ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERÍA EN MECÁNICA Y CIENCIAS DE LA PRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA MECÁNICA
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INFORME DE VISITA AL LABORATORIO L ABORATORIO CAMPO AVANZADO DE MECANIZACIÓN Y PROTOTIPOS (CAMPRO) ”
NOMBRE: DANIEL ANDRÉS VILLAMAR GÓMEZ PARALELO: 2 PROFESOR: ING. JORGE DUQUE RIVERA
INTRODUCCIÓN OBJETIVOS
Conocer la misión, visión, estructura y funciones principales del CAMPRO. Aprender acerca del proceso de funcionamiento de los equipos de mecanización tradicional, equipos CNC (Control Numérico por Computadora), impresoras y escáner 3D. Comprender la importancia del uso de software CAD-CAE-CAM dentro de la carrera de Ingeniería Mecánica en campos como de diseño de piezas mecánicas, prototipos rápidos e ingeniería inversa.
FUNCIÓN DEL LABORATORIO El CAMPRO tiene como misión realizar diseños de piezas de uso mecánico, prototipos e impresos únicos en 3D, ofreciendo resultados confiables y profesionales a sus clientes, contribuyendo con una de las misiones principales de la ESPOL. Esto lo logra a través de procesos como ingeniería inversa para mejorar diseños con el fin de desarrollar las capacidades técnicas de los estudiantes.
NORMAS DE SEGURIDAD
Se debe prestar atención a las señalizaciones y letreros de seguridad establecidos en el laboratorio. No operar o manipular ningún equipo del laboratorio sin la debida autorización. Es obligación de todo trabajador del laboratorio mantener su lugar de trabajo limpio y ordenado. Se prohíbe jugar, empujar o hacer bromas pesadas a otras personas así como cualquier otro acto que distraiga a los demás compañeros de trabajo. Se prohíbe ingresar a las instalaciones del laboratorio en estado de embriaguez o bajo el efecto de drogas o sustancias estupefacientes. se debe mantener libre el acceso a vías de circulación establecidas para evacuación en casos de emergencia. Se prohíbe fumar dentro de las instalaciones de trabajo. No obstaculizar el acceso a menos de extinción de incendio.
Es obligación utilizar los equipos de protección personal en los lugares que requieran. En caso de algún siniestro debe ser notificado en su brevedad posible a las autoridades competentes de la facultad.
PRINCIPALES EQUIPOS EQUIPOS DE MECANIZACIÓN TRADICIONAL Y CNC El CAMPRO cuenta con todos los procesos tradicionales de mecanización para la realización de piezas con las especificaciones deseadas. Además, cuentan con equipos CNC que les permiten obtener una mayor precisión de las partes mecanizadas, mejorar la calidad y optimizar el tiempo de entrega.
Torno Paralelo El torno paralelo es el tipo de torno que evolucionó partiendo de los tornos antiguos cuando se le fueron incorporando nuevos equipamientos que lograron convertirla en una de las mejores máquinas-herramientas que han existido. El torno paralelo es una máquina que trabaja en el plano, porque solo tiene dos ejes de trabajo (Z y X), el carro que desplaza las herramientas a lo largo de la pieza y produce torneados cilíndricos, y el carro transversal que se desplaza de forma perpendicular al eje de simetría de la pieza, con este carro se realiza la operación denominada refrentado. El torno paralelo es una máquina que trabaja con un mínimo de 45 RPM hasta un máximo de 1800 RPM Los ejes de movimiento de un torno paralelo son:
Eje Z de movimiento es el que corresponde con la dirección del husillo principal, que es el que proporciona la potencia de corte, y es paralelo a las guías de la ancada. Eje X de movimiento, es radial, perpendicular al Z y paralelo a las guías del carro transversal.
