Producción de una broca para roca para yacimiento petrolífero con una cadena de proceso CNC CAD/CAM

DMG Mori fabrica una amplia variedad de centros de mecanizado de corte de viruta convencionales para fabricantes de equipos originales y talleres de producción que prestan servicios a la exigente industria del petróleo y el gas.

Inherentes a este mercado son varios factores que presionan por un gran cuidado y planificación en el proceso de mecanizado. Normalmente, los componentes producidos para el campo de petróleo y gas son muy grandes, pesados ​​y, a menudo, tienen contornos complejos, lo que hace que el tiempo de mecanizado sea prolongado y la vida útil de la herramienta corta. El DMU 50, aunque es un centro de mecanizado de 5 ejes básico de DMG MORI, es una unidad compacta que destaca por su resistencia considerable, como se detalla en el siguiente ejemplo. "Es una historia del tipo David enfrenta a Goliat", dice Matthias Leinberger, director de desarrollo de negocios de Siemens PLM (Product Lifecycle Management).

En una solicitud reciente, DMG MORI enfrentó el desafío de una pieza de trabajo de 440 libras, 8” de diámetro x 8” de alto, hecha de acero 1ade y que estaba siendo mecanizada en una barrena de roca para exploración de yacimientos petrolíferos. Además, el cliente presentó al constructor la necesidad de un cambio rápido para producir la pieza a partir de diversos materiales metálicos, con todos los consiguientes cambios de herramientas y variaciones en la configuración de la pieza de trabajo. El cliente, un importante proveedor de la industria petrolera, estaba tratando de decidir si el mejor camino para este producto era un solo acero casi neto o una fundición casi neta mecanizada. Tanto el desbaste de alta velocidad como el mecanizado de 5 ejes muy preciso con una máquina de pie pequeño, que había sido seleccionada por el cliente debido a preocupaciones específicas sobre la utilización de la capacidad de la planta, además de su deseo de una máquina flexible, de precio razonable y altamente rentable. herramienta.

El fabricante de máquinas pidió ayuda a su socio comercial de toda la vida, Siemens. Al ofrecer un paquete total de hardware, software y servicios de ingeniería CAD-CAM-CNC, Siemens pudo ayudar al fabricante de máquinas a mejorar sustancialmente todos los aspectos de la producción de piezas, incluida la reducción de los protocolos de diseño a pieza, el tiempo de mecanizado, la vida útil de la herramienta, acabado superficial, precisiones dimensionales y eficiencias generales de producción. Este escenario fue particularmente aplicable en este caso, ya que se anticipaba que las tiradas de producción serían bajas con plazos de entrega cortos.

A partir del archivo CAD, el equipo de PLM de Siemens ejecutó el programa a través de su proceso NX CAM, eliminando las configuraciones mediante una operación completa de 5 ejes. La función Eventos definidos por el usuario (UDE) dentro del programa NX permite casillas de verificación simples para activar referencias de postprocesadores para presión de refrigerante, configuraciones de velocidad del husillo y más. Esto evita la programación manual y, como resultado, redujo el tiempo de transición del programa de hasta dos días a aproximadamente 30 minutos.

Una vez que el programa estuvo listo para el CNC, las características de ese control permitieron una simulación más simplificada de la ruta de corte real. La función del compresor de configuración rápida 3D proporciona un archivo de datos paramétricos detallados para todos los movimientos de trayectoria, eliminando así la colisión y garantizando la trayectoria óptima de la herramienta, junto con el núcleo NC y el PLC de la máquina herramienta. Como observa Randy Pearson, director del centro de aplicaciones técnicas de Siemens, “esta característica supone un enorme ahorro de tiempo para nuestro cliente, ya que la bola de prueba y la sonda en el mecanismo del husillo se pueden ejecutar en cualquier punto del ciclo, probando la cinemática real de la máquina en cualquier momento. . El procedimiento también se puede automatizar para que se ejecute sobre la mesa en intervalos de tiempo prescritos”.

La característica de mecanizado de alta velocidad se destaca aquí mediante el ciclo 800, que es una transformación de plano estático que permite que una máquina de 5 ejes defina un plano de trabajo rotado en el espacio. Se conoce comúnmente en el sector como programación 3+2. El ciclo convierte el cero de la pieza real y las compensaciones de herramienta para hacer referencia a la superficie girada. Es de destacar que el ciclo se adapta a una cinemática particular de la máquina y posiciona los ejes físicos normales al plano de trabajo. Esto se conoce como TRAORI u orientación de transformación.

Mientras tanto, Sinumerik Operate, la interfaz gráfica de usuario fácil de usar del CNC en la máquina, permite al operador realizar una variedad de funciones integradas de gestión de herramientas y gestión de información, todas transportables mediante una conexión USB o de red.

En la simulación, la carga y fijación de la pieza de trabajo se realiza virtualmente en el programa NX CAM, que también calcula una carga de viruta constante, fundamental en estas grandes aplicaciones de eliminación de material. La simulación verifica además la longitud de la herramienta en todas las secciones de corte y el programa finaliza para que comience la máquina.

