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Informe sobre el producto - Siemens PLM Software

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<strong>Informe</strong> <strong>sobre</strong> <strong>el</strong> <strong>producto</strong><br />

Dr. Charles Clarke<br />

INFORME SOBRE EL PRODUCTO DEL<br />

FRESADO CON TURBOMAQUINARIA NX<br />

Impulsores de mercado ................................................................................... 3<br />

Aplicaciones especializadas existentes .......................................................... 4<br />

Una nueva generación de software que brindan flexibilidad........................... 4<br />

Operaciones especializadas para blisks y propulsores ............................ 5<br />

Desbastado controlado ...................................................................... 6<br />

Flexibilidad en la s<strong>el</strong>ección de patrones ............................................ 6<br />

Fresado de restos ............................................................................... 7<br />

Control d<strong>el</strong> eje de la herramienta ....................................................... 7<br />

Trabajo con geometría 3D de calidad deficiente ...................................... 8<br />

El valor de una solución CAD-CAM completa .......................................... 8<br />

Conclusión ....................................................................................................... 9


<strong>Informe</strong> <strong>sobre</strong> <strong>el</strong> <strong>producto</strong> FRESADO CON TURBOMAQUINARIA NX CAM<br />

Introducción<br />

La tecnología CAD/CAM ha progresado hasta un punto donde las funciones que<br />

alguna vez se consideraron avanzadas como la programación de 5 ejes, ahora<br />

son comunes. Sin embargo, los avances de la tecnología permiten a los<br />

proveedores de software entrar en áreas más especializadas y, así, brindar<br />

mejores niv<strong>el</strong>es de valor a sus clientes. El resultado son nuevas aplicaciones de<br />

extensión CAD/CAM (con frecuencia denominados complementos) que abordan<br />

los requerimientos específicos en industrias específicas con un alto grado de<br />

precisión y desempeño. Estas aplicaciones complementarias disminuyen la<br />

necesidad de utilizar aplicaciones especialistas e independientes que operan fuera<br />

de los sistemas estándares de la empresa.<br />

Este informe analiza un ejemplo de estas nuevas aplicaciones avanzadas con <strong>el</strong><br />

módulo de fresado con turbomaquinaria NX que <strong>Siemens</strong> <strong>PLM</strong> ha presentado<br />

a su gama de soluciones para la manufactura de partes en NX 7.<br />

El nuevo software se ha desarrollado de manera muy estrecha con clientes clave:<br />

es un mercado que <strong>Siemens</strong> <strong>PLM</strong> domina desde una perspectiva CAD/CAM<br />

genérica con empresas como Pratt and Whitney, GE Aircraft Engines,<br />

Rolls-Royce y muchos de los mayores fabricantes y proveedores de motores de<br />

aeronaves y de generación de energía que han sido clientes significativos para<br />

<strong>Siemens</strong>. También, divisiones internas como <strong>Siemens</strong> Power Generation son<br />

usuarios importantes d<strong>el</strong> software.<br />

Dr. Charles Clarke<br />

Charles Clarke es un reconocido consultor y escritor de CAD/CAM/CAE,<br />

<strong>PLM</strong> y temas r<strong>el</strong>acionados. Con una formación en ingeniería, en la industria<br />

CAD/CAM y con experiencia directa en planeación e implementación de<br />

estos sistemas para compañías de alto perfil, tiene una buena experiencia<br />

<strong>sobre</strong> la cual basar las evaluaciones y revisiones de <strong>producto</strong>s. Dr. Clarke<br />

es un colaborador habitual de numerosas revistas de la industria en <strong>el</strong><br />

Reino Unido y a niv<strong>el</strong> internacional.<br />

2 Copyright © 2010 Dr. Charles Clarke


FRESADO CON TURBOMAQUINARIA NX CAM<br />

Copyright © 2010 Dr. Charles Clarke<br />

Impulsores de mercado<br />

<strong>Informe</strong> <strong>sobre</strong> <strong>el</strong> <strong>producto</strong><br />

Los sistemas de turbinas más recientes ofrecen altos niv<strong>el</strong>es de eficiencia en<br />

muchas aplicaciones desde generación de energía hasta propulsión de<br />

aeronaves. Esta es una de las razones d<strong>el</strong> continuo aumento de la demanda de<br />

componentes de varias hojas que son <strong>el</strong>ementos fundamentales de los motores<br />

de turbina.<br />

Un desarrollo de la última década es una transición a discos de turbina de<br />

motores aeroespaciales (con frecuencia denominados blisks) que se fabrican<br />

como un componente en lugar de un ensamble de un conjunto de hojas<br />

separadas que luego se adjuntan a un cubo r<strong>el</strong>ativamente complejo. La parte<br />

individual generalmente es más liviana y esto contribuye a una eficiencia<br />

adicional. La tendencia a utilizarlas se ha trasladado desde las aplicaciones<br />

militares a las comerciales, lo que provoca <strong>el</strong> volumen adicional.<br />

