los usuarios tienden a desbastar el 50% superior y luego dan acabado al 40% superior. Y luego siguen desbastando el 50% inferior y dan acabado al 60% restante. Al tratar aleaciones de titanio duro es común maquinar en dos profundidades, de modo que haya dos profundidades de desbastado y dos profundidades de acabado.

Flexibilidad en la selección de patrones  Aunque la automatización es importante para una programación de control numérico más corta y más fácil, necesita tener la flexibilidad para trabajar de la manera que desee. En NX tiene acceso a muchas opciones si desea utilizarlas. Por ejemplo, NX encontrará automáticamente los bordes anteriores y de salida de la hoja, pero luego podrá ajustar estas posiciones para obtener la trayectoria que desee. Puede especificar qué esquina desea utilizar para comenzar el patrón de maquinado; puede especificar el tipo de patrón si es ascendente o zigzag; si desea que la profundidad de corte radial sea desde la hoja izquierda hacia la hoja derecha; que sea en 20 pasadas o definirlo dando una altura de festón de 0,2 mm o 6 mm de profundidad de corte o un 20% de la herramienta etc.

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Fresado de restos  Un área en la que la aplicación de Siemens parece ofrecer una ventaja particular sobre otros sistemas es en el fresado de restos. El software NX administra un modelo activo o “en proceso” de la pieza de trabajo de modo que el sistema sepa qué ha sido maquinado y qué material sobra. Por ejemplo, cuando una cortadora más grande deja material sobrante entre la base de una hoja divisoria y una hoja principal, NX CAM es capaz de dirigir este material sin cortar automáticamente solo con hacer clic en un botón. Esto ahorra trabajo de programación y produce un maquinado mucho más eficiente. La pieza de trabajo en proceso también trabaja entre torneado y fresado, que también es valioso en la turbomaquinaria donde las partes rotativas tendrán operaciones de torneado y fresado.

Control del eje de la herramienta  También puede restringir el eje de la herramienta y especificar cuánto desea que Ejemplo de una trayectoria    de herramientas de fresado    de restos.

la herramienta se adelante o se rezague. Esto es especialmente importante al utilizar molinos de bolas o brocas, donde la punta inferior no tiene borde de corte, de modo que puede crear un borde anterior inclinando la herramienta. Puede especificar el adelantamiento o rezago para el borde anterior y el borde de salida por separado y un eje de la herramienta se intercala entremedio. Puede especificar estos parámetros en la cubierta y en el cubo y el software intercala los incrementos requeridos para hacer la transición de uno a otro. La mayoría de las deflecciones del eje de la herramienta, como las transiciones de herramientas, tienen lugar cerca de los bordes anteriores y de salida debido que la mayor parte de su cambio de curvatura se produce en esta región. Para minimizar esto puede fijar el eje de la herramienta al valor cerca del borde anterior o de salida de la hoja. Puede especificar que entre 20 mm del borde anterior o de salida mantenga el mismo eje de la herramienta para el resto de las pasadas. No deben suceder cambios repentinos en el eje de la herramienta ya que esto puede producir daños en la superficie o la herramienta. A veces un pequeño cambio en el eje de la herramienta puede significar un cambio bastante significativo en el borde de corte de la herramienta. Aquí NX le ayuda a administrar la velocidad del cambio del eje de la herramienta. Siemens dice que una función especial para el maquinado del borde de la hoja es uno de esos elementos que han planeado y que esto hará que esta tarea sea fácil y rápida como otras ya cubiertas en el nuevo software mediante una función especial para hojas y blisks.

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Trabajo con geometría 3D de calidad deficiente Otros sistemas CAM son muy específicos sobre los tipos de geometría 3D que se pueden utilizar como base para la programación de control numérico en estas partes complejas. Descubrir y arreglar los problemas con las matemáticas del modelo CAD puede ser una tarea tediosa y lenta. Un gran ahorro de tiempo con el nuevo software NX es que no requiere que resuelva estos problemas geométricos en el modelo antes de programar. NX CAM trabaja directamente con esta geometría importada para crear trayectorias de herramienta limpias sin los típicos remodelados y correcciones, lo que le ahorra horas de tiempo de preparación de modelos antes de la programación de control numérico.

El valor de una solución CAD-CAM completa Una ventaja de la solución NX este software CAM es parte de una completa serie de aplicaciones que se pueden utilizar en la ingeniería de manufactura donde todo está conectado a un modelo común de partes. Con NX, el programador de control numérico tiene acceso a una completa caja de herramientas CAD de NX que permite la creación de un modelo en 3D desde un dibujo si es necesario. Debido al enfoque de modelo coherente, si se actualiza la geometría, entonces los datos dependientes, como la trayectoria de herramientas de NX o los programas de inspección CMM de NX, también se actualizan. También puede usar exactamente Ejemplo de una simulación mediante código G utilizando un modelo de máquina-herramienta en NX CAM.

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las mismas funciones CAD para modelar todo lo demás que necesita para completar el proceso desde herramientas y accesorios para un modelo completo en 3D de la máquina herramienta con la cinemática completa necesaria para la simulación de maquinado.

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Conclusión Debido a la cantidad de ejemplos de demostración de los sistemas CAD que muestran simulaciones de sus software de 5 ejes aplicados a partes de propulsores, es posible que piense que cualquier paquete CAM se podría utilizar para programar estas partes complejas. Aunque la disponibilidad de software CAM de varios ejes ha aumentado enormemente en los últimos cinco años, todavía existe una gran diferencia entre los paquetes disponibles en lo que se puede lograr una vez que se deshace de la versión de demostración. La diferencia es mayor una vez que los sistemas establecidos como NX CAM (anteriormente

Unigraphics

CAM)

avanzan

a

aplicaciones

realmente

enfocadas como el fresado con turbomaquinaria. Esta nueva versión lleva a Siemens a un nuevo nivel de capacidades. Como siempre, existen más cosas que se podrían haber agregado y Siemens dice que tiene funciones más especializadas que están por venir. Por ejemplo, esperan agregar un maquinado de filete listo para usar diseñado especialmente para hojas en lugar de tener que usar las opciones de maquinado de filete estándar que actualmente viene con NX CAM. En general, el hecho de que NX CAM ya era un sistema muy amplio con capacidades exhaustivas y comprobadas, esta aplicación debería atraer a los clientes que desean un buen desempeño en la programación de componentes de varias hojas, como propulsores y blisks, y que preferirían que viniera con funciones de soporte adicionales que un gran proveedor CAD/CAM como Siemens ofrece.

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