Simulador de mecanizados en código ISO-6983

S IMULADOR DE MECANIZA P ROYECTO E SCUELA U NIVERSIDAD A UTOR : J OSÉ M ARTÍN D IRECTOR : E DUARDO V ENDRELL IMULADOR DE MECANIZA DOS EN CÓDIGO ISO ROYECTO FINAL DE CARRERA SCUELA T ÉCNICA S UPERIOR DE I NFORMÁTICA NIVERSIDAD P OLITÉCNICA DE V ALENCIA ARTÍN C ARBONELL ENDRELL V IDAL V ALENCIA , SEPTIEMBRE D ISO -6983 SEPTIEMBRE D E 2011. José Martín Carbonell SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 Título del proyecto: Simulador de mecanizados en código ISO-6983 Titulación: Ingeniería Superior Informática. (esp. informática industrial) Autor: José Martín Carbonell Director: Eduardo Vendrell Vidal José Martín Carbonell SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 Dedicado. A mi padre, por haberme hecho ser quien soy. A mi madre, por enseñarme el camino hacia mis metas desde que era un niño. José Martín Carbonell SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 Agradecimientos. A mi hermana Sonia, mi fuente inagotable de inspiración, sabiduría y amor a la ciencia. Sin duda alguna, mi ejemplo a seguir. A Eduardo Vendrell por su inestimable ayuda y confianza y por haberme brindado la oportunidad de desarrollar este proyecto final de carrera. José Martín Carbonell SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 Í NDICE ÍNDICE ................................................................................................................. 5 ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................ 9 ÍNDICE DE TABLAS ........................................................................................ 13 ÍNDICE DE FÓRMULAS .................................................................................. 14 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN .................................................................... 15 1.1. Presentación del problema. ......................................................................................................... 15 1.2. Objetivos del proyecto. .................................................................................................................. 16 1.2.1. Objetivos finales. .................................................................................................................... 16 1.2.2. Objetivos intermedios. ......................................................................................................... 16 1.3. Descripción de la estructura de la memoria......................................................................... 17 CAPÍTULO 2. ESTADO DEL ARTE .............................................................. 19 2.1. Sistemas CAD/CAM. ........................................................................................................................ 19 2.1.1. Modelado de la pieza. ........................................................................................................... 21 2.1.2. Generación de las trayectorias de mecanizado. ........................................................ 21 2.1.3. Generación del programa de mecanizado. .................................................................. 22 2.1.4. Obtención de la pieza mecanizada. ................................................................................. 22 2.2. mecaCNC en el proceso CAD/CAM. .......................................................................................... 23 2.3. Análisis comparativo. ..................................................................................................................... 24 2.3.1. Variables de comparación. ................................................................................................. 24 2.3.2. Soluciones completas CAD/CAM incluidas en el análisis. ..................................... 25 2.3.2.1. CATIA. ............................................................................................................................... 25 2.3.2.2. MasterCAM. ..................................................................................................................... 26 2.3.2.3. SolidCAM. ......................................................................................................................... 27 2.3.3. Simuladores CNC incluidos en el análisis. ................................................................... 28 José Martín Carbonell SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 2.3.3.1. CNCSimulator. ................................................................................................................ 28 2.3.3.2. Swansoft CNC Simulator. ........................................................................................... 29 2.3.3.3. Enhanced Machine Controller (EMC). ................................................................. 29 2.3.3.4. EMCO WinCAM. ............................................................................................................. 30 2.4. Resultados del análisis. ................................................................................................................. 31 CAPÍTULO 3. LAS MÁQUINAS DE CONTROL NUMÉRICO ................... 34 3.1. Evolución histórica de las máquinas de control numérico. ........................................... 34 3.2. Las máquinas de control numérico por computador. ...................................................... 37 3.2.1. Estructura informática de una máquina-herramienta. .......................................... 37 3.2.2. Tipos de máquinas-herramienta CNC. .......................................................................... 38 3.2.2.1. Según su función: ......................................................................................................... 38 3.2.2.2. Según el control numérico: ...................................................................................... 39 3.3. Los centros de mecanizado. ........................................................................................................ 40 3.4. El centro de mecanizado EMCO PC Mill 125. ....................................................................... 40 3.5. Previsión de futuro. ........................................................................................................................ 41 CAPÍTULO 4. DESCRIPCIÓN DEL DESARROLLO ................................... 44 4.1. ¿Qué es mecaCNC?........................................................................................................................... 44 4.1.1. Características principales. ................................................................................................ 44 4.2. Cuestiones preliminares. .............................................................................................................. 45 4.2.1. Lenguajes de programación utilizados. ........................................................................ 45 4.2.1.1. Java. .................................................................................................................................... 45 4.2.1.2. OpenGL. ............................................................................................................................ 47 4.2.1.3. HTML. ................................................................................................................................ 47 4.2.2. Entorno de programación. ................................................................................................. 48 4.2.3. Material necesario para el desarrollo. ........................................................................... 49 4.2.3.1. Herramientas hardware. ........................................................................................... 49 4.2.3.2. Herramientas Software. ............................................................................................. 49 4.3. Planificación. ..................................................................................................................................... 50 4.3.1.1. Sub-tareas. ....................................................................................................................... 52 4.3.1.2. Hitos. .................................................................................................................................. 52 4.3.1.3. Diagrama de Gantt. ...................................................................................................... 54 4.4. Estructura del programa. ............................................................................................................. 57 José Martín Carbonell SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 4.4.1. Diseño en alto nivel. .............................................................................................................. 57 4.4.1.1. Arquitectura general. .................................................................................................. 57 4.4.1.2. Interacciones entre módulos. .................................................................................. 58 4.4.1.3. Flujo de ejecución de una instrucción ISO-6983 en mecaCNC. ................. 59 4.4.2. Interfaz gráfica. ....................................................................................................................... 62 4.4.2.1. Usuario.............................................................................................................................. 62 4.4.2.2. Contenido. ....................................................................................................................... 62 4.4.2.3. Contexto. .......................................................................................................................... 63 4.4.2.4. Primera aproximación: Wireframe. ...................................................................... 63 4.4.2.5. Resultado. ........................................................................................................................ 64 4.4.2.5.1. Ventana principal. .................................................................................................... 64 4.4.2.5.2. Ventana Definir Pieza. ............................................................................................ 65 4.4.2.5.3. Ventana Configurar Herramientas. ................................................................... 66 4.4.3. Diseño en bajo nivel. ............................................................................................................. 67 4.4.3.1. Paquete Interfaz. ........................................................................................................... 68 4.4.3.1.1. Clase MecaCNC. ......................................................................................................... 69 4.4.3.1.2. Clase Punto. ................................................................................................................. 70 4.4.3.1.3. Clase PuntoR2. ........................................................................................................... 70 4.4.3.2. Paquete Consola. ........................................................................................................... 70 4.4.3.2.1. Clase Analizador. ...................................................................................................... 70 4.4.3.2.2. Clase Ejecucion. ......................................................................................................... 70 4.4.3.3. Paquete Representacion. ........................................................................................... 71 4.4.3.3.1. Clase Representacion. ............................................................................................. 71 4.4.3.3.2. Subclase Redibujado. .............................................................................................. 72 4.4.3.4. Paquete GeometriaAnalitica. ................................................................................... 72 4.4.3.4.1. Clase FMatematicas. ................................................................................................ 72 4.4.3.5. Paquete Ayuda. .............................................................................................................. 72 4.4.3.6. Variables y métodos principales por clase. ....................................................... 73 4.4.4. Analizador léxico-sintáctico-semántico. ...................................................................... 76 4.4.4.1. Análisis léxico. ............................................................................................................... 77 4.4.4.3. Análisis semántico ....................................................................................................... 78 José Martín Carbonell SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 CAPÍTULO 5. GEOMETRÍA ANALÍTICA .................................................... 80 5.1. Interpolación lineal. ........................................................................................................................ 80 5.2. Interpolación circular. ................................................................................................................... 81 5.2.1. Cálculo de la aproximación al arco mediante coordenadas polares. ................ 81 5.2.2. Cálculo del centro del arco dados los puntos origen y final y el radio. ............ 84 5.2.3. Cálculo del radio dados los puntos inicial y final y el centro del arco. ............. 86 5.2.4. Interpolación circular en base al centro del arco. .................................................... 86 5.2.5. Interpolación circular en base al radio. ........................................................................ 87 5.3. Compensación de radio. ................................................................................................................ 87 5.3.1. Cálculo de la trayectoria compensada en interpolaciones lineales................... 88 5.3.2. Cálculo de la trayectoria compensada en interpolaciones circulares. ............. 90 5.4. Cálculo de la trayectoria compensada en una secuencia de interpolaciones. ........ 91 5.4.1. Cálculo trayectoria compensada secuencia de interpolaciones lineales. ....... 93 5.4.3. Cálculo trayectoria compensada secuencia de interpolaciones mixta. ........... 96 CAPÍTULO 6. EJEMPLO DE USO.................................................................. 98 6.1. Enunciado. .......................................................................................................................................... 98 6.2. Resolución mediante mecaCNC. ................................................................................................ 99 CAPÍTULO 7. CONCLUSIONES .................................................................. 110 7.1. Análisis de resultados. ................................................................................................................ 110 7.2. Dificultades encontradas durante la elaboración del proyecto. ............................... 113 7.3. Proyección de futuro. .................................................................................................................. 114 CAPÍTULO 8. REFERENCIAS ..................................................................... 116 CAPÍTULO 9. BIBLIOGRAFÍA ................................................................... 117 ANEXO A. MANUAL DE USUARIO ........................................................... 119 ANEXO B. EL CÓDIGO ISO-6983 EN MECACNC ................................... 155 José Martín Carbonell SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 Í NDICE DE FIGURAS Figura 2.1: Diagrama del proceso de fabricación. [1] .......................................................................... 20 Figura 2.2: Ejemplo de proceso CAD/CAM. [1]....................................................................................... 21 Figura 2.3: mecaCNC en el proceso CAD/CAM. ...................................................................................... 23 Figura 2.4: CATIA V6. ........................................................................................................................................ 26 Figura 2.5: MasterCAM X5 MU1. ................................................................................................................... 27 Figura 2.6: SolidCAM 2011. ............................................................................................................................ 27 Figura 2.7: CNCSimulator v4.53f. ................................................................................................................. 28 Figura 2.8: Swansoft CNC Simulator 6.70. ................................................................................................ 29 Figura 2.9: LinuxCNC EMC2. ........................................................................................................................... 30 Figura 2.10: EMCO WinCAM 2.43. ................................................................................................................ 31 Figura 3.1: Pintura egipcia del siglo III a.C. de una operación de torneado. .............................. 34 Figura 3.2: Grabado de 1435 de un torno accionado por arco......................................................... 35 Figura 3.3: Mandrinadora de J. Wilkinson fabricada en 1775. ......................................................... 35 Figura 3.4: Rectificadora de Charles H. Norton construida en 1896. ............................................ 36 Figura 3.5: Primera máquina de control numérico. ............................................................................. 36 Figura 3.6: Centro de mecanizado EMCO PC Mill 125. ........................................................................ 40 Figura 3.7: Fresadora de estructura cinemática paralela Seyanka ................................................ 42 Figura 3.8 (izquierda): Prototipo de Contour Crafting en funcionamiento. ............................... 43 Figura 3.9 (derecha): Animación del uso de Contour Crafting en la edificación. ..................... 43 Figura 3.10: Máquina Reprap. ....................................................................................................................... 43 Figura 4.1: Arquitectura Java Platform Standard Edition (Java SE). ............................................. 46 Figura 4.2: Ventana principal de código de mecaCNC sobre NetBeans 6.9 ................................ 