Sin embargo, <strong>el</strong> maquinado de blisks de varias hojas o propulsores plantea una<br />

exigencia adicional en la programación de control numérico necesaria para<br />

manejar <strong>el</strong> tipo de máquina-herramienta avanzada de varios ejes<br />

Generalmente, <strong>el</strong> software genérico<br />

utilizada para este trabajo. Aunque muchos proveedores CAM<br />

CAM de 5 ejes no ofrece las<br />

operaciones especiales diseñadas <strong>el</strong>igen estos componentes exigentes para ilustrar <strong>el</strong> software de 5<br />

especialmente para una ejes, la prueba real viene en la programación productiva.<br />

programación fácil y efectiva de los Lamentablemente en muchos casos <strong>el</strong> software de 5 ejes<br />

componentes de la turbomaquinaria.<br />

estándar no sólo desde varios ejes, también tiene <strong>el</strong> objetivo de<br />

ser multipropósito. Generalmente, <strong>el</strong> software genérico CAM de 5 ejes no ofrece<br />

las operaciones especiales diseñadas especialmente para una programación<br />

fácil y efectiva de los componentes de la turbomaquinaria.<br />

3


<strong>Informe</strong> <strong>sobre</strong> <strong>el</strong> <strong>producto</strong> FRESADO CON TURBOMAQUINARIA NX CAM<br />

Ejemplo de un mod<strong>el</strong>o<br />

de blisk que se puede<br />

programar utilizando la<br />

aplicación de fresado con<br />

turbomaquinaria de NX CAM.<br />

Aplicaciones especializadas existentes<br />

Durante algún tiempo la tarea especializada de programar y maquinar tipos de<br />

componentes como las hojas de turbina, blisk y propulsores más complejos se ha<br />

logrado utilizando máquinas-herramienta especializadas y software de<br />

programación de control numérico proporcionado por la máquina-herramienta<br />

o adquirido de manera separada a un proveedor de software muy especializado. Para<br />

muchas empresas éste no es un escenario ideal, al menos desde la perspectiva<br />

d<strong>el</strong> software, ya que en lugar de eso utilizarían una aplicación que sea coherente<br />

con <strong>el</strong> resto sus operaciones. Aparte de tener que tratar con varios proveedores,<br />

y de enfrentar la transferencia o conversión de datos, también es un problema de<br />

administración de datos y un problema de control de revisión. Para las empresas<br />

más grandes es una preocupación de que dichas aplicaciones excepcionales<br />

tiende a residir fuera d<strong>el</strong> sistema de administración de datos d<strong>el</strong> <strong>producto</strong> (PDM), lo<br />

que se agrega al costo de la administración eficiente de datos. Además, estos<br />

paquetes únicos y especializados pueden ser demasiado costosos para comprarlos<br />

y mantenerlos.<br />

Una nueva generación de software que brindan flexibilidad<br />

Con la última versión de NX, <strong>Siemens</strong> <strong>PLM</strong> <strong>Software</strong> presentó una aplicación de<br />

extensión especializada para su software NX CAM establecido que está<br />

totalmente centrada en <strong>el</strong> maquinado de componentes de turbomaquinaria.<br />

Cuando <strong>Siemens</strong> <strong>PLM</strong> habla de turbomaquinaria, no sólo está hablando de blisks<br />

y propulsores, la aplicación también se podría utilizar para propulsores u otras<br />

partes rotativas de varias hojas. El término de marketing general para todas estas<br />

áreas es turbomaquinaria.<br />

4 Copyright © 2010 Dr. Charles Clarke


FRESADO CON TURBOMAQUINARIA NX CAM <strong>Informe</strong> <strong>sobre</strong> <strong>el</strong> <strong>producto</strong><br />

Un objetivo clave de este nuevo software de turbomaquinaria NX es permitir<br />

a los usuarios hacer esta compleja programación lo más fácil posible. El sistema<br />

proporciona opciones específicas que ponen al usuario en <strong>el</strong> contexto de la<br />

turbomaquinaria. La idea es simplemente s<strong>el</strong>eccionar la geometría y decirle al<br />

software <strong>el</strong> tipo de hojas en las que está interesado y la operación que necesita.<br />

