Un posprocesador CNC resalta un torno-fresador de doble cabezal de herramientas

By necessity, Precision Manufacturing Solutions Inc. (PMSI) puts a lot of emphasis on the first part of its name. Since 1962, this contract machine shop has pushed itself to the limits of meticulousness in machining complex medical, aerospace and military parts, among others. 

Every part that PMSI produces has extremely tight tolerances—some within 50 millionths of an inch, with true positioning in the thousandths of an inch. These parts are manufactured in a clean, climate-controlled environment. The PMSI team works with a range of materials: exotic aerospace metals; 410, 440, and 416 stainless steel; Inconel; titanium; aluminum and magnesium (a dangerous material that requires special coolant to avoid catching fire). 

The shop uses its Mazak Integrex 300-IIIST 11-axis milling and contouring machine to machine complex components and prototypes. Developing the machine’s post processor or “post” was challenging, however, due to the machine’s dual toolhead construction. The top and bottom toolheads each required separate tool paths, and coordination between the two to create a post proved impossible: One tool path canceled out the other, creating a CNC post processor that reflected only part of the machining process.

Process Engineer Shaun McAlevey reached out to his Mastercam reseller, Cimquest, and to CNC Software Inc. for help in creating a post processor that would work on the machine. Cimquest’s Mike Slajka and CNC Software’s Pedro Sanchez, Keith Goodrich and Quanwen Du joined forces to see what could be done.

Developing a Post Processor from Scratch

Mr. Sanchez says that there were more than just a few complications inherent in the task. One of the biggest concerns he had before starting was that whatever post processor they created would need to work on all similar machines. He wanted to avoid writing code that only ran on a customized machine or that only worked with how one person ran their machine. “If we go with how the machine needs to run, then it’s generic across the board, and if we give it to another customer, it’ll run,” he says. 

Even though everyone involved was dedicated to completing the task at hand, PMSI’s existing contracts had to be delivered on time. “That’s the dual challenge there as well. How can we do the post with the time the shop has available?” Mr. Sanchez says. The assignment took approximately six months to complete.

Mr. Sanchez knew from the beginning that it would not simply be a case of tweaking an old post processor. “We have a new Mastercam Mill-Turn product, so we couldn’t take the old-style post from a new engine and just convert it to a new platform. We really had to develop the whole thing from scratch.” The CNC Software team spearheaded the effort to create a brand new post processor, with Cimquest assisting and Mr. McAlevey testing and correcting their code on the Mazak machine. The crew ran tool paths as they were being formulated to check for errors, and mistakes were fixed until the post ran flawlessly.

The resulting base post processor incorporates both toolheads seamlessly and drastically reduces programming time for PMSI. It can be adjusted to work with any machine on the same platform, even for older controls. CNC Software released the Mazak Mark III post processor at the end of September, and it is currently in high demand, according to the company.

Mr. McAlevey says the machine now runs smoothly with his CAD/CAM software for cutting tough features. Mastercam now enables him to program and simulate the machining process, then get the code exactly how he wants it with minimal effort, he says. 

Dynamic Tool Paths Times Two

PMSI does optic machining work for the military and was recently contracted to make lens housings with specific, complex geometries. Machining these intricate parts involves tipping the tool about 30 degrees along the Z and B axes and uses a variety of end mills. Because the process strips away layers at an angle, the material undergoes high levels of stress. Parts have deformed and moved under machining in the past, making constraining the parts difficult but essential. 

Mr. McAlevey depends on Mastercam’s Dynamic Motion technology to avoid excessive loads on the material while machining at high rates. Dynamic tool paths use algorithms to constantly monitor both the tool and the material. Mr. McAlevey uses mainly Dynamic Turning and Dynamic Contour to keep the chip load constant during very precise cuts where consistency is key. The PMSI team can now use smaller end tools to machine small parts with complex geometries and tight tolerances. 

PMSI can feed its nine-axis machine at 300 inches per minute now. At those rates, it is imperative that the tool paths are error-free. Mazak’s Smooth platform and Mastercam’s Verify feature work together to this end. Verify enables the programmer to preview the finished part and check for any mistakes in code before machining begins.

Mr. McAlevey also uses the simulating options in Mill-Turn. Mr. Sanchez explains that Mill-Turn lets users visualize the product and the cutting operation. Using it has allowed the PMSI team to generate code and restructure their machining to better accommodate the two separate toolheads. Now the upper and lower tool paths are programmed side by side.

“I save a day or two when programming jobs just by using Mill-Turn. Working side by side with Quan and Pedro took years off of post development. It literally changed the game,” says Mr. McAlevey, though he claims that it was a team effort. CNC Software and Cimquest visited the shop twice to work alongside Mr. McAlevey while writing the post processor.

Por necesidad, Precision Manufacturing Solutions Inc. (PMSI) pone mucho énfasis en la primera parte de su nombre. Desde 1962, este taller de mecanizado se ha forzado a los límites de la meticulosidad en el mecanizado de complejas piezas médicas, aeroespaciales y militares, entre otros sectores industriales.

Cada pieza que produce PMSI tiene tolerancias extremadamente estrictas, algunas dentro de las 50 millonésimas de pulgada, con un posicionamiento real en las milésimas de pulgada. Estas piezas se fabrican en un ambiente limpio y de clima controlado. El equipo de PMSI trabaja con una gama de materiales: metales aeroespaciales exóticos; acero inoxidable 410, 440 y 416; Inconel; titanio; aluminio y magnesio (un material peligroso que requiere refrigerante especial para evitar incendios).