48 Figura 4.3: Modelo en espiral de Boehm en cuatro fases. .................................................................. 51 Figura 4.4: Diagramas de Gantt previo y resultado .............................................................................. 56 Figura 4.5: Diagrama de arquitectura general. ....................................................................................... 58 Figura 4.6: Interacciones entre módulos en base a la funcionalidad. ........................................... 59 Figura 4.7: Diagrama de flujo de la inserción de una instrucción en Código G. ........................ 61 Figura 4.8: Variables de análisis en la creación de la interfaz gráfica. .......................................... 62 Figura 4.9: Wireframe del interfaz grafico de mecaCNC. ................................................................... 63 Figura 4.10: Interfaz gráfica de la ventana principal de mecaCNC. ............................................... 64 Figura 4.11: (izquierda) Detalle del elemento de menú Archivo. ................................................... 65 Capítulo 1: Introducción SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 16 3. Tiempo real: íntimamente ligado a la docencia, la ejecución y representación de instrucciones en tiempo real permite al usuario conocer, de forma directa y por separado, el resultado en el mundo real de cada una de ellas, facilitando la comprensión y permitiendo la edición directa en caso de no obtener el resultado deseado. 4. Exportable a la máquina real: considerando la unión existente entre el sistema y el proceso real, la simulación ha de poder convertirse en prototipo y producto, llevando a la práctica el trabajo realizado. 1.2. Objetivos del proyecto. Considerando las motivaciones descritas en el apartado anterior, se acuerda la elaboración de un programa simulador de mecanizados, fuertemente ligado a la docencia, haciendo uso del conjunto de instrucciones del Código G. A fin de poder concluir en su uso docente, se particulariza su funcionamiento a los procesos de mecanizado realizados con la máquina CNC EMCO PC MILL 125, con la cual se trabaja actualmente en los laboratorios de mecanizado del Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática (DISA) de la Universidad Politécnica de Valencia. 1.2.1. Objetivos finales. 1. Desarrollo de un programa docente, consistente en un simulador de mecanizados mediante lenguaje ISO-6983, donde el alumno pueda aprender a programar mecanizados en máquinas CNC, de forma interactiva y en tiempo real, mostrando el resultado del mecanizado en 3D y con capacidad de exportación a la máquina real, adaptando la funcionalidad del simulador a la máquina EMCO PC Mill 125. 2. Implantación del simulador como herramienta docente en los laboratorios de mecanizado del DISA y el resto de departamentos que se considere. 1.2.2. Objetivos intermedios. 1. El programa será multiplataforma, pudiendo ser ejecutado en múltiples tipos de arquitectura de 32 y 64 bits (Intel, AMD, PowerPC, SPARC), así como en múltiples sistemas operativos (Linux, MacOSX, Windows y Solaris). 2. La ejecución de instrucciones será en tiempo real, de tal forma que al insertar una determinada instrucción en Código G, se mostrará el resultado Capítulo 1: Introducción SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 17 inmediato de su efecto en la configuración de la máquina o en el mecanizado, siguiendo un código específico de colores. 3. Al tratarse de un lenguaje interpretado por el propio programa y en tiempo real, será necesaria la creación de un analizador léxico-sintáctico de Código G, capaz de asociar el conjunto de instrucciones correctas al conjunto de acciones adecuadas, y las incorrectas al manejador de errores. 4. Para simplificar la tarea docente, se creará una interfaz gráfica de usuario fácil e intuitiva, que motive al alumno a la interactuación y aprendizaje desde cero. Dicha interfaz permitirá comprobar, a simple vista, el estado de la máquina y el resultado en 3D del mecanizado. 5. El alumno ha de recibir una herramienta de auto-aprendizaje, con los contenidos necesarios accesibles desde el propio programa que le permitan aprender desde cero a programar mecanizados en código ISO6983. Es por ello que se creará un sistema de ayuda integrada interactivo. 6. El programa será multiventana, pudiéndose ejecutar múltiples instancias independientes y simultáneas. 1.3. Descripción de la estructura de la memoria. El presente documento se divide en 9 bloques diferenciados y 2 Anexos. Para facilitar la lectura y comprensión, a continuación se describe, de forma concisa, cada uno de los bloques y anexos contenidos en el documento. 1. Introducción. Breve descripción inicial de las causas que llevan al planteamiento del problema, objetivos finales e intermedios y beneficios del desarrollo del proyecto. 2. Estado del arte. Análisis de situación en materia de los procesos de mecanizado y análisis comparativo de distintas soluciones en relación al proyecto que nos ocupa. 3. Las máquinas de control numérico. Descripción de las máquinas de control numérico, su historia y la previsión de futuro, con un especial análisis de la máquina EMCO PC MILL 125. 4. Descripción del programa. Descripción detallada del desarrollo del proyecto: descripción del programa y sus características, planificación, herramientas utilizadas, estructura y diseño en alto y bajo nivel. Capítulo 1: Introducción SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 18 5. Geometría analítica. Descripción de los métodos matemáticos empleados para el cálculo de trayectorias y la representación gráfica de la simulación en el espacio tridimensional. 6. Ejemplo de uso. Desarrollo completo de un caso práctico de mecanizado haciendo uso del simulador. 7. Conclusiones. Análisis de resultados obtenidos en base a los objetivos y planificación establecida, problemas encontrados y proyección de futuro del proyecto. 8. Referencias. 9. Bibliografía. Anexo A. Manual de usuario. Manual detallado de las funcionalidades y usos del simulador. Anexo B. El código ISO-6983 en mecaCNC. Capítulo 2: Estado del arte SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 19 CAPÍTULO 2 ESTADO DEL ARTE En la actualidad, la mayor parte de los trabajos de producción profesionales en serie o a gran escala, son simulados en un paso previo a su fabricación, ya que la tecnología actual permite, además de comprobar el estado final de la pieza en base a un mecanizado, comprobar otros factores que podían modificar el resultado, tales como el material, el desgaste de la herramienta, la temperatura, las posibles colisiones, etc. Las bondades de los sistemas simulados son evidentes: se observa previa a su fabricación cual será el resultado, pudiendo modificar parámetros en la programación o la herramienta, y ahorrando así los costes asociados a una producción con un resultado no deseado. La aproximación conseguida por un simulador de mecanizados en la actualidad es increíblemente fiel a la realidad. Es por ello que, en el proceso de diseño de una nueva pieza, el simulador supone en la mayoría de los casos, la herramienta que controlará la máquina para obtener el propio resultado del mecanizado. Son muchas las empresas que ofrecen este tipo de software, incluso las propias fabricantes de máquinas-herramienta y centros de mecanizado los ofrecen como parte del propio sistema, consiguiendo así una harmonía necesaria entre el diseño por computador, la simulación y fabricación asistida por computador. Podemos concluir, por tanto, que los simuladores se han convertido en un elemento más, indispensable en el proceso de fabricación automatizado. 2.1. Sistemas CAD/CAM. Previo al análisis del estado del arte en relación a los simuladores de mecanizados, cabe explicar el estado de la fabricación en base a sistemas CAD/CAM. CAD (Computer-Aided Design, Diseño Asistido por Computadora) abarca el uso de un amplio rango de herramientas computacionales, orientadas principalmente a la ingeniería y la arquitectura, con el objetivo de diseñar elementos propios de sus actividades. Dichas herramientas permiten la especificación de elementos en 2D (mediante la generación de planos acotados en múltiples vistas) y 3D (permitiendo una visión tridimensional foto-realista del resultado). Capítulo 2: Estado del arte SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 20 CAM (Computer-Aided Manufacture, Manufactura Asistida por Computador) concibe el uso de computadores y tecnología avanzada en todas las fases de manufactura de un producto, reduciendo al mínimo la intervención del operario. Podemos establecer el ciclo de manufactura de un producto como aquellas fases que comprenden el marketing, la ingeniería, la gestión de la producción y la propia fabricación del producto. Figura 2.1: Diagrama del proceso de fabricación. [1] En la actualidad, el proceso de fabricación une inexorablemente el CAD y el CAM, generándose un sistema común denominado CAD/CAM. Considerando estos conceptos iniciales, en el presente documento repararemos únicamente en el proceso de diseño y fabricación de una pieza, obviando el resto de elementos del proceso de manufactura. La tendencia actual en el mercado de la producción enfatiza en la facilidad del proceso y la obtención de buenos resultados si la etapa de diseño se realiza haciendo uso de software de modelado 3D. Así pues, el proceso de diseño y fabricación de una pieza tiene, de manera generalista, a cumplir un proceso similar al siguiente: Capítulo 2: Estado del arte SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 21 Figura 2.2: Ejemplo de proceso CAD/CAM. [1] Como se puede comprobar en el gráfico de proceso de la Figura 2.2, a efectos de los sistemas de fabricación asistida por computador, se pueden identificar tres fases iniciales (además de la propia obtención de la pieza) que podrán ser llevadas a cabo mediante soluciones distintas para cada una de las fases o haciendo uso de una sola aplicación capaz de reproducir todo el proceso. 2.1.1. Modelado de la pieza. Se diseña, en 2D o 3D (de mayor uso en el ámbito que nos ocupa), la pieza que se desea obtener. Las propiedades foto-realistas del software actual permitirán una representación fidedigna del resultado, pudiendo establecer los distintos materiales que compondrán la pieza previo al proceso de redenrización del modelo tridimensional. Esta fase inicial del proceso es fundamental para la obtención de buenos resultados. La especificación de las herramientas a utilizar, el tipo de material y, evidentemente, las medidas que componen la forma han de estar bien definidas, tarea que se simplifica en su comprobación gracias a la simulación del modelo. El final del proceso de modelado en el ejemplo anterior supone la obtención de la Especificación para Intercambio Inicial de Gráficos (IGES). Este tipo de datos definirán la geometría de la pieza, a partir de la cual se podrán realizar los análisis correspondientes en la siguiente etapa del proceso, apoyándose en la abstracción de la representación a favor de datos medibles y computables. 2.1.2. Generación de las trayectorias de mecanizado. El análisis de los datos obtenidos de la etapa anterior permitirá definir las trayectorias de la máquina-herramienta que darán lugar al volumen previamente diseñado. Capítulo 2: Estado del arte SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 22 Durante esta parte del proceso, se pueden identificar ciertos problemas prematuros que den lugar a resultados no deseados, como es el caso de la detección de colisiones, donde el cálculo de la trayectoria para la creación de una determinada forma, lleva a un estado donde la geometría de la máquina y la pieza hacen imposible mecanizar. Como resultado del proceso de generación de trayectorias en el ejemplo, se obtiene un fichero CLDATA (Cutter Location Data), que describe las ubicaciones o caminos de corte de la máquina. 2.1.3. Generación del programa de mecanizado. Habiendo obtenido los datos de las trayectorias de corte de la fase anterior, el proceso se encuentra en disposición de traducir todos los datos obtenidos a secuencias de código interpretables por la máquina-herramienta o el centro de mecanizado. Se producirá, por tanto, una conversión de los puntos que definen los caminos de corte a los parámetros de las instrucciones de interpolación del estándar ISO. El análisis y computación de todos los datos obtenidos hasta ahora en el proceso generarán, por tanto, la secuencia de instrucciones ISO que compondrán el programa de mecanizado que resulta en la pieza inicialmente diseñada. En conclusión, para el proceso ejemplo se obtendrá el programa de mecanizado en código ISO-6983, y con ello podrán darse por concluidas las fases del proceso en las que ha sido necesario el uso de software adicional al propio centro de mecanizado, bien sea mediante el uso de un programa para cada fase o bien mediante el uso de una solución para todo el proceso. 2.1.4. Obtención de la pieza mecanizada. Disponiendo del programa de mecanizado y habiendo podido simular su correcto resultado, únicamente restará el último paso: preparar la máquina herramienta para la realización del mecanizado. Este último paso puede implicar en mayor medida la necesidad física del operario, ya que será en este momento cuando se deba emplazar y fijar el bruto, asignar las herramientas necesarias en los porta-brocas y realizar la carga del programa ISO obtenido, aunque este último, actualmente, también puede ser automatizado, permitiendo en forma remota que el propio programa se comunique con la máquina y cargue en ella el programa. Capítulo 2: Estado del arte SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 23 2.2. mecaCNC en el proceso CAD/CAM. Como se ha detallado en el apartado anterior, en la actualidad, el proceso de fabricación trata de minimizar la acción del usuario, y, de manera análoga, consigue que los conocimientos requeridos por éste para la realización de un mecanizado sean menores. Tal es así que el objeto de cualquier mecanizado, en base al proceso anterior, únicamente exige al usuario el manejo del software CAD asumiendo cierta destreza en el modelado, indicando los materiales y medidas del elemento que se va a manufacturar, dejando a la automatización el cálculo de las trayectorias y la generación del programa ISO. A diferencia de este común denominador actual, mecaCNC persigue el objetivo de enseñar al usuario a programar en ISO, brindándole herramientas que, en tiempo real, le muestren el resultado de cada instrucción insertada, omitiendo la generación automática del código y dejando, a un segundo plano opcional, la carga del programa ISO resultante en la máquina-herramienta. Por tanto, la funcionalidad de mecaCNC podrá incluirse dentro de la tercera fase del proceso CAD/CAM, aproximando el programa a dicho proceso tal y como muestra el siguiente diagrama: Figura 2.3: mecaCNC en el proceso CAD/CAM. Este hecho nos lleva a una conclusión: el estado del arte en función del proceso de fabricación CAD/CAM no es comparable con el proyecto que nos ocupa, ya que este último únicamente irá orientado a una de las fase del proceso, si bien se ha considerado oportuno describir dicho proceso y analizar soluciones completas del proceso CAD/CAM, ya que, implícitamente, disponen de la funcionalidad necesaria para resolver la tercera fase del proceso, permitiendo simular gráficamente la ejecución de un programa ISO-6983. Capítulo 2: Estado del arte SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 24 Como se podrá comprobar en los próximos apartados, del resultado del análisis comparativo, se pueden extraer conclusiones muy satisfactorias que podrían ser tomadas en cuenta por las empresas desarrolladoras, tanto de software CAD/CAM capaz de manejar todo el proceso como simuladores CNC aplicables únicamente a la tercera fase. 2.3. Análisis comparativo. Considerando que la producción en cadena asume gran parte del PIB de los países industrializados, se han hecho grandes avances en referencia al software simulador de procesos de mecanizado, convirtiéndose en un sector de gran competencia entre las empresas de desarrollo de aplicaciones orientadas a los procesos de producción. Es por ello que, a día de hoy, podemos encontrar grandes soluciones complejas que permiten simular con gran precisión, no sólo el resultado final en base a la geometría de la pieza o el cálculo de trayectorias de la máquina, sino que se incluyen aspectos tales como la detección de colisiones, la temperatura del husillo y la pieza, la dureza del material, y una gran lista de características que permiten al usuario obtener una aproximación muy cercana a la realidad. De entre todas las soluciones que se han encontrado en el mercado actual, se han seleccionado aquellas que, bien por su calidad y número de usuarios, o bien por contemplar alguna característica que las hace únicas, se han considerado dignas de análisis, pese a que cabe destacar la labor de la práctica totalidad de ellas por tratarse de un ámbito en la ingeniería de gran valor, complejidad e importancia. 2.3.1. Variables de comparación. Dado el gran número de simuladores de mecanizados que podemos encontrar en la actualidad, se hace necesario que el objeto de este análisis comparativo se particularice en aquellas variables que definen características principales de mecaCNC. Considerando la clara orientación docente, la limitación en el software adaptado a la máquina EMCO PC Mill 125 y la característica multiplataforma como factores de principal relevancia, las variables de comparación a evaluar serán: 1. Multiplataforma: múltiples arquitecturas y sistemas operativos capaces de ejecutar la solución (principalmente Windows, MacOS y Linux). 2. Ejecución en tiempo real: se considerará la capacidad del programa de representar el resultado de cada instrucción insertada. 3. Adaptación a la máquina EMCO PC MILL 125: se comprobará si se incluyen las características y funcionalidades del caso particular de esta máquina. Capítulo 2: Estado del arte SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 25 4. Orientación docente: cumplirán esta característica aquellos programas con una clara orientación docente, donde un alumno sin conocimiento alguno pueda aprender a programar procesos de mecanizado ISO. 5. En idioma español: se considerarán aquellos programas cuya interfaz esté en español, o bien sean multilenguaje incluyendo este idioma. 