Tiene una manguera para el refrigerante y un sistema de engranaje con el que regula la velocidad para que automáticamente se genere la forma que se desea, además tiene un mandril que contiene 3 muelas y una porta cuchillas. Contiene las siguientes herramientas de corte:
Cuchillas.- Sirven para hacer desgastes y son moldeables.
Insertos.- Permiten desgastar materiales más duros; éstos, a diferencia de las cuchillas, no son moldeables ya que vienen con forma y función definida.
En él se pueden hacer perforaciones si se cambia el contrapunto, el cual sirve para trabajar con piezas de longitud demasiada exagerada. El torno tiene cuatro componentes principales:
Bancada: sirve de soporte para las otras unidades del torno. En su parte superior lleva unas guías por las que se desplaza el cabezal móvil o contrapunto y el carro principal. Cabezal fijo: contiene los engranajes o poleas que impulsan la pieza de trabajo y las unidades de avance. Incluye el motor, el husillo, el selector de velocidad, el selector de unidad de avance y el selector de sentido de avance. Además sirve para soporte y rotación de la pieza de trabajo que se apoya en el husillo. Cabezal móvil: el contrapunto puede moverse y fijarse en diversas posiciones a lo largo. La función primaria es servir de apoyo al borde externo de la pieza de trabajo. Carros portaherramientas que son tres: Carro principal, que produce los movimientos de avance en el sentido longitudinal de las guías del torno y profundidad de pasada en refrentado. Carro transversal, que se desliza transversalmente sobre el carro principal, avanzando en la operación de refrentado, y determina la profundidad de pasada en cilindrado. Carro orientable o superior, su base está apoyada sobre una plataforma giratoria orientable según una escala de grados sexagesimales, se emplea para el mecanizado de conos, o en operaciones especiales como algunas formas de roscado. El portaherramientas: su base está apoyada sobre una plataforma giratoria para orientarlo en cualquier dirección.
Características Longitud máxima del objeto: 1000 mm Volteo sobre bancada: 360 mm Volteo sobre escote: 506 mm Husillo: 38 mm Motor: 3HP, 45-1800 rpm Torno Paralelo HARVEY GH-1440A Inventario No: 67219
Fresadora Universal Se denomina fresadora universal a una máquina-herramienta utilizada para realizar diferentes mecanizados por arranque de viruta en piezas de forma prismática. Este tipo de máquinas se caracteriza por trabajar en el espacio mediante el movimiento adecuado de la mesa de trabajo donde se fijan las piezas que deben ser mecanizadas. Esta mesa puede desplazarse a lo largo de tres ejes (X,Y,Z) de movimientos diferentes: Longitudinal, transversal y vertical. Tiene tres ejes de movimiento:
Eje z de movimiento, en este eje, que es el que posee la potencia de corte, va montada la herramienta cortante y puede adoptar distintas posiciones según las posibilidades del cabezal Eje x de movimiento es horizontal y paralelo a la superficie de sujeción de la pieza Eje y de movimiento forma con los ejes Z y X un triedro de sentido directo
Trabaja como máximo 3600 RPM y como mínimo 70 RPM; tiene un cabezal donde se colocan las herramientas de corte como las cuchillas, además de manivelas manipuladoras que sirven para manipular los ejes. También posee un cabezal superior y uno horizontal con los cuales se pueden hacer engranes y piñones, asimismo, éste puede rotar ciertos grados para darle mayor precisión al trabajo. Al momento de trabajar en ella, se debe fijar la pieza a la mesa de trabajo, permaneciendo ésta estacionaria, mientras que las cuchillas son las que se mueven. A uno de sus costados, posee palancas que realizan diferentes funciones como la de frenar la máquinas y cambiar la velocidad de la misma Tiene las siguientes partes:
Base: La base permite un apoyo correcto de la Fresadora en el suelo. El Cuerpo o Columna: El cuerpo o bastidor tiene forma de columna y se apoya sobre la base o ambas forman parte de la misma pieza. Habitualmente, la base y la columna son de fundición aleada y estabilizada. Consola: La consola se desliza verticalmente sobre las guías del cuerpo y sirve de sujeción para la mesa. Carro Transversal: El carro transversal se apoya y puede deslizarse por las guías horizontales de la mésula por medio de las guías. El mecanismo de avance del carro recibe el movimiento de la caja de avance y, a través de este, o directamente de la mésula, se transmite a la mesa. Mesa: La mesa tiene una superficie ranurada sobre la que se sujeta la pieza a conformar. La mesa se apoya sobre dos carros que permiten el movimiento longitudinal y transversal de la mesa sobre la consola. Puente: El puente es una pieza apoyada en voladizo sobre el bastidor y en él se alojan unas lunetas donde se apoya el eje portaherramientas. En la parte superior del puente suele haber montado uno o varios tornillos de cáncamo para facilitar el transporte de la máquina. Eje Porta Herramienta: El Porta Herramientas o Porta Fresas es el apoyo de la herramienta y le transmite el movimiento de rotación del mecanismo de accionamiento alojado en el interior del bastidor. Este eje suele ser de acero aleado al cromo-vanadio para herramientas
Características Velocidad de giro del husillo: 601800 rpm Medida mesa de trabajo: 1250x360 mm Avance (X-Y-Z): 1000x260x350 mm Peso del equipo: 2340 Kg Fresadora Universal LUNAN X6336WA Inventario No: 67218
Torno CNC El torno de control numérico, también conocidos como torno CNC es un tipo de máquina herramienta de la familia de los tornos que actúa guiado por una
computadora que ejecuta programas controlados por medio de datos alfanuméricos, teniendo en cuenta los ejes cartesianos X,Y,Z. Es todo automatizado, trabaja de 20-2500 RPM, durante el proceso de desarrollo de la pieza y permite hacer cambios de hasta 4 herramientas. Al igual que el Centro de Mecanizado CNC, utiliza un refrigerante para enfriar la máquina; además de códigos, los cuales se insertan en tabletas, para poder definir el recorrido que tendrá la misma; asimismo utiliza insertos, pero a diferencia del torno convencional, éstos poseen alturas definidas. Consta de una torreta, la cual es un porta herramientas que rota. Además, posee un panel de control, y se puede trabajar manualmente en él. Es eficaz para mecanizar piezas de revolución. Ofrece una gran capacidad de producción y precisión en el mecanizado por su estructura funcional y porque los valores tecnológicos del mecanizado están guiados por el ordenador que lleva incorporado, el cual procesa las órdenes de ejecución contenidas en un software que previamente ha confeccionado un programador conocedor de la tecnología de mecanizado en torno. En un sentido amplio se puede decir que un torno CNC, puede hacer todos los trabajos que normalmente se realizan mediante diferentes tipos de torno como paralelos, copiadores, revólver, automáticos e incluso los verticales pueden actuar con control numérico. Su rentabilidad depende del tipo de pieza que se mecanice y de la cantidad de piezas que se tengan que mecanizar en una serie. Por lo que es aconsejable realizar un estudio económico previo antes de decidir el tipo de torno donde se debe mecanizar una pieza.
Características Distancia entre punto contrapunto: 750 mm.
y
Longitud máxima de la pieza de trabajo: 620 mm. Avance de trabajo eje X: 0.013000 mm/min.
Torno CNC DMTG modelo CKE6136Z Inventario No: 67415
Avance de trabajo eje Z: 0.014000 mm/min.
Fresadoras CNC La fresadora CNC MDX-40ª combina las capacidades avanzadas de un sistema de Prototipado Rápido Sustractivo SRP con la facilidad de uso de una fresadora CNC para escritorio con el fin de ser un dispositivo de fresado tridimensional potente. Produce prototipos asequibles, de alta precisión y un excelente acabado de superficie. Esta fresadora acepta materiales tales como resinas, madera y cera de modelado, el metal no es compatible. Tiene tres ejes X, Y, Z con un motor de movimiento gradual.