Luego presione <strong>el</strong> botón “ir” y <strong>el</strong> sistema volverá con trayectorias de herramientas<br />

sin acanalar y sin colisiones para todo <strong>el</strong> componente sin necesidad de hacer<br />

ediciones o modificaciones. Con un software genérico probablemente tardaría<br />

horas en generar una trayectoria de herramientas sólo entre dos hojas con un<br />

divisor. Con <strong>el</strong> fresado con turbomaquinaria NX tarda alrededor de dos minutos.<br />

Como todos los fabricantes tienden a hacer las cosas de manera diferente, la<br />

idea con <strong>el</strong> fresado con turbomaquinaria NX era mantener <strong>el</strong> módulo de<br />

maquinado de hojas lo más flexible posible. Hay algunas aplicaciones d<strong>el</strong><br />

software CAD donde sólo puede maquinar entre las hojas siempre y cuando<br />

éstas sean rectas. Si las hojas se curvan desde la cubierta hacia <strong>el</strong> cubo, <strong>el</strong><br />

sistema no podrá maquinarlas. En NX CAM no existen esas restricciones. En<br />

algunos propulsores hay hojas más pequeñas que se llaman divisores entre<br />

medio de las hojas d<strong>el</strong> propulsor principal. Algunos sistemas no le permitirán<br />

especificar ningún divisor y, generalmente, incluso los más poderosos se<br />

detienen en un divisor. En NX puede especificar hasta seis divisores.<br />

Operaciones especializadas para blisks y propulsores<br />

Con la nueva aplicación de NX <strong>el</strong> sistema completo está construido para ser fácil<br />

e instintivo para <strong>el</strong> programador que interactúa con los términos d<strong>el</strong> menú como<br />

hoja, divisor y cubo. Se espera que procese ciertos tipos de geometría, entonces<br />

todo lo que tiene que hacer es especificar dónde están estos tipos de geometría<br />

y <strong>el</strong> sistema hace <strong>el</strong> resto.<br />

Si tiene un divisor entre medio de las hojas principales tiene que decirle al<br />

sistema dónde se encuentran. Luego especifica que desea una operación de<br />

desbastado y especifica la herramienta que desea utilizar. Debe identificar si la<br />

v<strong>el</strong>ocidad de avance y la profundidad de corte radial son apropiados y cualquier<br />

material que desea dejar en la parte. El proceso de especificación tarda alrededor<br />

de un minuto o dos y luego debe decirle al software que vaya y calcule la<br />

trayectoria de herramientas. El tiempo de procesamiento tarda otro minuto o dos,<br />

y ya tiene su trayectoria de herramientas.<br />

Copyright © 2010 Dr. Charles Clarke 5


<strong>Informe</strong> <strong>sobre</strong> <strong>el</strong> <strong>producto</strong> FRESADO CON TURBOMAQUINARIA NX CAM<br />

Ejemplo de una trayectoria<br />

de herramientas<br />

de desbastado.<br />

Desbastado controlado<br />

Por ejemplo, cuando realice un desbastado puede limitar <strong>el</strong> volumen que desea<br />

<strong>el</strong>iminar en cualquier operación de trayectoria de herramientas de modo que<br />

puede maquinar, por ejemplo, <strong>el</strong> 50% superior de la hoja en una operación. Las<br />

hojas d<strong>el</strong> propulsor tienden a ser largas, entonces a medida que acerca al<br />

extremo de la hoja efectivamente es una viga en voladizo larga y puede obtener<br />

una deflección significativa en la hoja a medida que se maquina. Si la hoja se<br />

endurece por la voluminosidad d<strong>el</strong> blanco durante estas operaciones lo máximo<br />

posible, entonces se minimiza la deflexión debido al maquinado.<br />

Generalmente los usuarios tienden a desbastar <strong>el</strong> 50% superior y luego dan<br />

acabado al 40% superior. Y luego siguen desbastando <strong>el</strong> 50% inferior y dan<br />

acabado al 60% restante. Al tratar aleaciones de titanio duro es común maquinar<br />

en dos profundidades, de modo que haya dos profundidades de desbastado<br />

y dos profundidades de acabado.<br />

Flexibilidad en la s<strong>el</strong>ección de patrones<br />

Aunque la automatización es importante para una programación de control<br />

numérico más corta y más fácil, necesita tener la flexibilidad para trabajar de la<br />

manera que desee. En NX tiene acceso a muchas opciones si desea utilizarlas.<br />