6. Gratuidad: se considerarán aquellas soluciones gratuitas o libres para la docencia. 7. Open Source: se considerarán aquellos programas de código abierto o ampliables por el propio usuario, donde alumnos de ingeniería informática puedan ampliar o mejorar las funcionalidades del producto. 2.3.2. Soluciones completas CAD/CAM incluidas en el análisis. Como se ha comentado anteriormente, el software CAD/CAM actual supone programas de muy alta calidad y muy completos que se han convertido en una pieza indispensable en el proceso industrial. Entre las múltiples funcionalidades de este tipo de software, una de las partes vitales que implementa sigue siendo la simulación del mecanizado, por tanto, se ha considerado adecuado incluir este tipo de soluciones completas en el análisis que nos ocupa, teniendo siempre presente que es inadecuado comparar el software CAD/CAM que dispone de funcionalidad de simulado de alta calidad, con un simulador CNC, que únicamente cubrirá una fase concreta de todas las que puede asumir el CAD/CAM. De entre las múltiples soluciones encontradas, se ha creído conveniente destacar las siguientes: 2.3.2.1. CATIA. Desarrollado por la empresa Dassault Systèmes en 1981, CATIA (Computer-Aided Three Dimensional Interactive Application) nace inicialmente para dar soporte a la industria aeronáutica. CATIA provee una solución integrada para la fabricación de piezas mediante CAD/CAM, pudiendo, incluso, simular el mecanizado en plantas de fabricación virtuales. La versión actual del programa es la V6. La gran capacidad y los múltiples ámbitos de aplicación de CATIA lo han convertido en un software referencia para la industria, conociendo su uso en sectores cómo: Capítulo 2: Estado del arte SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 32 Programa Multiplataforma Tiempo real Adaptado a EMCO PC Mill 125 Orientación docente Español Gratuito Open Source Windows MacOS X Linux mecaCNC          CATIA v6          MasterCAM X5          SolidCAM 2011          CNCSimulator 4.53f          Swansoft CNC Simulator 6.70          EMC2          WinCAM 2.43          Tabla 2.1: Resultados del análisis comparativo en función de las variables consideradas. De los resultados del análisis, tanto de los programas muestreados como otros analizados que no han sido incluidos en el estudio, se puede concluir que no existe ningún software multiplataforma (que permita su ejecución en Windows, MacOS X y Linux), CAD/CAM con función de simulación o simulador CNC, Open Source y gratuito, capaz de mostrar, en tiempo real, el resultado de la inserción de instrucciones ISO-6983 que componen un programa de mecanizado. Esta afirmación irá sujeta a tres realidades constatables: - La estandarización del proceso de fabricación en base al uso de software CAD/CAM actual, hace innecesaria la inserción de código ISO, ya que será el propio software el encargado de generar dicho código en base al modelado de la figura, si bien es cierto que mecaCNC persigue el objetivo de enseñar a programar mecanizados desde bajo nivel, tarea necesaria en ingeniería para haber podido llegar al software CAD/CAM actual. - Existen simuladores CNC capaz de ejecutar el programa ISO paso por paso, pero en ningún caso se ha encontrado un simulador capaz de ejecutar y simular las instrucciones en tiempo real. Dada la gran cantidad de software disponible, en caso de que dicha funcionalidad existiera, no podría sumarse a las condiciones multiplataforma, gratuito y Open Source. - La adaptación del software a la máquina EMCO PC Mill 125 queda relegada a un segundo plano, ya que la máquina actualmente no se fabrica, si bien se ha considerado esta característica por tratarse de un centro de mecanizado de gran Capítulo 2: Estado del arte SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 33 implantación en el sistema docente, incluyendo el laboratorio al que va destinado el uso de mecaCNC en la Universidad Politécnica de Valencia. Capítulo 3: Las máquinas de CN SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 34 CAPÍTULO 3 LAS MÁQUINAS DE CONTROL NUMÉRICO 3.1. Evolución histórica de las máquinas de control numérico. Se tiene constancia que, desde civilizaciones ancestrales como la egipcia, el ser humano, motivado por la necesidad de producir ciertos objetos de la manera más fácil y efectiva posible, ha hecho uso de máquinas básicas de producción, como es el caso del torno egipcio, del que supone su uso desde el año 1000 a.C. Gracias a un movimiento rotatorio impulsado por el propio operario de la máquina, se conseguía producir objetos tales como los ejes o radios de los carruajes con un menor esfuerzo, en menor tiempo y con una mejor calidad y homogeneidad. Figura 3.1: Pintura egipcia del siglo III a.C. de una operación de torneado. Analizando la historia de las civilizaciones, la expansión de los pueblos conlleva la exportación del uso de las máquinas-herramienta a distintos puntos del planeta. En Europa, a finales de la Edad Media, el uso del torno a pedal con arco era una realidad frecuente, donde un solo operario podía realizar operaciones de torneado impulsando el movimiento rotatorio con el pié, pudiendo así trabajar la pieza con ambas manos. Capítulo 3: Las máquinas de CN SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 35 Figura 3.2: Grabado de 1435 de un torno accionado por arco La llegada de la máquina de vapor a finales del siglo XVII, convierte la producción en serie en una realidad. Incorporando el motor de combustión interna que propició la Revolución Industrial, las máquinas-herramienta se convierten en imprescindibles para la producción a gran escala, reduciendo el número de operarios necesarios y generando piezas en tiempo mucho menor. Se crean nuevas máquinas-herramienta tales como la máquina de cilindrado, la mandrinadora y se perfecciona el torno, llegando a fabricarse tornos con cambios de velocidades. Figura 3.3: Mandrinadora de J. Wilkinson fabricada en 1775. El descubrimiento y producción de materiales abrasivos artificiales durante el siglo XIX, conlleva la creación de un nuevo tipo de máquina-herramienta: las muelas o amoladoras, que permitían devastar, pulir o afilar metales en un menor tiempo y con una mayor precisión. Capítulo 3: Las máquinas de CN SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 36 Figura 3.4: Rectificadora de Charles H. Norton construida en 1896. Tras esta breve reseña de la historia de las máquinas-herramienta, llegamos al siglo XX, etapa decisiva en la creación de las máquinas de Control Numérico por Computador. La llegada de las computadoras, automáticas y programables, inspira a John Thoren Parsons a la invención del control numérico en el año 1946. Parsons adaptó a una fresadora una máquina de contar IBM que, mediante el uso de tarjetas perforadas, era capaz de realizar los cálculos y medidas que facilitaban la operación de fresado sobre tres ejes. Por primera vez en la historia, se realiza un proceso automático de fabricación en serie por control numérico. La llegada del control numérico supone, para muchos, el inicio de la II Revolución Industrial. La invención del control numérico deriva en la investigación y desarrollo de prototipos y experimentos para la producción a gran escala, a pesar de que el elevado coste de las máquinas, su gran volumen y su limitada precisión en relación a las necesidades de producción, suponían un obstáculo para la implementación generalizada. En 1955, tras comprobar su potencial en una feria de Chicago, la Fuerza Aérea Norteamericana adquiere 170 máquinas-herramienta por control numérico, gobernadas por tarjetas y cintas perforadas, que suponen la primera planta de producción automatizada de la historia. Figura 3.5: Artículo de la revista Popular Science de 1955 donde figura la primera máquina de control numérico. Capítulo 3: Las máquinas de CN SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 37 La investigación y esfuerzos para la creación de nuevas máquinas CNC crece exponencialmente de forma análoga a los sistemas informáticos, hasta llevarnos a la época contemporánea a partir de los años 60, donde la micro-computación resuelve el problema del volumen y coste de creación de las máquinas-herramienta, naciendo finalmente el concepto de máquina de control numérico por computador. 3.2. Las máquinas de control numérico por computador. Como se trataba en el apartado anterior, la creación de la micro-electrónica en los años 60 implica un cambio radical en la concepción y fabricación de máquinas-herramienta, ya que, gracias a la integración de computadoras de reducidas dimensiones, cualquier máquinaherramienta era capaz de producir con una alta precisión y sin necesidad de operario. La reducción de costes y volumen, conlleva la implantación del sistema de producción en serie por máquina-herramienta de control numérico por computador. Las fresadoras, taladros, mandrinadoras, etc. pasan a ser automatizadas gracias a la integración de microcomputadoras. 3.2.1. Estructura informática de una máquina-herramienta. 1. CPU: estructura informática dotada de un micro-procesador encargado de realizar los cálculos de posición y desplazamiento de los ejes y accionar las distintas funcionalidades y modos de la máquina. 2. Periféricos de entrada: son los elementos que permiten suministrar la información requerida a la CPU. Entre los dispositivos característicos, destacan el teclado, los sensores ópticos y posicionadores y la propia conexión a un ordenador externo desde el que se dirige el flujo de información a la máquina CNC. 3. Unidades de almacenamiento: sistemas de memoria de datos que puede residir en la propia máquina-herramienta o en un ordenador externo conectado a ella. 4. Periféricos de salida: elementos que reciben la información de respuesta de la máquina-herramienta. Podemos englobar en esta categoría tanto los periféricos destinados a informar sobre el estado de la máquina y el proceso (por ejemplo el monitor, integrado o en ordenador externo) como los distintos dispositivos de control de movimiento de los ejes y el husillo. 5. PLC’s (Controlador Lógico Programable): autómatas programables que sirven de enlace entre la CPU y los distintos elementos que transfieren el movimiento, tales como motores. Capítulo 3: Las máquinas de CN SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 38 3.2.2. Tipos de máquinas-herramienta CNC. Entre las múltiples máquinas-herramienta existentes, podemos realizar dos clasificaciones: 3.2.2.1. Según su función: Máquina Función Imagen Tornos Corte de viruta por revolución de la pieza Fresadoras Arranque de viruta por aproximación de pieza rotativa de varios filos (fresa). Taladradoras Producción de agujeros cilíndricos por aproximación de pieza rotativa helicoidal (broca). Roscadoras Producción de roscas por laminado o arranque de viruta. Muelas Pulido, abrillantado, afilado y mejora en el acabado por aproximación de material abrasivo rotativo. Mortajadoras Limado por arranque de viruta en base a movimientos rectilíneos alternativos. Cepilladoras Alisado de superficies (principalmente madera) por fricción con cuchillas. Capítulo 3: Las máquinas de CN SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 39 Rectificadoras Desgaste por abrasión de piezas metálicas. Prensas Troquelación y moldeado de piezas metálicas por presión. Cizallas Corte vertical por presión de la cuchilla sobre el material. Cortadoras Corte de material (principalmente metal) por aumento de la temperatura localizada en un punto o por chorro de agua a presión. Mandrinadoras Creación de agujeros por aumento de diámetro en base al corte de la pieza rotatoria. Puntedoras Soldadura por puntos de metales. Tabla 3.1: Máquinas-herramienta CNC según su función. 3.2.2.2. Según el control numérico: 1. Punto a punto: el control determina, antes de iniciarse el movimiento, el camino a recorrer y se posiciona sin importar la trayectoria de forma rápida y precisa. 2. Contorneo: El control determina, para la posición final, la trayectoria de la interpolación en cada instante, requiriendo una total sincronización en el movimiento de los ejes. Capítulo 3: Las máquinas de CN SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 40 3.3. Los centros de mecanizado. Las capacidades de la nueva tecnología propician, hacia los años 80, el nacimiento de un nuevo concepto de máquina-herramienta que aúna las funcionalidades de distintas máquinas-herramienta independientes: el centro de mecanizado. Según la definición de L. Muñoz, “un centro de mecanizado es una máquina altamente automatizada capaz de realizar múltiples operaciones de maquinado en una instalación bajo CNC (control numérico computarizado) con la mínima intervención humana. Las operaciones típicas son aquellas que usan herramientas de corte rotatorio como cortadores y brocas. Comparando este sistema de mecanizado con los sistemas tradicionales, se destacan la velocidad de producción como ventaja y los altos costos como desventaja.” [2] Un centro de mecanizado ofrece la flexibilidad y versatilidad de realizar distintas operaciones sobre una misma pieza, incluyendo la capacidad de cambio automático de herramienta. Son reconfigurables y, según se ha ido avanzando en su fabricación, su precisión y acabado superan en gran medida a las capacidades del ser humano, con una producción uniforme en tiempos muy bajos. Gracias a la computarización de los centros de mecanizado, se ha conseguido simplificar la propia máquina delegando en el propio sistema informático ciertas capacidades, y dotando así a la máquina de un mejor control y precisión sobre el posicionamiento como consecuencia del movimiento simultáneo de los ejes. En el ámbito académico, por tanto, tiene sentido el uso de centros de mecanizado capaces de realizar distintas operaciones sobre una misma pieza, aproximando al usuario a la realidad de un mecanizado completo. 3.4. El centro de mecanizado EMCO PC Mill 125. El proyecto que nos ocupa consiste en la simulación del mecanizado particularizando en las características y funcionalidades del centro de mecanizado EMCO PC Mill 125. Figura 3.6: Centro de mecanizado EMCO PC Mill 125. Capítulo 3: Las máquinas de CN SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 41 Este centro de mecanizado está claramente orientado al entrenamiento docente, pero sus funcionalidades y la programación de los mecanizados, no distan en gran medida de las correspondientes a un centro de mecanizado industrial, si bien es cierto que la fabricación de este modelo de centro de mecanizado se realizó aproximadamente en el año 2000, y en la actualidad existen sistemas más avanzados, pero siempre conservando la misma base y principios de funcionamiento. Entre las características principales del EMCO PC Mill 125, destacan: 1. Movimientos paralelos en 3 ejes (X, Y, Z), con área de trabajo de 185, 125 y 200mm respectivamente. Los motores de paso son de alta resolución y dispone de husillos de bolas pre-cargados para los 3 ejes. 2. Carrusel con almacén de 10 herramientas y lógica direccional. 3. Motor principal asíncrono de potencia 0.6 - 0.7 kW, con control de velocidad y gama entre 150 y 5000 revoluciones por minuto. 4. Sus dimensiones son 1730 x 875 x 1900 mm y pesa 560 Kg. 5. El control numérico está basado en un PC montado y cableado a la máquina, con sistema de almacenamiento y dispositivos de entrada/salida. Dispone de un panel de mandos integrado y una pantalla de 14”. Como la práctica totalidad de los centros de mecanizado y máquinas-herramienta CNC, el EMCO PC Mill 125 permite la inserción de programas en Código G, pudiendo ser directamente importados desde el sistema de almacenaje del PC, convirtiéndo, por tanto, el proyecto que nos ocupa, en un posible paso previo al mecanizado real en la máquina. 3.5. Previsión de futuro. Durante toda la historia de las máquinas-herramienta, se ha tratado el mecanizado como el proceso por excelencia para la producción en serie de piezas uniformes, de gran tirada y en bajos tiempos, ya que la producción trataba de satisfacer la gran demanda existente. La realidad actual es distinta. El avance exponencial tecnológico está obligando a adaptar los diseños a un mercado en constante cambio, donde la flexibilidad y escalabilidad de las máquinas es fundamental para poder generar productos nuevos sin cambios sustanciales en las plantas de producción cada cortos periodos de tiempo. Por otra parte, la dependencia de la mano humana en el proceso de producción está siendo prácticamente innecesaria. Las células de mecanizado consiguen la realización completa de la pieza resultado en una sola sujeción, mediante el uso de sensores y robótica avanzada, no se contempla únicamente el mecanizado de la pieza, sino el almacenaje, desplazamiento de la pieza al espacio de trabajo, acabado, empaquetado, etc. consiguiendo por tanto una mayor rentabilidad de la planta. Capítulo 4: Descripción del desarrollo SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 48 en el lenguaje idóneo para su uso en sistemas de texto estructurado tales como el sistema de ayuda del proyecto que nos ocupa. 4.2.2. Entorno de programación. El entorno de programación escogido ha sido NetBeans en su versión 6.9. Este IDE (Integrated Development Envoriment) multiplataforma, sponsorizado y recomendado por la propia Oracle, añade, a la propia flexibilidad del lenguaje, multitud de características que facilitan la creación, depuración y compilación de cualquier programa. El entorno de desarrollo de la interfaz gráfica que integra es WYSIWYG (What You See Is What You Get), y permite el diseño de interfaces gráficas complejas mediante tecnología drag&drop de una completa paleta de controles de la librería SWING. NetBeans (originalmente llamado Xelfi) nace en la República Checa en 1996 como un proyecto estudiantil para la creación de un IDE de Java similar a Delphi. En el año 1999, el deseo de Sun Microsistems de tener una herramienta de desarrollo mejor, lleva a un acuerdo por el cual adquiere Netbeans y en el año 2000 libera su código y lanza Netbeans.org. Una de las características de mayor importancia en Netbeans reside en su propia comunidad de desarrolladores. Al tratarse de un software Open Source, se pueden encontrar multitud de plugins y add-on’s librerías que facilitan el diseño y desarrollo de aplicaciones. Además, a pesar de que Netbeans está concebido originalmente como un entorno de desarrollo para Java, la posible incorporación al IDE de paquetes oficiales adicionales permite el desarrollo en otros lenguajes de programación tales como PHP, Phyton, C y C++, Ruby, entre otros. Figura 4.2: Ventana principal de código de mecaCNC sobre NetBeans 6.9 Capítulo 4: Descripción del desarrollo SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 49 4.2.3. Material necesario para el desarrollo. El desarrollo del proyecto será llevado a cabo mediante el uso de distintas herramientas dependiendo de la naturaleza del área a desarrollar. Dicho material se puede dividir según su tipo: 4.2.3.1. Herramientas hardware. Asume el soporte físico sobre el que se hará uso de las distintas herramientas software. El equipo hardware sobre el que se ha desarrollado el proyecto cumple las siguientes características: - Equipo Apple MacBook Pro 15” (serie 5.3) · Procesador Intel Core 2 Duo 2.66 GHz. · 8GB de memoria RAM DDR3 con bus a 1333MHz. Si bien es cierto que disponer de un buen equipo proporciona fluidez y conlleva una comodidad extra en el desarrollo, el proyecto podría haber sido desarrollado en equipos de menor precio y características, aunque sí se considera adecuado el uso de un equipo Apple que integre el sistema operativo MacOSX y permita la instalación de los restantes sistemas operativos haciendo uso de herramientas software de virtualización. 