Características Distancia de la punta del husillo a la mesa: 123 mm. Recorridos (X, Y, Z): 305 mm, 305 mm, 105 mm. Velocidad de alimentación (X, Y, Z): 1,9 cm/s, 1,9 cm/s, 1,1 cm/s. Rotación del husillo: 4500-15000 RPM. Fresadora ROLAND Modela MDX-40ª Inventario No: 105226
Centro de Mecanizado Vertical CNC Es una máquina herramienta automatizada y controlada por computador, capaz de realizar múltiples operaciones en una misma pieza, utilizando herramientas rotativas de múltiples filos de corte y con la mínima intervención del hombre durante el proceso de mecanizado, incrementando la producción, flexibilidad y precisión. Es como una fresadora y automatizada con movimiento en los eje X, Y, Z. Tiene un código G para que funcione correctamente y puede generar el diseño adecuado; para esto, primeramente se crea el diseño y con el programa INVENTOR CAM generamos el código respectivo para luego transferirlo a la máquina utilizando el programa CIMCO y enviamos el programa y realiza hasta los dibujos más complejos.
En la superior y exterior posee tres luces de diferentes colores: Rojo.- Nos avisa que la máquina tiene problemas como falta de aire, lubricación o que los ejes de referencias se encuentran en cero. Amarillo.- Nos señala que la máquina está trabajando. Verde.- Nos indica si la máquina se encuentra encendida o apagada. Asimismo, posee un panel donde se regula la forma que debe el diseño y los giros de la máquina, la velocidad del desplazamiento, etc.
Características Velocidad de cabezal: 100-8000 rpm. Tamaño mesa de trabajo: 800x320 mm. Capacidad del Magazine: 10. Máxima longitud herramienta de corte: 200 mm. Centro de Mecanizado XH7132A Inventario No: 67216
CNC
LUNAN
Máximo diámetro de la herramienta de corte: 60-120 mm.
Cortadora de Hilo La cortadora de hilo CNC EDM modelo DK77 realizar trabajos de corte de gran precisión esta posee una extensa mesa de trabajo que permite la colocación de las piezas de corte de variadas dimensiones de modo seguro. Esta máquina realiza el corte con un hilo de molibdeno que tiene un diámetro de 0.16 mm de diámetro por el cual se hace pasar una descarga eléctrica como resultado de pulsos de voltaje de alta frecuencia, dicho hilo de molibdeno al entrar en contacto con cualquier material solido conductor sujeto a la bancada, genera un corto-circuito que genera una chispa como producto de la descarga eléctrica, el cual se convierte en calor permitiendo así derretir de manera precisa el material que se encuentra en su alrededor e inclusive gasificándolo. El tiempo de vida del hilo varía según el diámetro cuando está a 0.10 o 0.12 mm de diámetro, así como también hasta cuando se rompe.
La cantidad de voltaje que se requiere para el corte está en función de su espesor. El espacio que hay entre el hilo de molibdeno y el material conductor, durante el proceso de corte se llama “GAP”, este último valor se encuentra en función de las condiciones de corte. Entre los materiales que se puede cortar con este procedimiento, son los siguientes: aleaciones endurecidas, aceros templados, aceros inoxidables, materiales magnéticos frágiles, entre otros. Otras ventajas que ofrece esta máquina herramienta, es para la elaboración de matrices de plásticos y cauchos, como también sirve para refrentado de superficies de materiales conductores de diversas propiedades y para elaborar piezas complejas de secciones constantes. La estructura mecánica de esta máquina herramienta está constituida de los siguientes elementos claves:
Cuerpo de la máquina herramienta. Mesa de trabajo. Dispositivo del movimiento del cable. Guías de los carretes. Sistema de refrigeración.
