DMG Mori y Siemens entregan soluciones completas CAD/CAM/CAE CNC para mecanizado aeroespacial

DMG Mori (Hoffman Estates, IL) entrega tecnologías de manufactura a OEMs aeroespaciales y talleres de producción respaldados por un paquete de hardware, software y servicios de ingeniería CAD/CAM/CNC de Siemens Industry Inc. (Elk Grove Village, IL) para mecanizado aeroespacial. Socio de largo tiempo con Siemens, DMG Mori construye una variedad de centros de mecanizado convencionales de corte de viruta y ultrasónicos.

Para la industria aeroespacial, gran cuidado y planificación en el proceso de mecanizado aeroespacial son requeridos para lograr precisiones deseadas y eficiencias de producción generales. Componentes típicos producidos incluyen aquellos hechos de materiales ligeros pero duros, como titanio y aleaciones relacionadas así como piezas de aluminio, donde ocurre remoción sustancial de volumen de material. Debido a tiempos de ciclo largos y otros altos costos de materia prima, el mecanizado de tales componentes es desafiante.

Dos aplicaciones recientes ilustran cómo DMG Mori pudo recurrir a Siemens para mejorar producción de piezas, incluyendo reducción de protocolos diseño-a-parte, tiempo de mecanizado aeroespacial, vida de herramienta, acabado superficial, precisiones dimensionales y eficiencias de producción generales.

En la primera instancia, un componente de empuje inverso para un motor a reacción debía hacerse de Ti Gal-4-V, un material a menudo usado en aeroespacial debido a su rigidez elástica. Partiendo del archivo CAD, el equipo PLM (gestión de ciclo de vida de producto) de Siemens corrió el programa a través de su NX CAM con una característica add-on VoluMill que calcula tasas máximas de remoción de material. La característica de eventos definidos por usuario (UDE) dentro del programa NX permite casillas de verificación para disparar referencias de post-procesador para presión de refrigerante, amplitud, configuraciones de generador ultrasónico, y más. Esto evita programación manual y, como resultado, redujo el tiempo de transición de programa de hasta dos días a aproximadamente 30 minutos.

Una vez que el programa estaba listo para el control, las características del Sinumerik 840D sl CNC permitieron una simulación más fluida de la trayectoria de corte real. La característica de compresor quick-set 3D provee un archivo de datos paramétrico itemizado para todos los movimientos de trayectoria, eliminando así colisiones y asegurando la trayectoria de herramienta óptima, en conjunción con el kernel NC y PLC en la máquina herramienta.

Como observó Randy Pearson, gerente de centro de aplicaciones técnicas para Siemens: "Esta característica es un gran ahorro de tiempo para nuestro cliente, ya que la bola de prueba y sonda en el mecanismo del husillo puede correrse en cualquier punto del ciclo, probando la cinemática real de la máquina en cualquier momento. El procedimiento también puede automatizarse para correr en la mesa en intervalos de tiempo prescritos."

La característica de mecanizado de alta velocidad está destacada por Ciclo 800, una transformación de plano estático que permite a una máquina de cinco ejes definir un plano de trabajo rotado en el espacio. Es comúnmente conocido en la industria como programación 3+2. El ciclo convierte el cero de pieza real y offsets de herramienta para referirse a la superficie rotada. De nota aquí, el ciclo acomoda cinemáticas de máquina particulares y posiciona los ejes físicos normal al plano de trabajo. Esto es referenciado como TRAORI u orientación de transformación.

Mientras tanto, la interfaz de usuario Sinumerik CNC Operate en la máquina permite al operador realizar funciones integradas de gestión de herramientas y gestión de información, todo transportable en USB o conexión de red.

En la simulación, la carga y fijación de la pieza se realizan virtualmente en NX CAM, que también calcula una carga de viruta consistente, crítica en estas aplicaciones de gran remoción de material. La simulación verifica además la longitud de herramienta en cada sección de corte y el programa se finaliza para que la máquina comience. Es literalmente como trabajar con un "Gemelo Digital" de la máquina.