4.2.3.2. Herramientas Software. Al contrario que el caso anterior, han sido bastantes las herramientas software utilizadas para el desarrollo del proyecto, máxime considerando la característica multiplataforma del programa, que hace necesaria la presencia de múltiples sistemas operativos para realizar las pruebas oportunas. Capítulo 4: Descripción del desarrollo SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 50 Herramienta Uso Microsoft Word 2007 Redacción del presente documento Microsoft Visio 2003 Creación de diagramas de flujo Adobe Illustrator CS4 Creación de gráficos vectoriales (principalmente los contenidos en el capítulo 5) Gantt Project Elaboración del diagrama de Gnatt VMWare Fusion 3.0.0 - Microsoft Windows 7 - Microsoft Windows XP - Ubuntu 11.04 - Solaris 10 Virtualización de los distintos sistemas operativos indicados NetBeans 6.9 - Java 6 SE - OpenGL Pack - JavaHelp Implementación Notepad++ Implementación Tabla 4.1: Herramientas software empleadas en el desarrollo. 4.3. Planificación. Uno de los aspectos esenciales en la elaboración de un proyecto complejo radica en la necesidad de establecer un plan de acción para abordar el desarrollo de una forma efectiva y ordenada, respetando los tiempos y cumpliendo en la entrega. La metodología de desarrollo de un proyecto en base a la ingeniería del software supone un conjunto de herramientas y técnicas que facilita la estructuración y ejecución secuencial de las tareas, teniendo en consideración el ciclo de vida del producto y la precedencia de las fases del desarrollo para obtener unos buenos resultados de manera incremental y progresiva. Entre los modelos que se ofrecen desde las escalas teóricas de la ingeniería del software, cabe destacar el modelo en espiral, que determina los segmentos de la fase de desarrollo para distintos escenarios, obteniendo versiones beta-incrementales que evolucionan y se amplían en cada ciclo del modelo. Capítulo 4: Descripción del desarrollo SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 51 Figura 4.3: Modelo en espiral de Boehm en cuatro fases. En este modelo, sintetizado en 4 fases, podemos establecer dos ejes de medición: por una parte el avance angular indicará el avance en el proyecto, por otra el radial que supondrá los costes conmutativos. A medida que avancemos angularmente en el desarrollo del proyecto, el nivel de especificaciones, objetivos, implementación, etc. aumentará, aumentando en consecuencia el coste asociado al desarrollo. Además, cada sector angular etiquetado con distintos tonos de azul, identificará un tipo de proyecto de ingeniería del software identificable en la propia leyenda de la Figura 4.3. Las cuatro fases asociadas al modelo son: Objetivos: se establecerá qué se pretende del proyecto y de su desarrollo, considerando la funcionalidad que deberá ejecutar, características principales, intervalo de costes y tiempos de revisión, evaluación y entrega. Análisis de riesgos y planificación: una vez definidos los objetivos, se formalizarán y analizarán los requisitos para el correcto cumplimiento, y del resultado del análisis se podrán establecer los tiempos de ejecución. Completada esta fase, el desarrollador estará en disposición de elaborar un dossier contractual donde se indicarán los distintos aspectos a cumplir en forma y plazo. Desarrollo, pruebas y adaptaciones: En cada nuevo ciclo del modelo, será necesario desarrollar y probar las funcionalidades asociadas a los nuevos objetivos, mostrando al cliente los resultados de las beta-pruebas y adaptando, en caso de que fuera necesario, aquellos aspectos cuya implementación no se ajuste por completo a la realidad demandada. Evaluación y lanzamiento: una vez realizadas todas las pruebas y adaptaciones necesarias, se dispondrá de una versión release completa del proyecto en base a los objetivos de la línea angular correspondiente. Si la evaluación de dicho release es correcta, el proyecto estará listo para ser lanzado/entregado al cliente. Capítulo 4: Descripción del desarrollo SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 52 La aproximación concreta de este modelo al proyecto que nos ocupa identifica al director de proyecto de final de carrera como cliente, el alumno será el desarrollador y el proyecto de ingeniería de software en sí, junto a su documentación, el producto. Durante todo este proceso, existe una comunicación constante y directa entre el cliente (director de proyecto) y el desarrollador (alumno), asegurando de esta forma la fluidez y buen término de la propuesta. 4.3.1.1. Sub-tareas. Para conseguir una buena planificación, se considera conveniente dividir el grueso del desarrollo del proyecto en sub-tareas más simples, concretizando los objetivos principales en objetivos intermedios y estructurándolas, en la medida de lo posible, por bloques de implementación. Considerando este pretexto, se realiza la siguiente subdivisión de tareas: ID Tarea 0 Recopilación de documentación de consulta 1 Análisis de objetivos, requisitos y riesgos 2 Diseño en alto nivel 3 Diseño en bajo nivel 4 Planific ación 5 Implementación, pruebas y adaptaciones iterativas 6 Obtención y prueba de la versión final 7 Redacción de la documentación (memoria y manuales) 8 Evaluación de resultados y entrega Tabla 4.2: Relación de sub-tareas. 4.3.1.2. Hitos. Los hitos suponen los objetivos intermedios que se asignarán a cada sub-tarea. La correcta finalización de todos los hitos llevará implícita la consecución de los objetivos finales, y por tanto, la finalización exitosa del proyecto. Tarea Hitos 0 Recopilar documentación so bre procesos de mecanizado, programación CNC en código G, sistemas CAD/CAM y estado del arte. Recopilar documentación sobre la máquina EMCO PC Mill 125 Recopilar documentación asociada a la programación en Java y el uso de NetBeans. Capítulo 4: Descripción del desarrollo SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 53 Recopilar documen tación sobre programación gráfica OpenGL y su integración en programas Java. Recopilar documentación sobre usabilidad en aplicaciones orientadas a la docencia. 1 Establecer objetivos principales. Establecer requisitos funcionales y recursos materiales necesarios. Analizar requisitos y recursos y evaluar la capacidad de consecución del proyecto en base a los conocimientos, documentación y recursos disponibles. Considerar las posibles limitaciones. 2 Definir y analizar variables relevantes del diseñ o de la interfaz. Crear Wireframe del entorno de ventanas. Recopilar, crear iconos e imágenes a emplear. Crear el logo de la aplicación. Analizar conjunto de instrucciones de código G interpretables por el simulador Crear diagramas de flujo de in teracción usuario ↔ interfaz ↔ funcionalidad 3 Definir paquetes/módulos que serán necesarios y mantendrán una estructura coherente en el programa. Establecer clases principales y relaciones entre ellas. Crear analizador léxico - sintáctico - semántico para la ejecución en tiempo real. 4 Establecer planificación. 5 Crear interfaz gráfica y añadir componentes. Reconocer automáticamente resolución de pantalla del equipo y adaptar la ventana a dicha resolución. Crear paquetes e importar librerías necesarias. Crear el co njunto de clases. Programar los métodos (funciones y eventos de componentes). Programar el analizador léxico - sintáctico - semántico. Programar la relación entre clases y la funcionalidad asociada a cada instrucción en código G. Programar el sistema d e ayuda. Optimizar el código. Realizar sucesivas pruebas iterativas con cada implementación. Adaptar la programación al resultado de las pruebas iterativas. 6 Realizar pruebas finales. Obtener versión final y encapsularla correctamente. 7 Redacta r la memoria del proyecto. Redactar el manual de usuario. 8 Evaluar resultados finales. Realizar la entrega y presentación. Tabla 4.3: Relación de hitos. Cabe destacar que el orden de consecución de los hitos puede ser diferente al mostrado en la Tabla 4.3, si bien es cierto que no se podrá Capítulo 4: Descripción del desarrollo SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 54 completar una tarea sin haber completado todas las tareas anteriores, lo cual implica la necesidad de haber conseguido todos los hitos de dichas tareas previas. 4.3.1.3. Diagrama de Gantt. Otra de las herramientas de uso generalizado y gran implantación en el establecimiento y especificación de los tiempos de ejecución de un proyecto consiste en la elaboración de un diagrama de Gantt. El diagrama de Gantt muestra, por cada fila, una tarea, dividiendo el conjunto de columnas en dos sub-conjuntos: la parte izquierda mostrará los atributos de cada tarea (generalmente, identificador, nombre, duración y fechas de inicio y fin) y la parte derecha (que ocupa la mayor parte del diagrama), mostrará la línea de tiempo, estableciendo una forma rectangular para cada tarea de longitud la duración y las posibles relaciones entre tareas. Para obtener una buena referencia de los resultados de la planificación, se mostrarán dos diagramas: El primero (Figura 4.4) hará referencia a la estimación de la planificación que se tiene previo al inicio del desarrollo del proyecto, estableciendo los tiempos que se consideran adecuados en base al análisis de objetivos y requisitos previo a la fase de implementación. El segundo (Figura 4.5), detallará los tiempos reales en los que se ha concluido una vez se haya desarrollado completamente el proyecto, evaluando si se ha conseguido respetar los tiempos iniciales o se ha modificado la planificación temporal por cualquier circunstancia. Para el caso que se está analizando, el planteamiento inicial sufrió una modificación en los tiempos de ejecución debido a limitaciones propias de la incompatibilidad con el horario laboral. Dicha circunstancia propició, además, que a diferencia de la habitual jornada de 8 horas diarias, en meses de 20 días, se redujera considerablemente el tiempo disponible de dedicación al proyecto, fluctuando en base a la carga laboral, desplazamientos, etc. Este hecho conlleva la necesidad de ampliar los tiempos de ejecución previstos, principalmente, para las tareas de diseño, implementación, pruebas y obtención de la versión final. Por el contrario, la redacción de la documentación sufre una variación en el tiempo de ejecución por motivos distintos a los expuestos anteriormente, ya que en este caso, simplemente se consideró una estimación de tiempo menor a la realmente necesaria, pues durante este periodo no existía el compromiso laboral, empleándose una media de 8 o más horas diarias. Capítulo 4: Descripción del desarrollo SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 55 En definitiva, la variación resulta en un retraso en la conclusión del proyecto de 2 meses y 9 días, equivalentes a 47 días laborables. Capítulo 4: Descripción del desarrollo SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 56 Figura 4.4: Diagramas de Gantt previo y resultado Capítulo 4: Descripción del desarrollo SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 57 4.4. Estructura del programa. En el proceso de desarrollo de un proyecto de ingeniería del software, será necesario distinguir entre dos tipos de niveles o fases del diseño, íntimamente ligados y que mantienen una jerarquía específica que permite concretizar, implementar y optimizar los requisitos funcionales del programa: el diseño en alto y bajo nivel. A modo de resumen introductorio de los siguientes sub-apartados, se podría considerar que el diseño en alto nivel supone el “qué” de la aplicación, definiendo cual va a ser la funcionalidad de la aplicación y que se espera de la interacción usuario ↔ programa, en un lenguaje claro y preferiblemente adjunto a gráficos y diagramas de flujo, detallando el “por qué” se considera adecuada dicha estructura en base al target y los objetivos. Se ha considerado adecuado incluir el diseño de la interfaz gráfica en un nuevo apartado entre los diseños de ambos niveles debido a la estrecha relación existente entre la forma en que el usuario usa el programa (intuyendo a simple vista cuál es la función de cada componente) y el aspecto y estructura de la interfaz que se le presenta. Por ello, además se ha analizado el perfil de uso en función del target, el contenido y el contexto del programa. Por otra parte, se podría considerar el diseño en bajo nivel como el “cómo” se va a implementar y ejecutar la estructura definida en la fase de diseño anterior, indicando las estructuras de datos y métodos a emplear para cumplir los requisitos funcionales, también aportando el “por qué” se ha considerado adecuada esa solución frente a otras implementaciones posibles. Por último, dada la relevancia que supone en el proyecto, haciendo posible la ejecución en tiempo real, se incluirá un apartado donde se detalle el analizador léxicosintáctico-semántico. 4.4.1. Diseño en alto nivel. En la fase de diseño en alto nivel definiremos la funcionalidad asociada al programa y los subsistemas que, siguiendo una estructura lógica y ordenada que facilite la implementación y modificación en la siguiente fase, permitan llevar a cabo las acciones necesarias para alcanzar los objetivos funcionales programa. 4.4.1.1. Arquitectura general. Gracias a un análisis previo de los requisitos, podemos obtener las partes diferenciadas que llevarán a cabo las distintas funciones del programa. Capítulo 4: Descripción del desarrollo SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 64 4.4.2.5. Resultado. A partir del wireframe anterior, se construye la interfaz de la ventana principal, que de manera incremental, va integrando funcionalidades, componentes, iconos, atajos de teclado y ratón y ventanas secundarias. En este apartado se desarrollará únicamente aquellas ventanas cuya interfaz gráfica sea susceptible de análisis, obviando aquellas ventanas que hacen referencia a tablas y cuya interfaz sea simple, no obstante, el Anexo A contiene todas las ventanas y elementos junto a la explicación de sus respectivas funciones. 4.4.2.5.1. Ventana principal. Figura 4.10: Interfaz gráfica de la ventana principal de mecaCNC. Como se puede comprobar, durante el diseño se decide dividir el panel inferior correspondiente a la información de la máquina en dos subpaneles: por una parte, el panel Herramienta que mostrará el estado de la herramienta activa, la posición del husillo y la instrucción de interpolación activa; por otra, el panel Configuración con los indicadores correspondientes a las instrucciones G que activan ciertas funcionalidades de la máquina. De esta forma, se pretende dividir aquellas características de la máquina en las que es necesaria la intervención física del usuario (una herramienta se ha de cargar manualmente en el porta-brocas) o están sujetas a cambios constantes (cada interpolación modifica la posición del husillo) y aquellas que se activan en función de la programación del mecanizado Capítulo 4: Descripción del desarrollo SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 65 (mediante instrucciones en Código G, sin intervención física del usuario) y suelen mantenerse constantes durante todo el proceso (salvo el husillo). Por otra parte, dada la importancia de la representación del mecanizado, se decide emplear un panel móvil que contenga ambos paneles superiores, pudiendo así variar las dimensiones de la consola o el marco de representación tridimensional del mecanizado. Por cuestiones evidentes de usabilidad e incidencia en el recuerdo, se decide añadir atajos de teclado a cada una de las acciones de la barra de menú y asociarles un icono que identifique la acción que llevará a cabo. Figura 4.11 (izquierda): Detalle del elemento de menú Archivo. Figura 4.12 (derecha): Detalle del elemento de menú Configuración. 4.4.2.5.2. Ventana Definir Pieza. Esta ventana secundaria trata de mostrar de forma visual, la distribución del banco de trabajo y la dirección de los ejes en las operaciones de movimiento. En los sistemas reales, la ubicación de la mordaza se realiza de forma automática, en base a las dimensiones de la pieza, pero mediante este sistema de determinación de la ubicación se pretende que el alumno entienda la asignación del punto Cero Pieza en el sistema de coordenadas de la máquina. Una vez realizada la definición de los distintos valores de dimensión de pieza y ubicación de la mordaza, las etiquetas identificativas cambiarán su nombre por su valor, ofreciendo así una mejor comprensión de cada una de las medidas. Capítulo 4: Descripción del desarrollo SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 66 Figura 4.13: Ventana secundaria Definir Pieza. 