Los dibujos o gráficos que se desean realizar deben ser creados utilizando un software de CAD y una extensiones DXF para que pueda ser reconocido el diseño, además la máquina usa un sistema operativo MSDOS
Características Longitud máxima de la pieza a mecanizar: 760 mm. Ancho máximo de mecanizar: 500 mm.
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pieza a
Espesor pieza a mecanizar: 80-380 mm. Cortadora de Hilo CNC EDM modelo DK77 Serial No: 63x151 Precisión de corte: ± 0.01 mm.
Peso máximo de pieza a mecanizar: 320 kg.
EQUIPO DE PROTOTIPADO RÁPIDO El prototipado rápido nos permite materializar en tiempos cortos cualquier diseño a partir de un fichero CAD. Mediante este proceso podemos analizar la geometría de un objeto o pieza de manera real y corregirlo a tiempo antes de hacer una producción en serie. Una impresora 3D es una máquina capaz de realizar "impresiones" de diseños en 3D, creando piezas o maquetas volumétricas a partir de un diseño hecho por ordenador. Surgen con la idea de convertir archivos CAD en prototipos reales. A día de hoy son utilizados para la matricería, o la prefabricación de piezas o componentes, en sectores como la arquitectura, el diseño industrial. El sector en el que este tipo de herramientas resulta más común es el de las prótesis médicas, donde resultan ideales dada la facilidad para adaptar cada pieza fabricada a las características exactas de cada paciente. Realiza un prototipado rápido e imprime las piezas en 3D no tiene limitaciones de diseño es decir puede imprimir cualquier cosa la pieza debe tener un espesor mínimo de 1mm, para imprimir usan un polvo cerámico (también se puede imprimir en plástico y metal) e imprime capa por capa. Una hora después de la impresión, se retire el exceso del polvo con un aglutinante y después se da un baño con el mismo para solidificar la pieza. Los diseños se realizan en programas como el AUTOCAD, Inventor, entre otros. Una vez impresas todas las capas sólo hay que sacar la pieza. Con ayuda de un aspirador se retira el polvo sobrante, que se reutilizará en futuras impresiones.
Funcionamiento El proceso de impresión tridimensional es, fundamentalmente, en ir creando un prototipo capa por capa y desde abajo hasta arriba. Para eso la máquina deposita una capa de plástico en polvo, se compacta la zona que le indica el ordenador y se vuelve a repetir el proceso colocando una capa sobre otra hasta que se completa la pieza. Las más famosas impresoras tridimensionales lo que hacen es tomar un archivo .CAD en .STL, que es una versión en monocromo, o un .VRML, que es una versión a color. Los dos se realizan con el proceso anteriormente explicado, en el que se van compactando capa a capa. Todavía la tecnología en tres dimensiones es algo muy precario y no funciona de una manera muy veloz. Por ese motivo la inclusión en los hogares está un poco lejos, aunque está claro que poco a poco las diferentes compañías comenzarán a
preocuparse más para poder ser los primeros en distribuir esta nueva tecnología a la que cada vez se le está prestando más atención.
Características Resolución: 300 x 450 PPP. Rapidez vertical de impresión: 25 mm/hora. Grosor de las capas o paredes del prototipo: 0.089-0.203 mm. Color: monocromático.
Zprinter® 310 Plus
ESCÁNER 3D, INGENIERÍA INVERSA La ingeniería inversa es cada vez más necesaria en países como el nuestro en donde la nacionalización de productos abarca un campo industrial muy amplio. Por esta razón, el CAMPRO y la ESPOL han realizado un esfuerzo sin precedentes para tener entre sus equipos a un escáner de tres dimensiones de alta resolución. Con este equipo se cierra completamente el ciclo CAD-CAE-CAM, permitiendo obtener un modelo CAD a partir de cualquier objeto físico. Este modelo podrá ser modificado y dichas modificaciones podrán ser evaluadas luego de la impresión de un prototipo rápido, lo mejor de todo es que este proceso no toma más de 48 horas. El ZScanner® 800 de última generación es lo mejor que hay en esta clase de equipos. Dentro de sus aplicaciones tenemos la ingeniería inversa, diseños, simulaciones, aplicaciones de inspección 3D, bocetos digitales etc. Administrar datos: compartir un diseño con los miembros del equipo aun si no poseen software de CAD.