Durante producción, este proceso rindió una mejora de 2.25 veces en vida de herramienta en este material muy duro, según Luke Ivaska, gerente nacional de producto para DMG Mori. "Con la combinación de NX CAM, más el Sinumerik 840D sl en la máquina y todo lo que podía hacer, tuvimos algunos desafíos iniciales, ya que la mayoría de programas de software son paquetes CAM construidos para propósito que permiten uso rápido y fácil por cualquiera. Tienen limitaciones significativas, sin embargo, ya que el software impulsa la trayectoria de herramienta y el operador tiene muy poco control. Con NX CAM y Sinumerik, tenemos mucha más entrada en la creación de la trayectoria de herramienta. Aún no he encontrado un problema que no pueda resolver con NX." Como resultado, la pieza terminada corre en 4½ horas con una mejora de acabado superficial de 62.5 Ra a 35 Ra, debido al actor ultrasónico.

En el segundo ejemplo, un centro de mecanizado de cinco ejes de corte de viruta convencional, el DMU 50 de nivel de entrada se utiliza para cortar un bloque de aluminio 6061 de 7" (177.8 mm) de diámetro × 2" (50.8 mm) de alto en un ventilador impulsor para la industria aeroespacial, con más de 90% de remoción de material lograda. El mismo software NX CAM comenzó esta cadena de proceso, con el beneficio inicial de considerable ahorro de tiempo en configuración de cinco ejes y simulación y verificación completa de G-code en un solo sistema.

Debido a la estructura de aspas de este componente de ventilador impulsor, solo un clearance de 0.5 entre la pieza y el portaherramientas era permitido durante mecanizado. La simulación con NX CAM previno colisión de herramienta y pieza. La ingeniería de DMG Mori miró a otro socio de tooling de largo tiempo, Haimer, y su portaherramientas de línea delgada para proveer una solución viable para esta aplicación. Mientras tanto, las vistas de sección y eje de herramienta interpolados se corrieron en NX CAM para verificar la operación de la herramienta en el espacio de trabajo estrecho.

En el Sinumerik 840D sl, la misma característica de compresor quick-set 3D aseguró la trayectoria de herramienta apropiada, mientras la configuración de mecanizado de alta velocidad y Ciclo 800 fueron nuevamente utilizados para este proyecto. Sinumerik Operate, la interfaz gráfica de usuario del CNC, brinda al operador del usuario final y personal de ingeniería de manufactura acceso a condiciones de producción, incluyendo todos los datos de desbaste y acabado en texto plano, más todos los datos de orientación de transformación de cinco ejes registrados para reinicio después de cualquier interrupción y reinicio manual.

La operación de línea variable de la máquina herramienta combina con un vector interpolado para producir un acabado más suave al mecanizar superficies de aspas en una sola trayectoria de herramienta. La máquina transiciona de mecanizado cuadrado-a-redondo y luego las trayectorias de ángulo extremo necesarias para mecanizar con precisión los interiores de las aspas. La porción de aleta de aspa individual del programa fue capturada automáticamente, así un programa step-and-repeat pudo construirse.

La simulación de cada trayectoria de corte de aleta de aspa se hizo tanto en NX CAM como en los programas CNC. Este programa vectorizado es transportable a cualquier máquina con resultados comparables, según Randy Pearson y Matthias Leinberger, director de desarrollo de negocio PLM para Siemens, quienes comentaron, "Precisamente porque la cinemática de la máquina es conocible, este programa, una vez creado, puede transferirse a múltiples máquinas dentro de la misma instalación o correrse por talleres alrededor del mundo, todos unidos por el control. Hay continuidad total entre las operaciones, el protocolo de captura de datos y retroalimentación recibida para análisis de producción."

Ambos proyectos se realizaron usando el nuevo CELOS a bordo de las máquinas DMG Mori. CELOS facilita la interacción entre operador y máquina en estas aplicaciones. Tiene numerosas apps para permitir llamada instantánea de condiciones reales, comparación completa de datos a través de enlace a productos CAD y CAM, más interfaz completa al sistema ERP de la compañía del cliente para registro y análisis, con ajuste remoto en proceso. En el caso de estos clientes aeroespaciales, comunicación interactiva a una red de producción global también es provista.