4.4.2.5.3. Ventana Configurar Herramientas. En el caso de la ventana Configurar Herramientas, se ha tratado de mantener el principio docente, tratando de mostrar al alumno las medidas por las que se rige cualquier herramienta en un proceso de mecanizado. Además, la selección e instalación de herramientas en el portabrocas consiste en un trabajo manual, por tanto, se ha querido seguir un sistema de asignación de entre las múltiples herramientas posibles (incluyendo las que puede definir el usuario), se seleccionará e instalará en el carrusel portaherramientas únicamente aquellas que serán utilizadas en el mecanizado. El código de colores del carrusel porta-herramientas identificará en todo momento los porta-brocas que disponen de una herramienta asignada. Cabe destacar la intencionalidad de diseñar un frame identificativo que aproxime a la realidad del carrusel porta-herramientas. Figura 4.14: Carrusel virtual vs. carrusel real. Capítulo 4: Descripción del desarrollo SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 67 Figura 4.15: Ventana secundaria Configurar Herramientas. Como se puede comprobar, la ventana Configurar Herramientas se divide en dos paneles: en el panel superior se establece la tabla de herramientas disponibles, obteniendo cuatro herramientas por defecto y pudiendo añadir dinámicamente, nuevas herramientas indicando sus parámetros; el panel inferior identifica el estado del carrusel porta-herramientas, pudiendo asignar las herramientas de la tabla superior en las 10 ranuras porta-brocas. 4.4.3. Diseño en bajo nivel. Gracias al diseño en alto nivel, se sabe que el programa se dividirá en 5 bloques o paquetes Java diferenciados y enlazados entre sí mediante instanciación. Cada paquete contiene una o varias clases y los archivos auxiliares necesarios tales como imágenes o archivos HTML. Capítulo 4: Descripción del desarrollo SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 68 Interfaz Consola Representacion Geometria Analitica MecaCNC PuntoR2 Punto ExtensionFileFilter Configuración Herramienta Analizador Ejecucion Representacion FMatematicas «subsistema» Ayuda mecaCNC Redibujado HiloImportarArchivo HiloAbrirArchivoProyecto HiloPasoAPaso Figura 4.16: Diagrama de paquetes y clases de mecaCNC. En la Figura 4.17, pueden identificarse los paquetes de color azul, las clases principales de color azul celeste, los hilos en color verde y las clases secundarias de color amarillo. 4.4.3.1. Paquete Interfaz. Módulo principal del programa. Describe el entorno de ventanas y brinda el acceso al resto de funciones del simulador. El paquete implementa tres clases: Capítulo 4: Descripción del desarrollo SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 69 4.4.3.1.1. Clase MecaCNC. 1. Clase principal del programa. 2. Define los marcos y componentes que darán lugar al entorno de ventanas. 3. Define las variables globales que se utilizarán y modificarán en las llamadas al resto de módulos. Para ello, se pasará la instancia activa de la clase al resto de módulos, permitiendo así la modificación en los valores de dichas variables o componentes de la interfaz. 4. Implementa los eventos que describen la funcionalidad al hacer uso de cada uno de los componentes de la interfaz. 5. Es la encargada de la apertura y creación de los archivos de proyecto, configuración y Código G. 6. Implementa la subclase ExtensionFileFilter, encargada de manejar las extensiones de los archivos propios del programa en las acciones de apertura, guardado, importación y exportación: ‘.mcnc’ para archivos de proyecto, ‘.mcfg’ para archivos de configuración y ‘.txt’ y ‘.g’ para archivos de Código G. 7. Implementa la subclase Configuracion, que incorpora las variables y métodos para el control del estado de la máquina. 8. Implementa la subclase Herramienta, que contiene las variables y métodos que gestionan el estado de la máquina en relación a la herramienta activa. 9. Implementa los hilos de ejecución HiloImportarArchivo e HiloAbrirArchivoProyecto, encargados de realizar la lectura del Código G contenido en ellos. Considerando que el volumen de instrucciones de este tipo de archivos puede ser muy elevado, la implementación multihilo supone un factor de importante de optimización y eliminación de posibles cuellos de botella. 10. Implementa el hilo de ejecución HiloPasoAPaso encargado de manejar la ejecución cuando se activa el controlador de ejecución paso a paso desde el menú contextual de la lista de instrucciones insertadas. De manera análoga a los hilos detallados anteriormente, el volumen de instrucciones insertadas puede ser elevado y este hecho no ha de alterar el correcto manejo de eventos de la interfaz. Capítulo 4: Descripción del desarrollo SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 70 4.4.3.1.2. Clase Punto. A pesar de suponer una subclase del paquete, la clase Punto reviste una gran importancia, dado que será la encargada de definir todos aquellos aspectos del programa basados en puntos del espacio tridimensional. Esto incluye, por una parte, los puntos utilizados por OpenGL para el dibujado de las interpolaciones que vaya describiendo la máquina, y por otra, todos los puntos de referencia propios de un mecanizado: posición del husillo (N), decalajes, etc. 4.4.3.1.3. Clase PuntoR2. Subclase empleada para la realización de cálculos matemáticos en interpolaciones circulares. Este tipo de interpolación se realizará sobre el plano, variando únicamente sobre dos ejes, por tanto, de cara al cálculo de distancias, centros y puntos de corte, se consideró adecuado generar una nueva clase punto sobre R2. 4.4.3.2. Paquete Consola. El módulo Consola implementa el analizador léxico-sintáctico de Código G y describe la funcionalidad de cada una de las instrucciones G interpretables por el programa. 4.4.3.2.1. Clase Analizador. Implementa el analizador léxico-sintáctico encargado de manejar los posibles errores tanto en el léxico de los tokens de las instrucciones G insertadas, como en la construcción sintáctica. El analizador léxico-sintáctico-semántico se analizará con más detalle en el apartado 4.4.4 del presente capítulo. 4.4.3.2.2. Clase Ejecucion. Clase encargada de realizar la funcionalidad asociada a cada una de las instrucciones interpretables por el simulador. Capítulo 4: Descripción del desarrollo SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 71 En el caso de que el analizador haya comprobado el léxico y la sintaxis de la instrucción, la clase Ejecucion comprobará la semántica (en caso de que sea necesario) y realizará las acciones asociadas a dicha instrucción, pudiendo ser el cambio en el valor de alguna variable, clase o indicador del interfaz, o asociando los puntos de origen y destino, y realizando las llamadas pertinentes a la clase FMatematicas y Representacion. 4.4.3.3. Paquete Representacion. Implementa las funciones de manejo de la representación gráfica del mecanizado. 4.4.3.3.1. Clase Representacion. La clase Representacion define las variables y métodos derivados del uso de la librería gráfica OpenGL. En el proyecto que nos ocupa, la clase Representacion es la encargada de dibujar, en el control SWING GLJPanel (que contiene un GLEventListener sobre esta clase), la pieza y las trayectorias del mecanizado, así como otros aspectos relacionados tales como el dibujado de los ejes o el control de la cámara. Como bien es sabido, OpenGL no permite el trazado directo de arcos, por tanto, en el caso de interpolaciones circulares, será también esta clase la encargada de calcular y trazar los pequeños tramos de recta que compondrán el arco. El uso de OpenGL implica la implementación de las funciones propias: 1. init: contiene todas las instrucciones de inicialización del marco gráfico deseadas. En el caso que nos ocupa, se establece el color de fondo y la corrección de la perspectiva y el antialiasing de las líneas. 2. display: función principal en la que se realiza el dibujado de las trayectorias tras insertar una instrucción de interpolación o se hace uso de alguna función relacionada con la representación gráfica. 3. reshape: gestiona las relaciones de aspecto en la representación si se produce un cambio en las dimensiones del control o de la ventana que lo contiene. Capítulo 4: Descripción del desarrollo SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 72 4. displaychanged: función ligada a posibles cambios en el hardware gráfico (por ejemplo, cambio de monitor). Generalmente, suele ser irrelevante y no se programa. 4.4.3.3.2. Subclase Redibujado. A fin de optimizar la velocidad en la representación, se crea la subclase Redibujado que contiene la lista de puntos origen y destino, el color, el plano de mecanizado y el radio de la herramienta, del conjunto de instrucciones insertadas relacionadas con el movimiento de la máquina (G00, G01, G02 y G03). Haciendo uso de esta clase, no será necesaria la repetición de cálculos relacionados con las trayectorias de las interpolaciones, y bastará con recorrer los elementos de la clase, asignando, en cada caso, sus valores de color, plano, etc. 4.4.3.4. Paquete GeometriaAnalitica. Módulo que asume la implementación de las funciones para diversos cálculos matemáticos relacionados con la geometría euclidiana en la representación gráfica del mecanizado. 4.4.3.4.1. Clase FMatematicas. Clase que contiene los métodos necesarios para el cálculo de aspectos esenciales en el trazado de interpolaciones circulares. Dada la posibilidad de insertar interpolaciones circulares definiendo el radio del arco, o bien el punto centro, es necesaria la implementación de funciones que faciliten el cálculo de ciertos puntos necesarios para trazar el arco. Las funciones matemáticas utilizadas en esta clase serán explicadas con mayor detenimiento en el capítulo 5 de este documento. 4.4.3.5. Paquete Ayuda. El paquete Ayuda integra en sí mismo un subsistema diferente al del simulador, ya que, haciendo uso de la librería JavaHelp System, la interfaz y funcionalidad del sistema de ayuda corre a cargo de la propia librería. Capítulo 4: Descripción del desarrollo SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 73 Para implementar el sistema de ayuda, ha sido necesario programar el archivo de mapeado que hace referencia a cada uno de los archivos de información escritos en HTML, definir la estructura del TOC para la ayuda por contenidos así como el índice, e indexar cada uno de los términos que aparecen en los archivos de información para que sean accesibles en la búsqueda por término. 4.4.3.6. Variables y métodos principales por clase. La siguientes tablas muestra el tipo y nombre de las variables principales empleadas para la comunicación entre clases, representación y control de flujo del programa, así como la relación de métodos principales asociados a cada clase, indicando a su vez la clase de la que hereda y especificando su función en el programa. Paquete Clase Hereda de Variables principales Tipo Nombre Interfaz MecaCNC javax.swing.JFrame Analizador comprobacion Ejecucion ejecutar boolean camara, dec_act, ejes, eliminar, instact, ioconfig, restablecer float angulo, camaraX, camaraY, camaraZ, desplazamiento_x, desplazamiento_y, DimX, Dim Y, Dim Z, last_x, last_y, miraX, miraY, miraZ, PosX, PosY, PosZ, radio, rotacion_x, rotacion_y int compensacion, modificado, n_error, n_instruccion, n_vista, zoom javax.help.HelpSet helpset javax.media.opengl.GLJPanel gLJPanel1 javax.swing.DefaultListModel copia, modelo javax.swing.JList jList1 javax.swing.JTable jTableAsi gn, jTableCorr, jTable Herr javax.swing.JTextField jTaspirado, jTCompAct, jTCompDir, jTCorrLong, jTCorrNum, jTCorrRadio, jTHerrLCorte, jTHerrLMango, jTHerrNum, jTHerrRadio, jTHerrTipo, jThusillo, jTInstAct, jTneblina, jTplano, jTrefrigerante, jTsentido, jTtaladrina, jTtipoCoord, jTudavance, jTunidades, jTvelavance, jTvelgiro, posActX, posActY, posActZ MecaCNC.Configuracion config MecaCNC.Herramienta herr Punto centro, origen, fin, auxiliar, deca54, deca55, deca56, deca57, N PuntoR2 centro_r2, fin_r2, origen_r2 Punto java.lang.Object float x, y, z PuntoR2 java.lang.Object float x, y Consola Analizador java.lang.Object M ecaCNC padre Capítulo 5: Geometría analítica SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 80 CAPÍTULO 5 GEOMETRÍA ANALÍTICA En el presente apartado, se ha considerado la necesidad de describir los métodos matemáticos en los cuales se apoya mecaCNC para resolver y obtener la representación gráfica de las instrucciones implicadas en el trazado de trayectorias. Dejando a un lado la trivialidad del trazado de una interpolación lineal simple, que se construirá utilizando funciones nativas de OpenGL en base al punto inicial y final, se llevará al estudio las interpolaciones circulares así como la traslación de las trayectorias cuando se activan las funciones de compensación de radio de la máquina. Tal y como se ha visto en apartados anteriores, el lenguaje ISO-6983 contempla dos instrucciones principales de movimiento: la interpolación lineal y la interpolación circular en sentido horario (arco cuyo centro se sitúa a la derecha de la trayectoria, en adelante SR) y antihorario (arco cuyo centro se sitúa a la izquierda de la trayectoria, en adelante SCR). 5.1. Interpolación lineal. En el caso de la interpolación lineal, su trazado en el panel Representación es simple: en la propia instrucción se indicará el punto final, y el punto inicial o de partida consistirá en la ubicación actual del usillo (N), por tanto, basta con definir dichos puntos como vértices inicial y final, y trazar la recta que los une. Esto se consigue gracias a las funciones nativas de OpenGL glVertex3f(float x, float y, float z), indicando que dichos vértices componen una recta o secuencia de rectas con glBegin(GL_LINE_STRIPS); … N30 G00 X0 Y0 Z0 N40 G00 X100 Y50 Z10 … … glBegin(GL_LINE_STRIPS); glVertex3f(0.0f,0.0f,0.0f); glVertex3f(100.0f,50.0f,10.0f); glEnd(); … Código G OpenGL Representación Figura 5.1: Interpolación lineal. Capítulo 5: Geometría analítica SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 81 5.2. Interpolación circular. Para el caso de las interpolaciones circulares, la representación será más compleja. Simplificando al extremo, cualquier representación gráfica se podrá definir como el conjunto de puntos que la componen. OpenGL concibe, de modo generalista, toda representación gráfica como el conjunto de puntos (GL_POINTS), rectas (GL_LINES) o polígonos (GL_TRIANGLES y GL_QUADS) que podrán dar lugar a cualquier tipo de forma. Como se puede comprobar, en esta ordenación de las primitivas básicas de OpenGL quedan fuera aquellas formas curvas, tales como los arcos que describen las instrucciones de interpolación circular del código ISO-6983, siendo por tanto necesaria la aproximación de dicha forma a un conjunto de segmentos, de una longitud suficientemente pequeña, como para ser imperceptibles al ojo humano, interpretándose visualmente como una curva. Figura 5.2: Aproximación al arco por N puntos y N-1 segmentos. Observando la Figura 5.2, podemos afirmar que cuantos más segmentos definan el arco, menor será la longitud de cada uno de ellos y, consecuentemente, obtendremos una mejor aproximación a la curva. Cabe destacar que las instrucciones de interpolación circular únicamente trazarán trayectorias en el plano de mecanizado, sin cambiar la altura entre los puntos inicial y final, y, por tanto, para facilitar el desarrollo y el cálculo, se realizará una conversión previa de puntos ℝ3 → (X, Y, Z) a puntos en ℝ2 → (X, Y), cuyas coordenadas dependerán del plano de mecanizado en uso: XY, XZ o YZ. 5.2.1. Cálculo de la aproximación al arco mediante coordenadas polares. Como se ha tratado en el apartado anterior, la representación gráfica del arco consiste en una aproximación a la curva en segmentos. Dada la naturaleza curvilínea del arco, se considera oportuna la resolución de dicha aproximación mediante el uso del sistema de coordenadas polares. Según R.G. Brown, “el sistema de coordenadas polares es un sistema de coordenadas bidimensional en el cual cada punto o posición del plano se determina por un ángulo y una distancia. Capítulo 5: Geometría analítica SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 82 De manera más precisa, todo punto del plano corresponde a un par de coordenadas (r, θ) donde r es la distancia del punto al origen o polo y θ es el ángulo positivo en sentido anti-horario medido desde el eje polar 0 (equivalente al eje x del sistema cartesiano).” [3] Figura 5.3: Representación en el sistema polar del punto P. Siguiendo esta notación, se podrá recorrer el arco angularmente en incrementos adecuados (para el proyecto que nos ocupa, se ha hecho uso de incrementos ∆= 0.01), realizando una posterior conversión punto del sistema polar al cartesiano. Figura 5.4: Recorrido del arco SR en el sistema polar para plano XY. Como puede comprobarse en la figura 5.4, el recorrido angular en sentido horario implicará calcular el ángulo (θ) para los puntos inicial y final, obteniendo los valores θ 0 y θ 1 , por tanto, el recorrido angular se realizará entre los valores θ 0 y θ 1 en Capítulo 5: Geometría analítica SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 83 incrementos ∆= 0.01. Si el ángulo inicial θ 0 fuera menor que el ángulo final θ 1 , será necesario recorrer desde θ 0 hasta θ 1 +2π (θ 1 + una vuelta completa), análogamente al ejemplo de la Figura 5.5, pero en sentido inverso. Obtenidos dichos puntos auxiliares en el sistema polar, bastará con convertirlos al sistema cartesiano, trasladando el centro de coordenadas al centro del arco:  ௫ = ௫ +· cos ௝   ௬ = ௬ +· sin ௝   ∀ ௝ ∈ ଴ , ଵ   ௝ =  ଴ +· 0.01 ⁄ Fórmula 5.1: Cálculo de los vértices de los segmentos que aproximan al arco. Para el caso de la interpolación circular SCR, el proceso será análogo al anterior, variando ciertos aspectos: si θ 0 > θ 1 , recorreremos el arco desde θ 0 hasta θ 1 decrementando en ∇= 0.01, y en caso contrario (θ 0 < θ 1 ) desde θ 0 hasta θ 1 -2π también en decrementos ∇= 0.01. Si se aplica el ejemplo anterior a la interpolación circular SCR, obtendremos: Figura 5.5: Recorrido del arco SCR en el sistema polar para plano XY. Nótese que el cálculo del ángulo desde el origen polar hasta el punto en sentido anti-horario implica una comprobación adicional para establecer correctamente el intervalo angular: será necesario conocer el cuadrante en el que se ubica el punto, y de esta forma hacer uso de la ecuación de conversión cartesianopolar adecuada. Capítulo 5: Geometría analítica SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 84 Además, dichas ecuaciones de cálculo del ángulo en base al cuadrante también serán distintas en función del plano de mecanizado (XY, XZ o YZ), pero su determinación subyace del mismo desarrollo en distinto plano, por tanto, se omitirá la explicación para cada caso, pero se indicará dichos valores en las siguientes figuras: Figura 5.6: Operaciones a aplicar en base al cuadrante y plano de mecanizado. = ௫ − ௫   =  ௬ − ௬   Fórmula 5.2: Cálculo del cuadrante en base al plano. 