El taller utiliza su máquina de fresado y contorneado de 11 ejes, la Mazak Integrex 300-IIIST, para mecanizar componentes y prototipos complejos. Sin embargo, desarrollar el posprocesador o “post” de la máquina fue un desafío, debido a la construcción del doble cabezal de herramientas de la máquina. Los cabezales de herramientas superior e inferior requerían trayectorias de herramientas separadas, y la coordinación entre las dos para crear un “post” resultaba imposible: una trayectoria de herramienta cancelaba a la otra, creando un posprocesador CNC que reflejaba solo una parte del proceso de mecanizado.

El ingeniero de procesos, Shaun McAlevey, contactó a su distribuidor de Mastercam, Cimquest, y a CNC Software Inc. para que lo ayudaran a crear un posprocesador que funcionara para la máquina. Mike Slajka, de Cimquest, y Pedro Sánchez, Keith Goodrich y Quanwen Du, de CNC Software, se unieron para ver qué se podía hacer.

Desarrollando un Posprocesador desde cero

Sánchez dice que no fue tan fácil realizar esa tarea. Una de las mayores preocupaciones que tenía antes de comenzar era que cualquier posprocesador que crearan tendría que funcionar en todas las máquinas similares. Quería evitar escribir un código que solo se ejecutara en una máquina personalizada o que solo funcionara con la forma en que una persona operaba su máquina. “Si vamos con la forma en que la máquina necesita funcionar, entonces es genérico en todos los ámbitos, y si se lo damos a otro cliente, se ejecutará”, explica.

A pesar de que todos los involucrados estaban dedicados a cumplir con la tarea en cuestión, los contratos existentes de PMSI tenían que ser entregados a tiempo. “Allí también, ese es el doble desafío. “¿Cómo podemos hacer el posprocesador con el tiempo que el taller tiene disponible?", dice Sánchez. La tarea tardó aproximadamente seis meses en completarse.

Sánchez supo desde el principio que no sería simplemente un caso de ajustar un viejo posprocesador. “Tenemos un nuevo producto, el Mill-Turn Mastercam, por lo que no pudimos tomar el posprocesador de estilo antiguo desde un nuevo motor y simplemente convertirlo en una nueva plataforma. Realmente, tuvimos que desarrollarlo todo desde cero”. El equipo de CNC Software encabezó el esfuerzo para crear un nuevo posprocesador, con Cimquest ayudando y McAlevey probando y corrigiendo su código en la máquina Mazak. El equipo ejecutaba trayectorias de herramientas a medida que se estaban formulando para verificar errores, y los errores se corregían hasta que el posprocesador operara sin problemas.

El posprocesador base resultante incorpora ambos cabezales de herramientas a la perfección y reduce drásticamente el tiempo de programación para PMSI. Puede ajustarse para trabajar con cualquier máquina en la misma plataforma, incluso para controles más antiguos. CNC Software lanzó el posprocesador Mazak Mark III a fines de septiembre, y actualmente tiene una gran demanda, según indica la compañía.

McAlevey dice que la máquina ahora funciona sin problemas con su software CAD/CAM para cortar características difíciles. Mastercam ahora le permite programar y simular el proceso de mecanizado, luego obtener el código exactamente como lo quiere con el mínimo esfuerzo, dice.

Trayectorias de herramienta dinámicas por dos

PMSI realiza trabajos de mecanizado óptico para el ejército y, recientemente, se contrató para hacer carcasas de lentes con geometrías específicas y complejas. El mecanizado de estas piezas intrincadas implica inclinar la herramienta unos 30 grados a lo largo de los ejes Z y B, y utiliza una variedad de fresas escariadoras. Debido a que el proceso elimina las capas en ángulo, el material sufre altos niveles de tensión. Las piezas se han deformado y movido bajo mecanizado en el pasado, lo que hace que la restricción de las piezas sea difícil pero esencial.

McAlevey depende de la tecnología Dynamic Motion de Mastercam para evitar cargas excesivas en el material mientras se mecaniza a altas velocidades. Las trayectorias dinámicas de la herramienta utilizan algoritmos para supervisar constantemente tanto la herramienta como el material. McAlevey utiliza principalmente Torneado Dinámico y Contorneado Dinámico para mantener constante la carga de la viruta durante cortes muy precisos donde la consistencia es clave. El equipo de PMSI ahora puede usar herramientas de extremo más pequeñas para mecanizar piezas pequeñas con geometrías complejas y tolerancias ajustadas.

PMSI ahora puede alimentar su máquina de nueve ejes a 300 pulgadas por minuto. A esas tasas, es imperativo que las trayectorias de la herramienta estén libres de errores. La plataforma suave de Mazak y la función de verificación de Mastercam trabajan juntas para este fin. Verificar le permite al programador obtener una vista previa de la pieza terminada y revisar si hay errores en el código antes de que comience el mecanizado.

McAlevey también usa las opciones de simulación en el Mill-Turn. Sánchez explica que el Mill-Turn les permite a los usuarios visualizar el producto y la operación de corte. Su uso le ha permitido al equipo de PMSI generar código y reestructurar su mecanizado para acomodar mejor los dos cabezales de herramientas separadas. Ahora las trayectorias de herramienta superior e inferior son programadas una al lado de la otra.

 “Ahorro un día o dos cuando programo trabajos solo con el Mill-Turn. Trabajar codo a codo con Quan y Pedro tomó años de desarrollo posterior. Literalmente, cambió el juego”, dice McAlevey, aunque afirma que fue un esfuerzo de equipo. CNC Software y Cimquest visitaron el taller dos veces para trabajar junto con McAlevey mientras escribían el posprocesador.