UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA

CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

SISTEMAS DE MANUFACTURA CAD - CAM

TEMA:

CONSTRUCCIÓN DEL MACHO DE UNA PRÓTESIS DE RODILLA, UTILIZANDO SOFTWARE DE DISEÑO MECÁNICO Y UNA MÁQUINA DE CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO MEDIANTE LA FRESADORA

CNC

AUTORES:

Castro Daniel ………………………………

Hernández Walter ……………………………….

Pallo Jesus ……………………………….

AMBATO – ECUADOR

2015

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MANUFACTURA CAD-CAM

1. INTRODUCCIÓN

CAD/CAM son tecnologías que tratan de automatizar ciertas tareas del ciclo de

producto y hacerlas más eficientes. Dado que se han desarrollado de forma

separada, aun no se han conseguido todos los beneficios potenciales de integrar las

actividades de diseño y fabricación del ciclo de producto. Esta tecnología tiene el

objetivo de aunar las islas de automatización conjuntándolas para que cooperen en

un sistema único y eficiente. El CAD/CAM trata de usar una única base de datos

que integre toda la información de la empresa y a partir de la cual se pueda realizar

una gestión integral de todas las actividades de la misma, repercutiendo sobre todas

las actividades de administración y gestión que se realicen en la empresa, además de

las tareas de ingeniería propias del CAD y el CAM.

Debido a sus ventajas, se suele combinar el diseño y la fabricación asistidos por

computadora en los sistemas CAD/CAM. Esta combinación permite la transferencia

de información desde la etapa de diseño a la etapa de fabricación de un producto,

sin necesidad de volver a capturar manualmente los datos geométricos de la pieza.

La base de datos que se desarrolla durante el CAD es procesada por el CAM, para

obtener los datos y las instrucciones necesarias para operar y controlar la

maquinaria de producción, el equipo de manejo de material y las pruebas e

inspecciones automatizadas para establecer la calidad del producto.Esta disciplina

se ha convertido en un requisito indispensable para la industria actual que se

enfrenta a la necesidad de mejorar la calidad, disminuir los costes y acortar los

tiempos de diseño y producción. La única alternativa para conseguir los objetivos

antes mencionados es la de utilizar la potencia de las herramientas informáticas

actuales e integrar todos los procesos, para reducir los costos (de tiempo y dinero)

en el desarrollo de los productos y en su fabricación.

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2. JUSTIFICACIÓN:

El diseño mecánico con software adecuado y el Control Numérico por Computadora

(CNC) son de gran importancia en la producción de la provincia y el país, así que

tiene lugar en la malla curricular de las Universidades de Ingeniería Mecánica y con

mayor énfasis en la “Universidad Técnica de Ambato”, en la Carrera de Ingeniería

Mecánica permitiendo a sus alumnos prepararse con tecnología y formarse un perfil

profesional acorde a los requerimientos de la producción nacional del país y de la

sociedad.La ejecución del presente proyecto, va dirigido estrictamente al

conocimiento y aprendizaje del manejo de sistemas de manufactura CAD-CAM, el

adecuado uso de las herramentales y equipos que se emplean en procesos de

manufactura asistidos por computadora, a la determinación de los parámetros

necesarios y condiciones apropiadas que deben ser llevadas a cabo para un buen

manejo del sistema.

3. TEMA: Construcción del macho de una prótesis de rodilla, utilizando software de

diseño mecánico y una máquina de control numérico computarizado mediante la

fresadora CNC.

4. OBJETIVOS

1. Objetivo General

Mecanizar a escala el macho de una prótesis de rodilla utilizando la fresadora CNC.

2. Objetivos Específicos

Determinar el dimensionamiento del macho de una prótesis para rodilla.

Establecer los planos de la pieza a manufacturar.

Llevar las medidas reales de la prótesis de rodilla a una escala apropiada para su

mecanización en la fresadora CNC.

Aplicar conocimientos teóricos sobre los sistemas de control numérico.

Aplicar los conocimientos adquiridos de diseño y la fabricación asistidos por

computadora en los sistemas CAD/CAM.

Identificar las ventajas y desventajas que ofrece un sistema CNC.

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Determinar los parámetros adecuados para el mecanizado del molde en un tiempo

adecuado y con un buen acabado.