Características Resolución de 0.05 mm en XYZ. Posee 3 cámaras y laser clase II. Precisión XY: hasta 0.0015 pulg. Profundidad de campo: 300 mm. Precisión volumétrica de 20 µm + 0.1 L / 1000. ZScanner® 800 Inventario No: 91861
USO DE SOFTWARE SOFTWARE PARA FABRICACIÓN CAM InventorCAM se integra completamente con nuestro software CAD (Autodesk Inventor ®) y nos permite generar el mecanizado de una manera muy cómoda. Con este software la mecanización se automatiza completamente, luego de generar el archivo CAD bastará con definir parámetros de herramental y acabados de la pieza para que el código de mecanización sea generado automáticamente en segundos. Con esto reducimos errores en procesos de mecanizado automático, la fidelidad al archivo CAD es prácticamente 100% y la facilidad de operación es impresionante.
SOFTWARE PARA DISEÑO CAD Diseño Asistido por Computadora (siglas en inglés CAD) es un conjunto de herramientas computacionales aplicadas para el diseño en 2D Y 3D mediante lo que se conoce como geometría alámbrica, con el fin de obtener un modelo numérico de una pieza o un conjunto de piezas. Nuestro laboratorio cuenta con licencia de INVENTOR ®, software de la compañía Autodesk ® especializado en diseño e ingeniería de productos que nos ayuda a crear prototipos digitales mediante un conjunto de herramientas CAD de mecánica 3D muy completo. Autodesk® Inventor® nos permite:
Crear prototipos digitales Visualizar el diseño que queramos y hacer simulaciones de prueba para el rendimiento real de la pieza. Crear en cualquier momento del proceso de diseño un ensamblaje.
La capacidad de INVENTOR se supera con cada versión permitiendo actualmente simulaciones dinámicas de mecanismos, cálculo y diseño de molde y todo lo necesario para levantar un nuevo producto desde una idea.
MATERIAS PRIMAS E INSUMOS UTILIZADOS
Refrigerantes (cortadora de hilo, tornos, centro de mecanizado CNC, fresadora). Láminas de metales u otro material (cortadora de hilo, tornos, centro de mecanizado CNC, fresadora). Polvo cerámico (impresora en 3D). Aglutinante (impresora en 3D).
MANEJO DE DESECHOS Los desechos de la materia prima que no se usaron con colocados en bolsas herméticamente cerradas para que no esparza el materia al medio ambiente y se selecciona correctamente los desperdicios de la materia prima. Se tiene mucho cuidado al desechar un refrigerante y no se lo mezcla con la basura convencional ya que este material es tóxico.
DIAGRAMA DE PLANTA DEL LABORATORIO
Plano del Laboratorio CAMPRO
Leyenda: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
ZPrinter® 310. Secadora. Fresadoras CNC. Torno CNC. Torno Paralelo. Centro de Mecanizado CNC. Fresadora. Cortadora de Hilo. ZScanner® 800.
CONCLUSIONES El Laboratorio CAMPRO contribuye al desarrollo del país a través de sus maquinarias de prototipado rápido, ingeniería inversa, impresión y escáner 3D y diseño de piezas mecánicas. Ofrece muchas herramientas que sirven de manera práctica a lo relacionado con la carrera de Ingeniería Mecánica en procesos de diseño y manufactura.
El manejo de software CAD-CAM-CAE es indispensable para el trabajo con maquinaria CNC, lo relacionado con ingeniería inversa y el prototipado rápido.