Por ejemplo, NX encontrará automáticamente los bordes anteriores y de salida<br />

de la hoja, pero luego podrá ajustar estas posiciones para obtener la trayectoria<br />

que desee. Puede especificar qué esquina desea utilizar para comenzar <strong>el</strong> patrón<br />

de maquinado; puede especificar <strong>el</strong> tipo de patrón si es ascendente o zigzag; si<br />

desea que la profundidad de corte radial sea desde la hoja izquierda hacia la<br />

hoja derecha; que sea en 20 pasadas o definirlo dando una altura de festón de<br />

0,2 mm o 6 mm de profundidad de corte o un 20% de la herramienta etc.<br />

6 Copyright © 2010 Dr. Charles Clarke


FRESADO CON TURBOMAQUINARIA NX CAM<br />

Ejemplo de una trayectoria<br />

de herramientas de fresado<br />

de restos.<br />

Copyright © 2010 Dr. Charles Clarke<br />

Fresado de restos<br />

<strong>Informe</strong> <strong>sobre</strong> <strong>el</strong> <strong>producto</strong><br />

Un área en la que la aplicación de <strong>Siemens</strong> parece ofrecer una ventaja particular<br />

<strong>sobre</strong> otros sistemas es en <strong>el</strong> fresado de restos. El software NX administra un<br />

mod<strong>el</strong>o activo o “en proceso” de la pieza de trabajo de modo que <strong>el</strong> sistema sepa<br />

qué ha sido maquinado y qué material sobra. Por ejemplo, cuando una cortadora<br />

más grande deja material sobrante entre la base de una hoja divisoria y una hoja<br />

principal, NX CAM es capaz de dirigir este material sin cortar automáticamente<br />

solo con hacer clic en un botón. Esto ahorra trabajo de programación y produce<br />

un maquinado mucho más eficiente. La pieza de trabajo en proceso también<br />

trabaja entre torneado y fresado, que también es valioso en la turbomaquinaria<br />

donde las partes rotativas tendrán operaciones de torneado y fresado.<br />

Control d<strong>el</strong> eje de la herramienta<br />

También puede restringir <strong>el</strong> eje de la herramienta y especificar cuánto desea que<br />

la herramienta se ad<strong>el</strong>ante o se rezague. Esto es especialmente importante al<br />

utilizar molinos de bolas o brocas, donde la punta inferior no tiene borde de corte,<br />

de modo que puede crear un borde anterior inclinando la herramienta. Puede<br />

especificar <strong>el</strong> ad<strong>el</strong>antamiento o rezago para <strong>el</strong> borde anterior y <strong>el</strong> borde de salida<br />

por separado y un eje de la herramienta se intercala entremedio. Puede<br />

especificar estos parámetros en la cubierta y en <strong>el</strong> cubo y <strong>el</strong> software intercala los<br />

incrementos requeridos para hacer la transición de uno a otro.<br />

La mayoría de las deflecciones d<strong>el</strong> eje de la herramienta, como las transiciones<br />

de herramientas, tienen lugar cerca de los bordes anteriores y de salida debido<br />

que la mayor parte de su cambio de curvatura se produce en esta región. Para<br />

minimizar esto puede fijar <strong>el</strong> eje de la herramienta al valor cerca d<strong>el</strong> borde<br />

anterior o de salida de la hoja. Puede especificar que entre 20 mm d<strong>el</strong> borde<br />

anterior o de salida mantenga <strong>el</strong> mismo eje de la herramienta para <strong>el</strong> resto de las<br />

pasadas. No deben suceder cambios repentinos en <strong>el</strong> eje de la herramienta ya<br />

que esto puede producir daños en la superficie o la herramienta. A veces un<br />

pequeño cambio en <strong>el</strong> eje de la herramienta puede significar un cambio bastante<br />

significativo en <strong>el</strong> borde de corte de la herramienta. Aquí NX le ayuda a administrar la<br />

v<strong>el</strong>ocidad d<strong>el</strong> cambio d<strong>el</strong> eje de la herramienta. <strong>Siemens</strong> dice que una función<br />

especial para <strong>el</strong> maquinado d<strong>el</strong> borde de la hoja es uno de esos <strong>el</strong>ementos que<br />

han planeado y que esto hará que esta tarea sea fácil y rápida como otras ya<br />

cubiertas en <strong>el</strong> nuevo software mediante una función especial para hojas y blisks.<br />