Establecer el herramental adecuado para el correcto mecanizado del molde.

5. EQUIPOS Y HERRAMIENTAS

5.1. Equipos

Descripción del equipo Imagen

FRESADORA CNC TRAVIS M-1000

Fig. 5.1.1Referencia: Autor

Mesa de trabajo

Superficie: 1200x510 (mm)

Nº de ranuras y medidas: 5-18x100 (mm)

Carga máxima admisible sobre mesa: 1000 (Kg)

Carreras y distancias

Carrera longitudinal eje X: 1000 (mm)

Carrera transversal eje Y: 500 (mm)

Carrera vertical eje Z: 570 (mm)

Tornillo y avances

Diámetro de tornillos X, Y, Z: 40 (mm)

Avances rápidos X, Y: 25000 (mm/min)

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Avances rápidos Z: 25000 (mm/min)

Avances de trabajo X, Y, Z: 1 a 8000 (mm/min)

Cabezal

Cono del eje porta fresas: BT40

Sistema de fijación de herramientas: Neumático

Gama de velocidades: 100-8000 (rpm)

Cambiador de herramientas

Capacidad: 20

Tipo: sombrilla

Peso máximo de herramienta: 8 (Kg)

Tamaño de herramienta: 300 (mm)

Potencia

Motor principal: 15/21 (HP)

Servomotores X, Y, Z: 14,8 (Nm)

Motor de bomba refrigerante: 0,75 (HP)

Peso y dimensiones

Área ocupada: 3,6x2, 5 (m)

Peso: 5600 (Kg)

5.2. Herramientas.

Descripción de las herramientas Imagen

Calibrador pie de rey

Fig. 5.2.1Referencia: Autor

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Mordazas de sujeción

Fig. 5.2.3Referencia: Autor

Brocha.

Fig. 5.2.4Referencia: Autor

Llaves de ajuste hexagonales y mixtas

Fig. 5.2.5Referencia: Autor

5.3. Materiales.

Descripción de los materiales Imagen

Plancha de madera

Fig. 5.3.1Referencia: Autor

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6. PROCEDIMIENTO DEL MECANIZADO CNC:

6.1 OBTENCIÓN DE LA CODIFICACIÓN Y CONSTRUCCIÓN DEL MOLDE.

6.1.1 Tomamos las medidas reales de la prótesis de rodilla, procediendo a realizar

los planos requeridos con una escala que sea adecuada para la placa de aluminio.

6.1.2 Ajustamos las medidas a una escala apropiada para el equipo.

6.1.3 Realizamos el dibujo de la prótesis de rodilla en un software conocido y realizamos el macho de la prótesis de rodilla.

6.1.4 Importamos el moldeado creado al software de simulación, tomando en cuenta

todos los parámetros de diseño.

6.1.5 Una vez realizada la simulación de la prótesis de rodilla, obtenemos los

códigos del proceso total.

6.1.6 Concretamos los tipos de parámetros de entrada con el que funciona el

software activado en el equipo mencionado.

6.1.7 Modificamos los códigos, para un correcto mecanizado.

6.1.8 Importamos los códigos al software del equipo.

6.1.9 Seleccionamos los herramentales en función de las operaciones de maquinado.

6.1.10 Colocamos la plancha de madera en la fresadora CNC y la sujetamos

firmemente con las mordazas de sujeción.

6.1.11 Fijamos los parámetros necesarios para el inicio del proceso de desbaste y

posterior acabado (Datum, Movimientos de entrada y regreso).

6.1.12 Ejecutamos el mecanizado y esperamos el tiempo obtenido en el software de

simulación.

6.1.13 Finalizado el mecanizado, comparamos las medidas obtenidas con el

componente inicial.