5.2.2. Cálculo del centro del arco dados los puntos origen y final y el radio. Considerando que los parámetros de la instrucción de interpolación consistan en el punto final y el radio, será necesario calcular el centro del arco, que variará a su vez en función de si la interpolación circular es SR o SCR. Capítulo 5: Geometría analítica SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 85 Figura 5.7: Cálculo del centro del arco en función del radio. Para ello, el proceso que se ha implementado consiste en calcular, para el punto Origen y Final, la ecuación de la circunferencia (C1 y C2) con centro en cada punto y radio R. C1 => (x – Origen x ) 2 + (y – Origen y ) 2 = R 2 Fórmula 5.3: Ecuación de la circunferencia C1. Como se puede comprobar en la figura, dichas circunferencias se cortan en los puntos Centro1 y Centro2, los cuales supondrán el punto centro del arco para la interpolación circular SR o SCR respectivamente. Una vez hallados los posibles centros, quedaría por determinar cuál es la pendiente de la recta que une el centro con el origen, y en base a dicha pendiente devolveríamos el punto Centro1 o Centro2. Capítulo 5: Geometría analítica SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 86 5.2.3. Cálculo del radio dados los puntos inicial y final y el centro del arco. Si los parámetros de la instrucción de interpolación circular comprenden el punto final y el centro del arco, será necesario calcular el radio para poder transformar las coordenadas cartesianas en polares. Dicho cálculo es trivial, ya que el radio equivaldrá a la distancia entre cualquiera de los dos puntos (en mecaCNC se ha tomado el origen) y el centro del arco. Figura 5.8: Cálculo del radio en función del centro y el punto origen. La distancia entre ambos puntos se calcula mediante la operación: = ( ௫ − ௫ ) ଶ + ( ௬ − ௬ ) ଶ Fórmula 5.4: Cálculo del radio en función del punto origen y el centro. 5.2.4. Interpolación circular en base al centro del arco. En la instrucción se especifica el punto final (X, Y, Z) y el punto centro del arco (I, J, K) a describir, tomando como punto inicial la ubicación del usillo. Capítulo 5: Geometría analítica SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 87 Figura 5.9: Interpolación circular SR en base al centro del arco. En base al desarrollo de los apartados anteriores, para representar gráficamente dicho arco haremos uso del sistema de coordenadas polares, el cual requiere el radio, por tanto, se calculará dicho valor haciendo uso de los parámetros punto origen (ubicación del usillo N(X,Y,Z)) y el centro (I, J, K). 5.2.5. Interpolación circular en base al radio. En la instrucción se especifica el punto final (X, Y, Z) y el radio (R), tomando como punto inicial la ubicación del actual del usillo Figura 5.10: Interpolación circular SR en base al radio. En este caso, calcularemos el centro del arco haciendo uso del radio y los puntos origen y final, y trazaremos el arco de la forma desarrollada en apartados anteriores. 5.3. Compensación de radio. Otro caso susceptible de análisis matemático consiste en el trazado de trayectorias con la compensación de radio activa. La activación de la compensación de radio supone la traslación del trazado de la trayectoria en base al radio (R) y desgaste de radio (I) indicado en el corrector asociado a la Capítulo 5: Geometría analítica SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 88 herramienta activa. Es decir, si la compensación está activa, se deberá desplazar la herramienta una distancia equivalente a la suma de los parámetros del corrector (R+I). El desplazamiento se realizará a izquierdas o derechas de la trayectoria sin compensación, según se haya introducido la instrucción de compensación de radio a izquierdas o derechas. Figura 5.11: Compensación a izquierdas y derechas. Por último, cabe destacar que la compensación de radio únicamente es aplicable al plano de mecanizado XY, manteniéndose Z constante. 5.3.1. Cálculo de la trayectoria compensada en interpolaciones lineales. Considerando las definiciones previas anteriores, para el caso de instrucciones de interpolación lineal se podrá calcular la trayectoria compensada, trasladada a derecha o izquierda una distancia de R+I milímetros, de la siguiente forma: Capítulo 5: Geometría analítica SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 89 Figura 5.12: Cálculo de los puntos origen y final de la trayectoria compensada. En la figura podemos identificar los puntos origen (P O ) y final (P F ) así como el radio total de la compensación (Radio) resultado de la suma de los parámetros R y I del corrector asociado. Estos son los datos de que disponemos y que nos permitirán calcular los puntos P’ O y P’ F , correspondientes a la trayectoria compensada. Para ello, calculamos el punto auxiliar A O , que consiste en el punto medio entre A O ’ = (P Ox +Radio, P Oy ) y A O ’’ = (P Ox , P Oy -Radio), y de manera análoga, el punto A F . Si analizamos la Figura 5.12, podemos comprobar a simple vista que los puntos auxiliares y los puntos de la trayectoria compensada tienen el mismo ángulo θ, que se podrá calcular haciendo uso de la función θ = CalculaAngulo(A O , P O , Radio, plano de mecanizado) descrita en el apartado 5.3.1. Además, se conoce el valor del Radio, por tanto, podemos obtener la ecuación en el sistema polar, y, mediante conversión al sistema cartesiano y desplazamiento del centro del sistema polar a los puntos P O y P F , se obtendrá el valor de los puntos P’ O y P’ F : P’ Ox = P Ox + (Radio · cos(θ)) P’ Fx = P Fx + (Radio · cos(θ)) P’ Oy = P Oy + (Radio · sin(θ)) P’ Fy = P Fy + (Radio · sin(θ)) Fórmula 5.5: Cálculo de los puntos Origen y Final de la trayectoria compensada. Capítulo 5: Geometría analítica SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 96 En el caso de secuencias de interpolaciones circulares compensadas, para obtener una mayor fidelidad a la geometría de los puntos insertados, en caso de que se inicie la compensación en una instrucción de interpolación circular, la aproximación al Origen Compensado se realizará en línea recta desde el punto Origen de la interpolación. Al igual que ocurría en el caso anterior, mecaCNC estará en disposición de representar gráficamente el tramo Inst.-1. En el caso que las trayectorias compensadas simples no se crucen, el programa devolverá error, tal y como sucedería en el caso presentado en la Figura 5.19 si la compensación fuera a derechas, al igual que sucedería si se especificara una instrucción de interpolación circular cuyos puntos inicial y final, en conjunción con el radio, conformasen una geometría imposible de resolver. 5.4.3. Cálculo de la trayectoria compensada en una secuencia de interpolaciones mixta. El último caso de análisis supondrá aquella secuencia de interpolaciones que alterne entre lineales y circulares, que, en adelante, se considerará una trayectoria mixta. Para este caso, será necesario calcular el punto de corte entre una recta y una circunferencia, lo que conlleva una función de cálculo adicional a las ya vistas hasta ahora. Figura 5.20: Cálculo de los puntos de corte de las trayectorias compensadas simples a izquierdas en interpolaciones mixtas. Capítulo 5: Geometría analítica SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 97 Para calcular el punto de corte entre la trayectoria compensada de la instrucción de interpolación lineal y la circular, obtendremos, en primera instancia, la ecuación de la recta y de la circunferencia compensada mediante los métodos descritos anteriormente: → −  ଵ  ଶ −  ଵ =−  ଵ  ଶ −  ଵ ( ଵ , ଵ ), ( ଶ , ଶ ) ! " !!# $→ (− ௫ ) ଶ + (− ௬ ) ଶ =+ (+%) Fórmula 5.8: Sistema de ecuaciones formado por la recta y la circunferencia compensada. A continuación, se resolverá el sistema de ecuaciones formado por las ecuaciones anteriores, para el que se obtendrán dos soluciones: el punto de la trayectoria compensada será aquel cuya distancia al punto compensado correspondiente de la interpolación lineal sea menor. En el caso de que las trayectorias compensadas simples de ambas interpolaciones no se corten, se comprobará si la circunferencia compensada se corta con la trayectoria lineal sin compensar: en caso afirmativo, este punto se añadirá a la trayectoria compensada; en caso contrario, la función devolverá error. Podemos observar este caso entre las instrucciones 4 y 5 de la Figura 5.20. Para la compensación a derechas, se realizará una resolución análoga considerando la nueva ubicación de los puntos. Figura 5.21: Representación gráfica resultado de la trayectoria mixta compensada. Capítulo 6: Ejemplo de uso SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 98 CAPÍTULO 6 EJEMPLO DE USO En el presente capítulo se establecerá un ejemplo de uso extraído de un ejercicio real de la asignatura Fabricación Asistida por Computador y se resolverá haciendo uso de mecaCNC. 6.1. Enunciado. Contorno exterior: · Fresa ∅ 4mm. (long. mango = 11.25 mm, long. corte = 33.75mm). · Profundidad de mecanizado = 10mm. Contornos interiores: · Fresa ∅ 2mm. (long. mango = 9.5 mm, long. corte = 28.5mm). · Profundidad de mecanizado = 5mm. Dimensiones de la pieza: · 100 x 60 x 30 Todas las medidas en milímetros. Capítulo 6: Ejemplo de uso SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 99 6.2. Resolución mediante mecaCNC. 1. En primer lugar, se definirán las herramientas especificadas en el enunciado. Para ello, se accederá a “Configuración > Configurar Herramientas” (Ctrl+H). Una vez mostrada la ventana Configurar Herramientas, definiremos las dos fresas, obteniendo la siguiente tabla de herramientas: Figura 6.1: Tabla de herramientas resultante. 2. Asignamos Fresa1 al primer porta-brocas y Fresa2 al segundo. Tras la asignación, se podrá cerrar la ventana. Figura 6.2: Panel Asignar Herramienta resultante. 3. Se define la pieza. Para ello, se accederá a “Configuración > Definir Pieza” (Ctrl+P). Como no se indican datos de la ubicación de la mordaza en el banco de trabajo, dichos valores se establecerán a 0. Al presionar sobre “Definir”, de forma automática se establecerá el decalaje G54 en el punto Cero Pieza = (0.0,0.0,30.0). Capítulo 6: Ejemplo de uso SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 100 Figura 6.3: Ventana Definir Pieza resultante. 4. Como se puede comprobar en el esquema del enunciado, las medidas parten de dos puntos: el Cero Pieza y el punto (10,10,30). A fin de facilitar la programación, se definirá G55 = (10,10,30), donde 30 equivaldrá a la dimensión de la pieza en el eje Z. Para ello, se accederá a “Configuración > Definir decalajes” (Ctrl+D). Figura 6.4: Ventana Definir Decalajes resultante. 5. Si se considera adecuado, se podrá guardar un archivo de configuración que incluirá todos las definiciones y asignaciones realizadas hasta este punto desde “Configuración > Guardar arch. configuración” (Ctrl+G). 6. A partir de este punto, y al no indicarse valor de correctores, se inicia la inserción de código ISO. En primer lugar, se han de establecer las instrucciones de inicialización que definirán unidades de medida, plano de mecanizado, velocidades, etc. El usuario puede obtener la lista completa de instrucciones y su funcionalidad desde “Ayuda > Mostrar Ayuda” (F1) y en la nueva ventana, en la pestaña de ayuda Capítulo 6: Ejemplo de uso SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 101 por contenidos, “Sistema de ayuda ↳ Código G (ISO-6983) ↳ Lista de instrucciones ISO-6983”. Insertaremos las instrucciones: Instrucción Función G71 Se establecen las unidades de medida en milímetros G90 Coordenadas absolutas G17 Plano de mecanizado XY G94 Unidades de avance en mm/min. S5000 Establecemos la velocidad máxima del husillo T00 D0 M06 Seleccionamos la herramienta para el contorno exterior G55 Activamos el decalaje G55 =(10.0,10.0,30.0) M03 Activamos el giro del husillo en dirección SR Tabla 6.1: Relación de instrucciones de inicialización. Una vez insertadas las instrucciones de la Tabla 6.1, los paneles de la ventana principal mostrarán los siguientes resultados: Figura 6.5: Panel Consola resultante. Capítulo 6: Ejemplo de uso SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 102 Figura 6.6: Panel Representación resultante. Figura 6.7: Panel Herramienta resultante. Figura 6.8: Panel Configuración resultante. Capítulo 6: Ejemplo de uso SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 103 7. A partir de este punto, la máquina CNC estará configurada y lista para recibir las instrucciones de control de trayectoria que compondrán el mecanizado, a falta de indicar la velocidad de avance que podrá indicarse haciendo uso de la instrucción G01. La lista de instrucciones que generan el contorno exterior serán: Instrucción Función G01 X0 Y0 Z0 F1000 Aproximamos el husillo al punto (0,0,0). Al haber activado el decalaje G55, realmente nos estaremos aproximando al punto (10,10,30). Z-10 Nos dirigimos a la profundidad definida en el enunciado para el contorno exterior. Al permanecer activa la instrucción G01, únicamente será necesario indicar la componente que varía, obteniendo un resultado análogo a G01 X0 Y0 Z-10. X85 Desplazamos en el eje X. G03 X75 Y10 I-10 Interpolación circular a izquierdas con centro (75,0, - 10) G01 X50 Y10 Interpolación lineal a (50,10, - 10) G02 X45 Y15 R5 Interpolación circular a derechas al punto (45,1 5, - 10) con radio 5 G01 Y20 Interpolación lineal a (45,20, - 10) G02 X50 Y25 R5 Interpolación circular a derechas al punto (50,25, - 10) con radio 5 G01 X75 Interpolación lineal a (75,25, - 10) G03 X85 Y35 R10 Interpolación circular a izquierdas al punto (85 ,35, - 10) con radio 10 G01 X85 Y40 Interpolación lineal al punto (85,40, - 10) X40 Y45 Interpolación lineal al punto (40,50, - 10) X0 Interpolación lineal al punto (0,45, - 10) Y0 Interpolación lineal al punto (0,0, - 10) Z10 Interpolación lineal al punto (0,0 ,10), donde establecemos la posición de reposo antes de continuar con el contorno interior. Tabla 6.2: Secuencia de instrucciones G para mecanizar el contorno exterior del enunciado. Tras esta secuencia de instrucciones, obtenemos la siguiente representación: Capítulo 6: Ejemplo de uso SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 104 Figura 6.9: Representación multivista del mecanizado del perfil exterior. 8. A continuación, se insertarán las instrucciones para trazar el perfil interior. Instrucción Función G54 Como podemos observar en la figura del enunciado, las medidas del perfil interior toman como referencia el punto Cero Pieza, por tanto, transportamos el sistema de coordenadas a dicho punto mediante el decalaje G54. T01 D0 M06 Seleccionamos la herramienta definida para el perfil interior. G01 X25 Y30 Desplazamos al punto (25,30, - 5) G01 Z - 5 Desplazamos a Z - 5 profundizando en la pieza G02 Y30 J10 Interpolación circular a derechas indicando el mismo origen y fin (25,30,-5) y el centro (25,40,-5), generando, por tanto, una circunferencia completa. G03 Y30 J-10 Análogo a la anterior con centro (25,20, - 5), en este caso se ha usado interpolación a izquierdas para comprobar que el resultado es el mismo. G01 Z10 Se abandona el volumen de la pieza desplazando linealmente a Z10 M05 Se desactiva el husillo G56 Se activa el decalaje G56 = (0,0,0) que permite volver al sistema de coordenadas de la máquina. G00 X0 Y0 Z200 Se desplaza al punto de reposo (0,0,200) en el sistema de coordenadas de la máquina. M02 Fin del programa Tabla 6.3: Secuencia de instrucciones G para mecanizar el contorno interior del enunciado. Capítulo 6: Ejemplo de uso SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 105 Con la anterior secuencia de operaciones, se habrá obtenido el resultado final requerido por el enunciado: Figura 6.10: Resultado final del mecanizado en perspectiva. Figura 6.11: Resultado final del mecanizado en perfil. Capítulo 7: Conclusiones SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 112 admitidas. Además, el programa permite exportar el código del programa ISO y se ejecutado en la máquina real.  Sistema de ayuda integrada: el simulador implementa un subsistema de ayuda integrada por contenidos, índice o búsqueda de palabras clave, incorporando la descripción de cada uno de los elementos y funcionalidades del programa, la estructura de un programa de mecanizado y el listado completo de las instrucciones ISO-6983 interpretables por el simulador junto a su funcionalidad asociada, además de un ejemplo de uso paso a paso. El sistema de ayuda es interactivo y permite la impresión de los documentos que se considere necesarios.  Interfaz gráfica fácil e intuitiva: se genera una interfaz en base al estudio del usuario, contenido y contexto, tratando de facilitar los accesos en el menor número de acciones posibles, mostrando nombres, imágenes, esquemas e iconos identificativos de cada acción asociada. La interfaz se adapta a la resolución de pantalla partiendo desde un nivel mínimo necesario. Por tanto, del cumplimiento de los requisitos y objetivos intermedios, alcanzamos la correcta realización del objetivo principal, obteniendo el simulador de mecanizados orientado a la docencia, multiplataforma, en tiempo real y adaptado a la máquina EMCO PC Mill 125. Además, sobre estos objetivos, se han añadido distintas funcionalidades adicionales que, en tiempo de desarrollo, se han considerado convenientes para potenciar ciertos aspectos del objetivo.  Se crea una función de importación de programas ISO-6983 en formato ‘.txt’ o ‘.g’, pudiendo obtener dichos programas de las propias máquinas CNC o de la generación de Código G de soluciones CAD/CAM.  Se añade un apartado de documentación en la ayuda, que enlazará a distintos documentos de interés en PDF, incluyendo el manual de la máquina EMCO PC Mill 125.  Se añade un controlador paso a paso de la ejecución, permitiendo controlar el flujo de ejecución de las instrucciones que han sido insertadas en la lista, obteniendo una representación de la instrucción o intervalo de instrucciones deseadas.  Se añaden múltiples hilos de ejecución para asumir operaciones de gran volumen de datos que puedan suponer cuellos de botella, como la importación y apertura.  Se implementan funciones de pila de instrucciones insertadas, tales como insertar en un determinado punto, editar, borrar, deshacer y rehacer. Capítulo 7: Conclusiones SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 113  Se crea una opción de guardado de archivos de configuración, que permitirá preestablecer configuraciones específicas, útiles por ejemplo para la realización de ejercicios o el trabajo recurrente sobre el mismo conjunto de herramientas. 