En producción, este proceso también produjo una mejora sustancial en la vida útil de la herramienta en esta pieza tan pesada durante el ciclo de 3 ¾ horas, según Luke Ivaska, Gerente Nacional de Producto de DMG. “Con la combinación del software NX CAM, más el CNC en la máquina y todo lo que podía hacer, tuvimos algunos desafíos iniciales, ya que la mayoría de los programas de software son paquetes CAM especialmente diseñados que permiten un uso rápido y fácil por parte de cualquier persona. Tienen limitaciones importantes; sin embargo, como el software controla la trayectoria de la herramienta, el operador tiene muy poco control. Con NX y Sinumerik CNC, tenemos mucha más información sobre la creación de la trayectoria de la herramienta. Todavía tengo que encontrar un problema que no pueda resolver con NX”.

En el CNC, Sinumerik Operate brinda al operador del usuario final y al personal de ingeniería de fabricación acceso completo a una variedad de condiciones en producción, incluidos todos los datos de desbaste y acabado en texto sin formato, además de todos los datos de orientación de transformación de 5 ejes registrados para reiniciar después de cualquier interrupción. y reinicio manual.

El sondeo fácil de usar para compensaciones de piezas es otra ventaja que disfrutan el constructor y su cliente con el CNC utilizado en esta máquina. El operador es guiado gráficamente para, por ejemplo, ajustar el origen de la pieza y la longitud de la herramienta se incluye automáticamente en el cálculo. Con el sistema Operate, la diferencia entre el valor de posición en el sistema de coordenadas de la máquina y el sistema de coordenadas de la pieza de trabajo se guarda en el decalaje de cero activo.

La operación aerodinámica variable de la máquina herramienta se combina aquí con un vector interpolado para producir un acabado más suave en el mecanizado de las intrincadas superficies de la broca de roca en una sola trayectoria de herramienta. La máquina pasa sin problemas del mecanizado cuadrado al redondo y luego a los recorridos de ángulos extremos necesarios para mecanizar con precisión las superficies internas. Se captura automáticamente una porción de un solo bit del programa, por lo que se puede crear un programa de paso y repetición. La simulación de cada ruta de corte de broca se realizó tanto en el programa NX CAM como en el CNC. Es literalmente como trabajar con un “gemelo digital” de la máquina.

Cabe señalar que este programa vectorial es transportable a cualquier máquina con resultados comparables, según Randy Pearson y el director de desarrollo comercial de PLM, Matthias Leinberger, quien comenta: “Precisamente porque la cinemática de la máquina es conocible, este programa, una vez creado, puede ser transferidos a múltiples máquinas dentro de la misma instalación o ejecutados por talleres en todo el mundo, todos unidos por el control, por lo que hay una continuidad total entre las operaciones, el protocolo de captura de datos y la retroalimentación recibida para el análisis de la producción”. Randy Pearson señaló además que, en esta aplicación, el control podría acomodar fácilmente el deseo del cliente de cambiar los materiales utilizados en tiradas sucesivas, debido a su capacidad para realizar ajustes sobre la marcha, basados ​​en la orientación de la punta de la herramienta para la pieza de trabajo.

Este proyecto se llevó a cabo utilizando CELOS a bordo de la máquina DMG MORI. CELOS facilita la interacción total entre el operador y la máquina, en esta aplicación, ya que tiene numerosas aplicaciones para permitir la consulta instantánea de las condiciones reales, la comparación completa de datos a través de un enlace a productos CAD y CAM, además de una interfaz completa con el sistema ERP de la empresa del cliente. para registro y análisis, con ajustes remotos durante el proceso que se pueden lograr. En el caso de este cliente de petróleo y gas, también se proporciona comunicación interactiva con una red de producción global, lo que le permite al cliente ejecutar la producción paralela de diferentes brocas de roca en lugares de todo el mundo, con un seguimiento de datos fluido y un análisis de producción completo.

Pasadores en forma de cono que sostienen una pieza de trabajo por uno o dos extremos durante el mecanizado. Los centros encajan en los agujeros perforados en los extremos de la pieza de trabajo. Los centros que giran con la pieza de trabajo se denominan centros “vivos”; los que no lo hacen se denominan centros “muertos”.

Controlador basado en microprocesador dedicado a una máquina herramienta que permite la creación o modificación de piezas. El control numérico programado activa los servos y accionamientos del husillo de la máquina y controla las distintas operaciones de mecanizado. Ver DNC, control numérico directo; NC, control numérico.

Funciones de diseño de productos realizadas con la ayuda de computadoras y software especial.

Uso de ordenadores para el control de procesos de mecanizado y fabricación.

Fluido que reduce la acumulación de temperatura en la interfaz herramienta/pieza de trabajo durante el mecanizado. Normalmente toma la forma de un líquido como soluble o mezclas químicas (semisintéticas, sintéticas) pero puede ser aire presurizado u otro gas. Debido a la capacidad del agua para absorber grandes cantidades de calor, se usa ampliamente como refrigerante y vehículo para diversos compuestos de corte, y la relación agua-compuesto varía según la tarea de mecanizado. Ver fluido de corte; fluido de corte semisintético; fluido de corte en aceite soluble; fluido de corte sintético.

Máquina herramienta CNC capaz de taladrar, escariar, roscar, fresar y mandrinar. Normalmente viene con un cambiador de herramientas automático. Ver cambiador automático de herramientas.

Cualquier equipo controlado que permita a un operador programar su movimiento ingresando una serie de números y símbolos codificados. Ver CNC, control numérico por computadora; DNC, control numérico directo.

Tira o bloque de material rectificado con precisión que se utiliza para elevar una pieza de trabajo, manteniéndola paralela a la mesa de trabajo, para evitar el contacto entre la cortadora y la mesa.