6.1.14 Limpiar con la brocha el sitio de trabajo.

6.2 DETERMINACIÓN DE TIEMPOS Y COSTOS DE PRODUCCIÓN.

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6.2.1 Tiempos arrojados por el programa:

Tiempo total (Tt )=4hora con4min=244 min

6.3 COSTOS DE PRODUCCIÓN:

6.3.1 Costo de mano de obra:

(Asumiendo la operación a un operario calificado que percibe un sueldo básico)

Costo de mano de obra

SueldoBásico [ $/mes ]=340

Seguro (S )=0.11

Decimo tercero (Dt )=SB/12

Decimocuarto (Dc )=SB/8

Costomano de obramensual (CMO )=SB+0.11∗SB+ SB12

+ SB8

CMO=340+0,11(340)+28.33+42.5=448.23$

mes

Costomano de obra porhora (CMh )=448.23USDmes

.1mes

20dias.1dia8h

=2,8$h

Costomano de obratotal(CT )=CMh∙Tt

CMOT=CMh∙Tt=2.8$h∗4.75hr=13.3 $

6.3.2 Costo del consumo de energía eléctrica:

P (fresa): P= 15 – 21 HP (CARGA BAJA -CARGA ALTA)P (fresa): P= 15 HP=11.19 KW (Carga Baja)P (Computador): 0.59 KW

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Consumo de la fresadora (Cf )=Pf ∙TtCf=11.19 kW∗4.06hCf=45.43KW−hora

Consumo del computador (Cc )=Pc ∙TtCc=0.59kW∗4.06 hCc=2.4kW−hora

Costo kWh=0.08USDkW ∙hr

: [Dato EEASA]

Costo total consumoenergía eléctrica(CCE)=0.08 (Cf +Cc ) $kW ∙hr

.kW∗hr

CCE=0.08 ( 45.43+2.4 ) $CCE=3.82$

6.3.3 Costo de materiales:

e=2.5cm ;e=25mm,L=120mmancho=1 20mm

PVP.componente=2USD TOTAL

6.3.4 Costo total de producción:

Costototal (CTP )=CMOT+CCE+PVP

CTP=(13.3+3.82+2 )

CTP=19.12USD

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7. CÁLCULOS DE LOS PARÁMETROS DE MECANIZADO DEL MACHO DE LA PRÒTESIS DE RODILLA.

DESBASTE

7.1 Velocidad de corte para la madera: Vc =250 mm/min.

S=Vc∗1000π∗∅∗Z

=250∗1000π∗8∗4

S=2486.79rpm

7.2 Velocidad de avance de la mesa: f = 0.25 mm/s.

F=f∗S∗Z

F=(0.25)(2487)(1)

F=621.75mm /min

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ACABADOS

7.3 Velocidad de corte para los acabados: Vc = 350 mm/min.

S=Vc∗1000π∗∅∗Z

=350∗1000π∗3∗4

S=9284 rpm

Para el proceso de acabados tomamos*0.7:

S=9284 rpm∗0.7

S=6499 rpm

7.4 Velocidad de avance de la mesa en el proceso de acabados: F= 0.11 mm/s

F=f∗S∗Z

F=(0.11)(6499)(1)

F=714.89mm/min

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Cálculo de tolerancias

`

Dimensiones del molde macho

Dimensiones (mm) tolerancia60 0.1910.629 0.115.015 0.097 0.0911.9 0.1112.01 0.11

Calidad de IT11 debido a que no es una pieza de ajuste sino un molde y debe de ser ajustado.

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8. CONCLUSIONES

Se mecanizó el macho de la prótesis de rodilla con los conocimientos

adquiridos en el módulo de MANUFACTURA CAD CAM.

Se obtuvo un acabado superficial muy bueno en la pieza mecanizada.

Con una velocidad alta del husillo se logró tener un aspecto de acabado

superficial muy bueno.

Con un herramental pequeño y una velocidad de avance del husillo grande

se logró obtener acabados superficiales de buena calidad.

Los herramentales que utilizamos en la práctica son las fresas planas las

cuales tienen un desbaste más rápido y un acabado superficial de buena

presentación y calidad.

Con la fresadora CNC el trabajo industrial lo hace parecer más sencillo,

práctico y económico también es una forma de hacer un trabajo eficaz,

eficiente y efectivo.

Con esta fresadora CNC se han podido lograr diferentes trabajos con más

exactitud y precisión que antes, cuando se utilizaba la mano de obra humana.

Con los diferentes métodos de desbastes y acabados superficiales que hemos

aprendido en el módulo de CAD/CAM logramos un acabado superficial de

buena calidad.

Se estableció la influencia que tienen los programas de CAD/CAM en el

diseño de piezas, su simulación, la selección de herramientas para la

creación de superficies y códigos que se generan a partir de estas, ofreciendo

confiabilidad para obtener una pieza final exitosa.