4. Implantación del simulador como herramienta docente en los laboratorios de mecanizado del DISA y el resto de departamentos que se considere. Tras la culminación del proyecto, se acuerda implantar el programa como herramienta de aprendizaje para la asignatura Fabricación Asistida por Computador (FAC), impartida por Eduardo Vendrell en los laboratorios de mecanizados del Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática (DISA) de la Universidad Politécnica de Valencia. Debido a los tiempos de finalización del proyecto en relación a los meses en los que se imparte la asignatura, este objetivo no será llevado a cabo hasta el inicio de las clases de la asignatura. El simulador ha sido sometido a constantes pruebas iterativas (incluyendo importación de archivos en Código G de aproximadamente 14000 líneas de código), y ha sido usado para resolver una batería de ejercicios propuestos en la asignatura, pero se considera una oportunidad única y excepcional su uso por el conjunto de alumnos de FAC. Pese a que el simulador en el momento de su implantación ya habrá sido finalizado y presentado, se acuerda establecer un seguimiento de su implantación como herramienta docente. 7.2. Dificultades encontradas durante la elaboración del proyecto. Durante el periodo de desarrollo del proyecto, cabe subrayar ciertos contratiempos que, por su complejidad o relevancia de cara al cumplimiento de plazos, sean susceptibles de mención. En primer lugar, el proyecto se inició haciendo uso del entorno de programación Eclipse. Como se ha comentado a lo largo de la memoria, el lenguaje Java no implementa funciones nativas de manejo de OpenGL, siendo necesaria la instalación de dichas librerías como un plugin o complemento al entorno. El requerimiento multiplataforma en conjunción con un cambio de versión de Eclipse, derivó en la necesidad de cambio de entorno, ya que no se pudo obtener las bibliotecas Java OpenGL adecuadas para que el programa funcionase en sistemas MacOSX. Este hecho llevó a la consideración de otros entornos de programación, estudiándose las características que ofrecía NetBeans y comprobándose que el propio entorno es capaz de generar el programa para múltiples plataformas, adaptando las librerías que importa el Capítulo 7: Conclusiones SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 114 programa a cada uno de esos sistemas, y disponiendo de un plugin de fácil instalación que añadía al programa las librerías y componentes necesarios para enlazar OpenGL con la interfaz. Por ello, se decidió cambiar de entorno a NetBeans y la importación del proyecto Eclipse a NetBeans no ofrecía los resultados deseados en relación a la interfaz gráfica, por tanto, se decidió reprogramar la interfaz gráfica desde cero. Por otra parte, algunos componentes SWING ofrecidos por Java presentan ciertas deficiencias de cara a la ejecución en tiempo real. En concreto, el componente GLJPanel de Java que define el marco de representación gráfica de MecaCNC presenta unos tiempos de respuesta inferiores al GLCanvas, también para el manejo de la representación de gráficos OpenGL. Sin embargo, este último presentaba ciertos problemas en determinadas plataformas y se decidió hacer uso del componente GLJPanel, lo cual creó la necesidad de una mayor optimización del código para obtener mejores tiempos de respuesta del componente. Por último, uno de los últimos errores que limitaron el diseño conceptual inicial viene determinado por un bug en el componente SWING JList. Dicho componente presenta un comportamiento inestable si se realizan, de una a una y en tiempo de ejecución, sucesivas inserciones de cadenas de caracteres en la lista (por ejemplo, desde un bucle for) para un conjunto relativamente grande de inserciones, y se pretende que el componente muestre siempre la última cadena insertada (mediante el uso del método JList.ensureIndexIsVisible(int)). Esta implementación (considerada necesaria en la importación y apertura de archivos), mostraba deficiencias de inestabilidad en el redibujado del componente, presentando en el redibujado del componente un efecto “flash”, caracteres extraños durante la inserción en bucle y movimientos alternativos del indicador de la barra de desplazamiento del componente. Para solucionar este problema (del que la comunidad Java ya tiene constancia), se consideró: · Por una parte, para la función de importación y apertura de archivos de proyecto, es conveniente que esta se haga en el menor tiempo posible, por tanto, se insertan todas las instrucciones y posteriormente se actualiza el componente y se representa gráficamente su ejecución línea por línea. · Por otra parte, en el caso de la ejecución paso a paso, el objetivo consiste en que el usuario compruebe qué es lo que hace cada instrucción, por tanto, no es necesaria la velocidad del caso anterior, permitiendo así realizar pausas de 0.5 segundos entre operaciones JList.ensureIndexIsVisible(int), reduciendo así las deficiencias del redibujado del componente. 7.3. Proyección de futuro. La realización de este proyecto ha proporcionado una serie de inquietudes relacionadas con el mismo y con la ingeniería del software en materia de programas que sirvan para su aplicación docente. Capítulo 7: Conclusiones SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 115 Además, maximizar el ciclo de vida de un programa como mecaCNC supone considerar la elaboración de revisiones y cambios de versión que aporten nuevas funcionalidades, ampliación de las ya existentes o implementación de necesidades que puedan ir surgiendo durante su uso prolongado y que no hayan sido consideradas inicialmente. De la conjunción resultante entre estas inquietudes, la motivación adquirida y el deseo de maximizar el ciclo de vida del simulador, se han tenido ciertas ideas de futuro para próximas versiones del programa:  Se ha considerado la generalización del simulador a otras máquinas CNC mediante módulos programables por el propio usuario que determinen las características físicas y funcionales de la adaptación de mecaCNC a dichas máquinas.  Actualmente, ya se ha analizado y se considera un siguiente paso en el desarrollo, añadir la representación en sólido del resultado del mecanizado. Entre las posibles soluciones a dicha mejora, se considera el uso del Stencil Buffer de OpenGL para implementar las operaciones booleanas que permitan la representación sólida en base a CSG.  La tecnología Web 2.0 lleva a considerar la adaptación de la próxima versión de mecaCNC a su versión online, pudiendo así llegar a una mayor masa crítica de usuarios del simulador.  Aunque no se haya considerado como plataforma objetivo, la compilación del lenguaje Java para su uso en plataformas Android es relativamente fácil mediante el uso de la herramienta 'dx', incluida en el propio SDK de Android, la cual permite convertir archivos Java al formato DEX interpretable por la máquina virtual Dalvik de Android.  Por último, cabe mencionar que, durante el análisis y posterior diseño del simulador, se ha echado en falta una librería Java que implementase algunos de los métodos matemáticos descritos en el capítulo 5, por tanto, se considera la posibilidad de traducir las funciones desarrolladas para mecaCNC al inglés y compartir la librería resultante con la comunidad. Como se puede observar, la realización del proyecto ha resultado en un deseo de continuidad en proyectos del ámbito de la ingeniería de sistemas y automática, tanto en su aplicación docente como profesional, señal inequívoca de la satisfacción de los conocimientos adquiridos y el gusto por la materia. Capítulo 8: Referencias SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 116 CAPÍTULO 8 REFERENCIAS [1] “Sistemas CAM” E. Vendrell Vidal. Fabricación Asistida por Computador. Departamento de Ingenierías de Sistemas y Automática. 2009 [2] “Centros de mecanizado - características y conceptos” L. Muñoz. URL: http://www.ib.cnea.gov.ar/~mater2/MATERIALESII/CentroMec.pdf Materiales II. Instituto Balseiro. 2008 [3] “Advanced Mathematics: Precalculus with Discrete Mathematics and Data Analysis.” R.G. Brown. ED: McDougal Littell. ISBN 0-395-77114-5. 1997 Capítulo 9: Bibliografía SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 117 CAPÍTULO 9 BIBLIOGRAFÍA 1. “Apuntes de la asignatura Fabricación Asistida por Computador” Responsable de la asignatura: E. Vendrell Vidal. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática (DISA). Universidad Politécnica de Valencia, 2009. 2. “Apuntes de la asignatura Ingeniería de la Programación” Responsable de la asignatura: J. Sánchez Díaz. Departamento de Sistemas Informáticos y Computación (DSIC). Universidad Politécnica de Valencia, 2008. 3. “Apuntes de la asignatura Metodología y Tecnología de la Programación” Responsable de la asignatura: F. J. Jaén Martínez. Departamento de Sistemas Informáticos y Computación (DSIC). Universidad Politécnica de Valencia, 2003. 4. “Apuntes de la asignatura Interfaz Gráfica de Usuario” Responsable de la asignatura: M.C. Juan Lizandra. Departamento de Sistemas Informáticos y Computación (DSIC). Universidad Politécnica de Valencia, 2004. 5. “Apuntes de la asignatura Gráficos Por Computador” Responsable de la asignatura: R.A. Vivó Hernando. Departamento de Sistemas Informáticos y Computación (DSIC). Universidad Politécnica de Valencia, 2009. 6. “Apuntes de la asignatura Gráficos Por Computador” Responsable de la asignatura: R.A. Vivó Hernando. Departamento de Sistemas Informáticos y Computación (DSIC). Universidad Politécnica de Valencia, 2009. 7. “Thinking in Java (4th edition)” Bruce Eckel. Editorial Prentice Hall. 2007. 8. “Materiales II: Centros de Mecanizado – Características y Conceptos” L. Muñoz. Instituto Balseiro, 2008. Capítulo 9: Bibliografía SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 118 9. Tesis doctoral “Estudio numérico de los fenómenos de contacto en el mecanizado” R. Cheriguene. Departamento de Ingeniería Mecánica y Organización Industrial. Universidad Carlos III de Madrid, 2009. 10. Tesis doctoral “Modelo Superficie-Trayectoria. Un modelo geométrico para el diseño y fabricación de objetos tridimensionales” R. Molina Carmona Departamento de Ciencia de la Computación e Inteligencia Artificial. Universidad de Alicante, 2002. 11. “JavaHelp TM 2.0 System User’s Guide” Sun Microsystems, Inc. 2004 12. “Consejos para el desarrollo de tu proyecto final de carrera” F.J. Abad Cerdá Departamento de Sistemas Informáticos y Computación (DSIC). Universidad Politécnica de Valencia, 2010. 13. “Evolución técnica de la máquina-herramienta. Reseña histórica” P. Aldabaldetrecu Interempresas.net, 2002 URL: http://www.interempresas.net/MetalMecanica/Articulos/1435-Evolucion-tecnicade-la-maquina-herramienta-Resena-historica.html 14. Java SE 6 Documentation. URL: http://download.oracle.com/javase/6/docs/index.html#NewFeature 15. OpenGL Software Development Kit Documentation URL: http://www.opengl.org/sdk/ 16. NeHe OpenGL Tutorials URL: http://nehe.gamedev.net/ 17. Wikipedia. La enciclopedia libre. URL: http://www.wikipedia.org/ Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 119 A NEXO A MANUAL DE USUARIO Simulador mecaCNC v1.0. El presente documento consiste en el manual de usuario del simulador de instrucciones ISO6983 mecaCNC en su primera versión. En este manual se tratarán todos los aspectos funcionales de la aplicación, permitiendo al usuario un máximo aprovechamiento de sus funcionalidades. Introducción. mecaCNC consiste en un simulador de mecanizados que interpreta y representa en tiempo real, las instrucciones en código ISO-6983 insertadas. mecaCNC está especialmente concebido para su uso en la docencia, ofreciendo características que faciliten el auto-aprendizaje tanto del uso de la aplicación como de las bases y procedimientos de la programación CNC en los procesos de mecanizado. A fin de obtener una base de conocimiento que aproxime al proceso de mecanizado real, el simulador mecaCNC está adaptado al centro de mecanizado EMCO PC Mill 125, tratando de emular su funcionalidad e interpretando el mismo conjunto de instrucciones que dicho centro de mecanizado admite como propias. El uso de mecaCNC está fuertemente ligado a la docencia, permitiendo al usuario afianzar conceptos y comprobar, mediante una representación tridimensional adjunta a indicadores del estado de la máquina, que supone en el proceso de mecanizado real la ejecución de cada una de las instrucciones ISO insertadas. Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 120 Requisitos del programa. Requisitos software. - mecaCNC es multiplataforma, pudiendo ser ejecutado en los sistemas operativos: ⋅ Windows XP, Windows Vista, Windows 7 (arquitecturas x86 y x64). ⋅ MacOS X [10.0 - 10.7] (arquitecturas PowerPC e Intel x86 y x64). ⋅ Linux (arquitecturas x86 y x64). ⋅ Solaris (arquitecturas SPARC, SPARCv9 e i586, x86 y x64). - Para la ejecución de mecaCNC será necesaria la instalación de Java Runtime Environment (JRE), preferiblemente en su última versión (Java 6). ⋅ Puede descargar Java Runtime Environment (JRE) gratuitamente desde la web http://www.java.com. - Para la lectura de la documentación asociada, será necesario Adobe Reader, preferiblemente en su última versión (Adobe Reader X). ⋅ Puede descargar Adobe Reader gratuitamente desde la web http://www.adobe.com/es/products/reader.html. Requisitos hardware. - 128 MB RAM (recomendado 512MB). - 100 MB de espacio libre en disco (recomendado 300MB). - Tarjeta de aceleración gráfica de al menos 32MB de VRAM (recomendado 64MB). - Resolución mínima del dispositivo de salida de imagen de 1024 x 768 píxeles. Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 121 Instalación y apertura del programa. mecaCNC se ejecuta sobre Máquina Virtual de Java (JVM), pudiendo, por tanto, ser ejecutado sin instalación previa. Para obtener una copia de mecaCNC en su disco local, únicamente será necesario descomprimir en la ubicación deseada el archivo Zip correspondiente a su sistema operativo y distribución. Para ejecutar mecaCNC: Windows: - Diríjase a la carpeta <Unidad>:\<Carpeta de descompresión>\mecaCNC. (Por ejemplo, “C:\Archivos de programa\mecaCNC”). - Haga doble clic sobre el archivo “mecaCNC.jar”. * Puede ejecutar mecaCNC desde consola de comandos mediante la instrucción “java –jar <Unidad>:\<Carpeta de descompresión>\mecaCNC\mecaCNC.jar”. MacOS X - Solaris: - Diríjase a la carpeta /<Carpeta de descompresión>/mecaCNC. (Por ejemplo, “/Users/usuario1/Simulador/mecaCNC”). - Haga doble clic sobre el archivo “mecaCNC.jar”. * Puede ejecutar mecaCNC desde el terminal mediante la instrucción “java –jar /<Carpeta de descompresión>/mecaCNC/mecaCNC.jar”. Linux: - Abrir un terminal. - Para la correcta ejecución de mecaCNC, será necesario indicar la ubicación de las librerías de JRE. Esta operación puede realizarse, considerando la ubicación por defecto de la instalación de Java 6, mediante la instrucción: ⋅ export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/usr/lib/jvm/java-6-sun - Diríjase a la carpeta /<Carpeta de descompresión>/mecaCNC. (Por ejemplo, “/Users/usuario1/Simulador/mecaCNC”). - Ejecutar mecaCNC desde el terminal mediante la instrucción “java –jar ./mecaCNC.jar”. Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 128 Acceso por atajo de teclado: Ctrl + E 1.1.1.5. Importar Función de importación de archivos de programas ISO-6983. Al presionar Importar, se mostrará la ventana con el árbol de directorios donde el usuario deberá seleccionar la ruta y el archivo de código G o archivo de texto. Figura Anexo A.8: Ventana Importar. mecaCNC leerá las instrucciones contenidas en archivos de instrucciones en Código G (".g" y ".txt"), insertándolas y ejecutándolas en el proyecto activo. Gracias a la función de importado, el programa podrá leer los archivos exportados de otros programas o incluso instrucciones insertadas a mano en un archivo de texto, siempre que su sintaxis sea la correcta y las instrucciones pertenezcan al conjunto de instrucciones de Código G interpretables por mecaCNC. mecaCNC ignorará aquellas líneas que comiencen por el carácter "(", pudiendo ser usado a modo de comentario en el código fuente. Acceso por atajo de teclado: Ctrl + I Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 129 1.1.1.6. Salir. Cierra el programa. Nótese que haciendo uso de la opción "Salir" se cerrarán todas las ventanas abiertas del programa, incluso las instancias múltiples de la ventana principal generadas a partir de la función “Nuevo”. Acceso por atajo de teclado: Ctrl + Q 1.1.2. Edición. Elemento de la barra de menú que brinda acceso a las operaciones de deshacer y rehacer en relación a la inserción de instrucciones ISO. Figura Anexo A.9: Menú Edición. Las funciones “Deshacer” y “Rehacer” figurarán inicialmente deshabilitadas, siendo necesario insertar una instrucción para habilitar Deshacer y presionar al menos una vez en Deshacer para habilitar Rehacer (operación inversa). Así mismo, Deshacer volverá a deshabilitarse cuando no existan instrucciones ISO en la lista de instrucciones insertadas y Rehacer se deshabilitará al haber retomado todos los cambios generados por Deshacer. 1.1.2.1. Deshacer. Elimina la última instrucción en Código G introducida y re-ejecuta el conjunto de instrucciones resultantes. Acceso por atajo de teclado: Ctrl + Z Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 130 1.1.2.2. Rehacer. Restaura las instrucciones en Código G eliminadas al hacer uso de Deshacer y re-ejecuta el conjunto de instrucciones resultantes (operación inversa a deshacer). Acceso por atajo de teclado: Ctrl + Y 1.1.3. Configuración. Elemento de la barra de menú que proporciona acceso a distintas funciones de configuración del mecanizado y la máquina herramienta. Figura Anexo A.10: Menú Configuración. 1.1.3.1. Definir pieza. Muestra la ventana de definición del volumen de la pieza y ubicación de la mordaza. Figura Anexo A.11: Ventana Definir pieza (apariencia inicial). Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 131 La ventana mostrará, en un estado previo a la definición inicial de la pieza, una representación gráfica aproximada del banco de trabajo con los indicadores de las medidas a definir. La definición consistirá en establecer los valores en milímetros de la longitud de la pieza en base a sus tres componentes (x, y, z), así como la ubicación de la mordaza en base a la distancia de ésta al punto Cero Máquina. Si se establece a 0 la ubicación de la mordaza, la ubicación de la pieza en el banco de trabajo vendrá definida únicamente por su geometría. Nótese que, según el código de colores de los ejes de coordenadas representados en el punto Cero Máquina, la componente "X" corresponderá al color rojo, verde para la componente "Y" y azul para la componente "Z". Para facilitar la inserción de datos por teclado, se ha habilitado la tecla tabulador que permite navegar entre campos. Una vez insertados los valores de las medidas, presionaremos el botón "Definir" o pulsaremos la tecla retorno. Como se puede comprobar, al presionar "Definir" de forma automática se calcula el punto Cero Pieza y es asignado al decalaje G54. Dicho decalaje podrá ser editado a posteriori desde la función Barra de menú > Configuración > Definir decalajes. Al definir los valores, estos se mostrarán en la acotación de las medidas. Figura Anexo A.12: Ventana Definir pieza (apariencia tras definición de medidas) Por último, cabe recordar que la redefinición de la pieza implica la re-ejecución automática del Código G insertado hasta entonces. Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 132 Acceso por atajo de teclado: Ctrl + P 1.1.3.2. Definir decalajes. Muestra la tabla de definición de decalajes. Figura Anexo A.13: Ventana Definir decalajes. Los decalajes desplazan el sistema de coordenadas de la máquina de la posición Cero Máquina (M) a la posición determinada por el decalaje. Existen 4 decalajes, (G54, G55, G56, G57), y de forma automática, una vez definida la pieza y la mordaza, el programa establecerá el primer decalaje (G54) en el punto Cero Pieza. Una vez definidos, para activar un decalaje se hará uso de las instrucciones en Código G G54, G55, G56 o G57 correspondientes a cada uno de los decalajes. Acceso por atajo de teclado: Ctrl + D 1.1.3.3. Definir correctores. Muestra la tabla de definición de correctores. Un corrector determina las variaciones de radio o longitud de una herramienta, pudiendo aplicar dichas variaciones en forma de desplazamientos de la posición de la herramienta en la máquina (N). Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 133 Figura Anexo A.14: Ventana Definir correctores. El uso de correctores se hace necesario cuando, debido al desgaste de una broca o fresa, su radio o longitud merma, pudiendo compensar el desgaste de la herramienta mediante los desplazamientos adecuados, y en consecuencia, realizando una re-calibración de la herramienta. Así mismo, se puede hacer uso de correctores para introducir pequeñas variaciones en interpolaciones similares, como por ejemplo, en el caso de la creación de los perfiles de una pieza. El programa muestra una tabla con 10 correctores, cuyos parámetros son: Parámetro Función Identificador (Dn) Identifica el número de corrector (con "n" de 0 a 9), y será necesario para indicar, mediante Código G, el corrector asociado a una herramienta. L ongitud de corte (L) Redefine la longitud de la herramienta. Radio (R) Redefine el radio de la herramienta. Desgaste de longitud (K) Determina el desplazamiento de longitud (vertical) de la posición de la máquina herramienta. Desgaste de radio (I) Determina el desplazamiento de radio (horizontal) de la posición de la máquina herramienta. Tabla Anexo A.1: Parámetros de un corrector. Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 134 Un corrector irá siempre asociado a una herramienta, y se indicará a la máquina mediante la instrucción en Código G Tn Dc M06, donde la herramienta de identificador "n" quedará asociada con el corrector de identificador "c". También mediante Código G, activaremos o desactivaremos la compensación de los correctores mediante las instrucciones G40, G41, G42 y G43. Acceso por atajo de teclado: Ctrl + R 1.1.3.4. Configurar herramientas. Muestra la ventana de configuración del carrusel porta-herramientas. Figura Anexo A.15: Ventana Configurar herramientas. Tal y cómo se realizaría en el mecanizado real, es necesario que el usuario asigne al porta-brocas de la máquina las brocas y fresas que va a utilizar. En el panel podemos observar dos marcos diferenciados: Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 135 Tabla de herramientas: Figura Anexo A.16: Panel Tabla de Herramientas en ventana Configurar Herramientas. El marco tabla de herramientas muestra las brocas y fresas disponibles. Además de las cuatro herramientas que el programa muestra por defecto, podrán definirse nuevas brocas y fresas. Para ello, se especificará el tipo de herramienta (broca o fresa), nombre, longitud de mango y corte y radio desde el panel "Añadir herramienta", y presionando el botón "Añadir" la nueva broca se mostrará en la tabla de brocas disponibles. Para facilitar la definición de nuevas herramientas, tras la selección del tipo de herramienta se mostrará un gráfico indicativo de las distintas medidas de la herramienta según su tipo. Figura Anexo A.17: Gráfico indicativo de las medidas de la broca. Así mismo, podemos eliminar herramientas de la tabla de herramientas disponibles seleccionando la bronca mediante un clic izquierdo de ratón, y presionando el botón "Eliminar" del panel "Añadir Herramienta". Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 136 Asignar herramienta: Figura Anexo A.17: Panel Asignar Herramienta en ventana Configurar Herramientas. El marco asignar herramientas facilita la asignación de la herramienta en el porta-brocas de la máquina herramienta. Cada una de las filas de la tabla, etiquetadas de 0 a 9, identifican el portabrocas correspondiente en la máquina herramienta (T00 a T09). Para asignar una determinada herramienta a un porta-brocas, se seleccionará la herramienta en la tabla superior, el porta-brocas en la tabla inferior y se presionará el botón "Asignar" del panel "Asignar Herramienta" Una vez se haya realizado la asignación de la herramienta, el porta-brocas correspondiente se mostrará en color verde en el gráfico identificativo de la máquina herramienta, indicando que la ranura tiene una herramienta asignada. Figura Anexo A.18: Panel Asignar Herramienta tras asignación. Para retirar una broca del porta-brocas, será necesario seleccionar el portabrocas deseado en la tabla inferior y presionar el botón "Retirar" del panel "Añadir Herramienta". Al retirar la broca, el porta-brocas volverá a mostrarse en color rojo, indicando que dicha ranura queda libre. Acceso por atajo de teclado: Ctrl + H Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 137 1.1.3.5. Guardar archivo de configuración. Guarda un archivo de configuración mecaCNC (.mcfg). Una vez presionado "Guardar arch. de configuración", se mostrará la ventana con el árbol de directorios donde el usuario deberá seleccionar la ruta y el nombre del archivo. Figura Anexo A.19: Ventana Guardar archivo de configuración. Al presionar en "Guardar", el programa generará un archivo de configuración con extensión ".mcfg" cuyo contenido describe: ⋅ Dimensiones de la pieza y ubicación de la mordaza. ⋅ Definición de decalajes. ⋅ Definición de nuevas herramientas. ⋅ Asociaciones de herramientas al porta-herramientas. ⋅ Definición de correctores. Nótese que si se guarda el archivo de configuración sin alguno de estos datos definidos, estos se evaluarán a <nulo>, su valor por defecto. Acceso por atajo de teclado: Ctrl + G 1.1.3.6. Cargar archivo de configuración. Carga un archivo de configuración previamente guardado, cuya extensión será ".mcfg". Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 144 1.2. Panel Consola. El panel Consola permite la inserción, ejecución y registro de las instrucciones en Código G del mecanizado. Figura Anexo A.27: Panel Consola. El panel Consola se divide en 3 elementos principales: 1.2.1. Lista de instrucciones insertadas. Elemento que comprende la práctica totalidad del panel, supone la lista de instrucciones ISO que el usuario ha insertado y su ejecución ha sido correcta, componiendo en su conjunto el programa de mecanizado. Las operaciones posibles sobre la lista de instrucciones se realizarán mediante el menú contextual asociado, al cual se accede seleccionando una instrucción con el botón izquierdo del ratón, y una vez seleccionada, presionando con el botón derecho del ratón sobre ella. Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 145 Figura Anexo A.28: Menú contextual en Lista de instrucciones ISO. Cabe recordar, para todo el conjunto de acciones sobre la lista de instrucciones mediante el menú contextual, que cualquier variación en el orden, edición, inserción o eliminación de una instrucción en un programa ISO puede comportar un malfuncionamiento en el mecanizado, pudiendo llevar a resultados no deseados. 1.2.1.1. Ejecución paso a paso. Muestra la ventana de control de la ejecución del código insertado. Figura Anexo A.29: Ventana de ejecución paso a paso. Una vez activada la casilla de verificación que establece el modo de ejecución paso a paso, al seleccionarse una instrucción de la lista de instrucciones insertadas, se ejecutará el programa hasta dicha instrucción. Además, se ofrece la posibilidad de ir avanzando instrucción por instrucción mediante los botones instrucción anterior e instrucción siguiente de la ventana de ejecución paso a paso o mediante las flechas arriba y abajo del teclado. Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 146 Así mismo, el botón central de la ventana de ejecución paso a paso iniciará la ejecución, instrucción por instrucción desde la instrucción seleccionada, manteniendo un intervalo de medio segundo de retardo entre instrucciones para que el usuario pueda comprobar su efecto en el simulador. Al cerrar la ventana o desactivar la casilla de verificación, se detendrá el modo de ejecución paso a paso, mientras tanto, cualquier selección de instrucción de la lista conllevará el comportamiento descrito. 1.2.1.2. Ejecutar hasta aquí. Ejecuta el intervalo de instrucciones desde la primera instrucción hasta la instrucción seleccionada. 1.2.1.3. Ejecutar desde aquí. Ejecuta el intervalo de instrucciones desde la instrucción seleccionada hasta la última instrucción insertada. 1.2.1.4. Subir. Modifica el orden de la instrucción seleccionada, subiéndola a la línea anterior, y re-ejecutando la lista de instrucciones resultante. 1.2.1.5. Bajar. Modifica el orden de la instrucción seleccionada, bajándola a la línea siguiente, y re-ejecutando la lista de instrucciones resultante. 1.2.1.6. Editar. Permite modificar la instrucción seleccionada. Se ha de tener en cuenta que es muy recomendable respetar el número de línea de la instrucción (Nx) para evitar posibles fallos en el mecanizado. 1.2.1.7. Insertar instrucción. Permite insertar una instrucción a continuación de la seleccionada. Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 147 Estas instrucciones intermedias irán numeradas siguiendo el esquema de programación ISO-6981, incrementando en una unidad el número de línea de la instrucción insertada respecto a la anterior (contrariamente al habitual incremento de 10 unidades al insertar una instrucción desde la propia consola). 1.2.1.8. Eliminar. Elimina la instrucción seleccionada y re-ejecuta la lista de instrucciones resultante. 1.2.2. Cuadro de inserción de instrucción G. Permite al usuario la escritura de las instrucciones en Código G a ejecutar. Figura Anexo A.30: Cuadro de inserción de instrucciones con instrucción de ejemplo “G02 X100 Y100...” De manera análoga al resto de cuadros de texto, el cuadro de inserción permite copiar, cortar o pegar cadenas de texto. Una vez escrita la instrucción a insertar, el usuario podrá presionar la tecla retorno para analizar y ejecutar dicha instrucción. Además, se ha añadido al cuadro de inserción, la funcionalidad de instrucción anterior y siguiente (al estilo Terminal Linux) que permite, mediante la pulsación de las flechas arriba () y abajo () del teclado, obtener la instrucción previa o siguiente del conjunto de instrucciones registradas en la Lista de instrucciones insertadas. 1.2.3. Botón de ejecución de instrucción. A pesar de que la inserción de instrucciones está concebida para ser ejecutada directamente a través de la tecla retorno, se habilita un botón de ejecución de la instrucción escrita en el cuadro de inserción. Figura Anexo A.31: Botón de ejecución de instrucción. Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 148 1.3. Panel Representación. El panel de representación muestra, en tiempo real y en tres dimensiones, la representación en alámbrico de la pieza y la herramienta, así como las líneas que definen las interpolaciones del mecanizado en curso. Figura Anexo A.32: Panel Representación con ejemplo de programa de mecanizado Para obtener una mejor representación del mecanizado, se ha seguido un determinado código de colores: ⋅ La herramienta se mostrará en color morado, y el cilindro que la representa variará su tamaño en función de los parámetros radio y longitud de la broca o fresa. ⋅ La pieza se mostrará en color gris, y su tamaño dependerá del tamaño establecido en la definición inicial de la pieza. ⋅ Las interpolaciones resultantes del mecanizado (trayectorias de la herramienta) se mostrarán en color verde en caso de que el husillo esté inactivo, y rojo en caso de que se encuentre el husillo activo. ⋅ En el caso de que la compensación esté activada, se trazará, además de la trayectoria de la máquina en el código de colores descrito anteriormente, una segunda trayectoria (en color blanco) equivalente a la posición en base a las coordenadas que el usuario haya introducido, análoga a la trayectoria que se seguiría si la compensación estuviera desactivada. Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 149 Figura Anexo A.33: Representación gráfica con compensación activa. El panel de representación es interactivo, permitiendo al usuario variar la cámara o punto de vista mediante el uso del ratón. Las funciones de ratón para el panel de representación son: Figura Anexo A.34: Uso de ratón para modificar la cámara en la representación. 1.3.1. Rotación. El movimiento de rotación de la representación irá asociado al movimiento de arrastre del ratón tras pulsar y mantener el botón izquierdo del sobre el panel Representación. Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 150 La rotación será vertical, horizontal o una combinación de ambas según la trayectoria de movimiento que el usuario haga con el ratón. 1.3.2. Traslación. El movimiento de traslación de la representación irá asociado al movimiento de arrastre del ratón tras pulsar y mantener el botón derecho del sobre el panel Representación. La traslación será vertical, horizontal o una combinación de ambas según la trayectoria de movimiento que el usuario haga con el ratón. 1.3.3. Zoom. Para realizar zoom sobre la pieza, se deberá hacer girar la rueda del ratón sobre el panel Representación. El giro de la rueda del ratón hacia arriba implica acercarse a la pieza y de forma contraria, el giro hacia abajo aleja la cámara de la pieza. 1.4. Panel Herramienta. El panel Herramienta muestra el estado actual de la máquina-herramienta en relación a su posición, la instrucción activa (en caso de interpolaciones), las herramientas y correctores asignados y seleccionados y la compensación de radio. Figura Anexo A.35: Ejemplo de panel Herramienta con mecanizado en curso. Los datos del panel se irán completando dinámicamente y en tiempo real en función de las instrucciones insertadas y la configuración establecida. Estos son: Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 151 1.4.1. Indicador de estado del carrusel porta-brocas. Figura Anexo A.36: Indicador de estado del carrusel porta-brocas. Muestra aquellos porta-brocas en los que ha sido asignada una herramienta. El cuadro muestra los 10 porta-brocas del carrusel (T00-T09) indicando mediante un cuadro verde si existe una broca asignada, y rojo en caso contrario. Se accederá a la asignación y definición de brocas desde Barra de menú > Configuración > Configurar Herramientas, explicado en detalle en el apartado 1.1.3.4 de este manual. 1.4.2. N (máquina). Muestra la posición actual de la herramienta activa. Cabe destacar que en el caso de instrucciones de interpolación (G00, G01, G02 y G03), si se omite algún parámetro correspondiente a una coordenada, se tomará el valor de dicha componente en N (máquina). 1.4.3. Instrucción activa. Indica la instrucción en caso de que la última instrucción sea una interpolación. Las instrucciones de interpolación (G00, G01, G02 y G03), permiten la programación de bloques contiguos del mismo tipo de instrucción, únicamente especificando sus nuevos parámetros. Para ello, el programa se apoya en el indicador instrucción activa, realizando la funcionalidad correspondiente a la instrucción activa sobre los nuevos parámetros. Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 152 1.4.4. Herramienta activa. Muestra los datos de la herramienta activa. Figura Anexo A.37: Datos identificativos de la herramienta activa en el panel Herramienta. Para activar una herramienta previamente asociada se hará uso de la instrucción en Código G Tn Dc M06. Puede obtener más información sobre la asignación de herramientas en el apartado 1.1.3.4 del presente manual. 1.4.5. Corrector asociado. Indica las características del corrector asociado a la broca activa. Figura Anexo A.38: Datos identificativos del corrector asociado en el panel Herramienta. De forma análoga a la activación de la herramienta, la asociación de un corrector se realizará mediante la instrucción en Código G Tn Dc M06. Puede obtener más información sobre correctores en el apartado 1.1.3.3 del presente manual. 1.4.6. Indicador de compensación. Indica si la compensación radio se encuentra activa, y en caso de estar activa, hacia qué lado compensará. Anexo A: Manual de usuario SIMULADOR DE MECANIZADOS EN CÓDIGO ISO-6983 153 Figura Anexo A.39: Datos identificativos de la compensación de radio en el panel Herramienta. Para activar la compensación se hará uso de las instrucciones G41 y G42, mientras que G40 desactivará la compensación. Una vez activada la compensación, se añadirá al panel Herramienta el campo correspondiente a las coordenadas insertadas frente a la posición real de la máquina. Figura Anexo A.40: Panel Herramienta con compensación activa. Puede obtener más información sobre el uso de la compensación en el apartado 1.1.3.3 del presente manual. 1.5. Panel Configuración. El panel Configuración muestra el estado actual de la máquina herramienta en relación a sus unidades de medida, velocidades, plano de mecanizado, husillo y control del refrigerante. Figura Anexo A.41: Ejemplo de panel configuración con mecanizado en curso.