7


<strong>Informe</strong> <strong>sobre</strong> <strong>el</strong> <strong>producto</strong> FRESADO CON TURBOMAQUINARIA NX CAM<br />

Ejemplo de una simulación<br />

mediante código G utilizando<br />

un mod<strong>el</strong>o de<br />

máquina-herramienta<br />

en NX CAM.<br />

Trabajo con geometría 3D de calidad deficiente<br />

Otros sistemas CAM son muy específicos <strong>sobre</strong> los tipos de geometría 3D que se<br />

pueden utilizar como base para la programación de control numérico en estas<br />

partes complejas. Descubrir y arreglar los problemas con las matemáticas d<strong>el</strong><br />

mod<strong>el</strong>o CAD puede ser una tarea tediosa y lenta. Un gran ahorro de tiempo con<br />

<strong>el</strong> nuevo software NX es que no requiere que resu<strong>el</strong>va estos problemas<br />

geométricos en <strong>el</strong> mod<strong>el</strong>o antes de programar. NX CAM trabaja directamente con<br />

esta geometría importada para crear trayectorias de herramienta limpias sin los<br />

típicos remod<strong>el</strong>ados y correcciones, lo que le ahorra horas de tiempo de<br />

preparación de mod<strong>el</strong>os antes de la programación de control numérico.<br />

El valor de una solución CAD-CAM completa<br />

Una ventaja de la solución NX este software CAM es parte de una completa serie de<br />

aplicaciones que se pueden utilizar en la ingeniería de manufactura donde todo<br />

está conectado a un mod<strong>el</strong>o común de partes. Con NX, <strong>el</strong> programador de control<br />

numérico tiene acceso a una completa caja de herramientas CAD de NX que<br />

permite la creación de un mod<strong>el</strong>o en 3D desde un dibujo si es necesario. Debido al<br />

enfoque de mod<strong>el</strong>o coherente, si se actualiza la geometría, entonces los datos<br />

dependientes, como la trayectoria de herramientas de NX o los programas de<br />

inspección CMM de NX, también se actualizan. También puede usar exactamente<br />

las mismas funciones CAD para mod<strong>el</strong>ar todo lo demás que necesita para<br />

completar <strong>el</strong> proceso desde herramientas y accesorios para un mod<strong>el</strong>o completo<br />

en 3D de la máquina herramienta con la cinemática completa necesaria para la<br />

simulación de maquinado.<br />

8 Copyright © 2010 Dr. Charles Clarke


FRESADO CON TURBOMAQUINARIA NX CAM <strong>Informe</strong> <strong>sobre</strong> <strong>el</strong> <strong>producto</strong><br />

Conclusión<br />

Debido a la cantidad de ejemplos de demostración de los sistemas CAD que<br />

muestran simulaciones de sus software de 5 ejes aplicados a partes de<br />

propulsores, es posible que piense que cualquier paquete CAM se podría utilizar<br />

para programar estas partes complejas. Aunque la disponibilidad de software<br />

CAM de varios ejes ha aumentado enormemente en los últimos cinco años,<br />

todavía existe una gran diferencia entre los paquetes disponibles en lo que se<br />

puede lograr una vez que se deshace de la versión de demostración. La<br />

diferencia es mayor una vez que los sistemas establecidos como NX CAM<br />

(anteriormente Unigraphics CAM) avanzan a aplicaciones realmente<br />

enfocadas como <strong>el</strong> fresado con turbomaquinaria.<br />

Esta nueva versión lleva a <strong>Siemens</strong> a un nuevo niv<strong>el</strong> de capacidades. Como<br />

siempre, existen más cosas que se podrían haber agregado y <strong>Siemens</strong> dice que<br />

tiene funciones más especializadas que están por venir. Por ejemplo, esperan<br />

agregar un maquinado de filete listo para usar diseñado especialmente para<br />

hojas en lugar de tener que usar las opciones de maquinado de filete estándar<br />

que actualmente viene con NX CAM.<br />

En general, <strong>el</strong> hecho de que NX CAM ya era un sistema muy amplio con<br />

capacidades exhaustivas y comprobadas, esta aplicación debería atraer a los<br />

clientes que desean un buen desempeño en la programación de componentes de<br />

varias hojas, como propulsores y blisks, y que preferirían que viniera con<br />

funciones de soporte adicionales que un gran proveedor CAD/CAM como<br />

<strong>Siemens</strong> ofrece.<br />

Copyright © 2010 Dr. Charles Clarke 9

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