Con un acabado en zig zag de corte del material y con una pequeña

profundidad provee de un mejor acabado, pero incrementa el tiempo de

maquinado.

La fresadora CNC es la nueva adquisición de la facultad por lo cual tenemos

un amplia área de trabajo para realizar diferentes proyectos como estos y

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ampliar los conocimientos de los estudiantes hacia el área laboral de la

ingeniería mecánica.

Utilizando los métodos estudiados y practicados escogemos el más

adecuados para el desbaste y el acabado superficial que nos deje con una

superficie lisa y de calidad de mecanizado.

9. RECOMENDACIONES:

Coger muy bien el datum de la maquina antes de empezar a maquinar.

Para el acabado se debe tomar una fresa de menor diámetro para que dé un

aspecto visual bueno en la pieza mecanizada.

Tener mucho cuidado de que este lleno el tanque de aceite cuando se está

maquinando.

Tomar en cuenta de que en la primera simulación del proceso no existan

interferencias o choques de los herramentales.

Verificar que antes de dar inicio al proceso de mecanizado, los

portaherramientas estén con su herramental adecuado, numeración y

posición exacta pues puede existir un error en el proceso de mecanizado.

Antes de proceder a mecanizar colocar el aceite de lubricación hasta la señal

adecuada en la fresadora CNC.

Cuando estemos colocando la pieza dentro de la cámara de la fresadora tener

cuidado que la maquina esté apagada y así no ocurra un accidente pues es

una maquina grande.

Tomar en cuenta que las mordazas estén fuertemente ajustadas al material a

mecanizar pues con la fuerza de esta la pieza puede salir despedida del

cámara de fresado.

En el momento de mecanizado se debe ir limpiando la viruta que sobresale

de la pieza mecanizada ya que esta se adhiere al material que se está

maquinando, y puede afectar el proceso de acabado y la visualización del

mismo.

Durante el proceso de mecanizado una persona deberá estar pendiente con el

paro de emergencia.

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Revisar si los herramentales (fresas) están bien ajustadas para evitar que se

muevan y causen un daño a la maquina fresadora y también a la fresa.

Debería tener la fresadora un paro opcional en la programación para poder

verificar el trabajo realizado en medio del proceso y no solo al final del

maquinado.

Conocer la geometría del molde y usar el proceso más adecuado para evitar

el consumo de tiempo de trabajo en el proceso de mecanizado.

Tomar en cuenta la disponibilidad de herramentales que existan en el

laboratorio para obtener un mecanizado y un acabado superficial de calidad.

Verificar y borrar los códigos del programa que no utilicen antes de iniciar

el maquinado.

Limpiar correctamente la fresa en general y sus herramentales con una

pequeña brocha.

10. BIBLIOGRAFIA

Manual de Seguridad y Salud en operaciones con herramientas manuales,

maquinaria de taller y soldadura. Universidad Politécnica de Valencia

Lasheras Esteban, José María (2000) Tecnología mecánica y metrotecnia.

Editorial Donostiarra, S. A. ISBN 978-84-7063-087-3. P. 651.

Sandvik Coromant (2006), Guía Técnica de Mecanizado, AB Sandvik

Coromant 2005.10

National Inventors Hall of Fame Foundation (2007), John T. Parsons (en

inglés), en invent.org. [19-4-2008]

www.romiusa.com

Organización Internacional de Estandarización (2004). «Indexable inserts

for cutting tools -- Designation». Consultado el 25-3-2008.

http://www.general-aislante.com.ar/meca_ensam.htm Ministerio de Trabajo y Seguridad Social (1996), Real Decreto 2065/1995,

de 22 de diciembre, por el que se establece el certificado de profesionalidad

de la ocupación de tornero fresador, BOE n. º 25 de 29-1-1996. [19-4-2008]

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11. ANEXOS:

Tabla 1. Recomendaciones de velocidades de corte, avance y ángulos de incidencia

(Variación general mínima entre diversos tipos de herramentales)

Figura 1. Tanque de aceite

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Figura 2. Porta herramentales

Figura 3. Menú de control de la CNC

Figura 4. Entrada USB de la CNC

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