Cad/cam/cae

INTRODUCCIÓN

 

   El computador es conocido como un potencial recurso tecnológico que desde su invención ha marcado la diferencia en cuanto a las múltiples actividades que puede desarrollar el operador. Desde tareas muy sencillas a procesos manualmente engorrosos han sido llevados a cabo en ordenadores con cantidades de tiempo cada vez menor, lo cual se traduce en practicidad, confiabilidad y precisión, dado que además la calidad del trabajo se torna mejor cuando es realizada en un computador.

 

Tales virtudes no han sido desapercibidas por el importante sector industrial- comercial que mueve al mundo, pues día a día son más los procesos productivos donde se involucra el sistema inteligente para ejecutar las actividades operativas. Incluso desde la simple concepción de la idea, hasta la entrega de un producto terminado se recurre al uso del computador mediante los distintos softwares y demás paquetes informáticos necesarios para tal fin.

 

Producir es un proceso de transformación por el que los materiales brutos se convierten en productos acabados para percibir un valor en el mercado, empleando para ello una combinación de mano de obra, maquinarias, herramientas especiales y energía.

CONCEPTOS FUNDAMENTALES

 

CAM:

Las siglas CAM corresponden al acrónimo de Computer Aided Manufacturing (Fabricación Asistida por Ordenador). Por CAM se entiende la utilización de ordenadores para tareas técnicas de elaboración de planos de mecanizado de piezas o cuerpos sólidos, incluyendo programación por Control Numérico (CN) para su posterior proceso de fabricación o montaje.

El principal objetivo del CAM es pues, proveer información e instrucciones para la automatización de máquinas en la creación de partes, ensambles y circuitos; utilizando como punto de partida la información de la geometría creada por el CAD. En el terreno industrial la combinación de los sistemas CAD/CAM se refiere a la generación automática de código CNC.

En tal sentido, los sistemas CAD/CAM han permitido grandes logros en la manufactura de piezas maquinadas tanto por su aplicación en componentes de geometrías complejas como en la disminución dramática del tiempo de generación de los programas de CNC.

CAE:

Ingeniería Asistida por Computadora (de sus siglas en ingles CAE, Computer Aided Engineering), corresponde al uso de software computacional para simular desempeño y así poder realizar mejoras a los diseños de producto o bien apoyar a la resolución de problemas de ingeniería para una amplia gama de industrias. Esto incluye el diseño, simulación, validación y optimización de productos, procesos y herramientas de manufactura.

Un proceso típico de CAE incluyen pasos de pre-procesado, solución y post- procesado. En la fase inicial, los ingenieros modelan la geometría y las propiedades físicas del diseño, así como el ambiente en forma de cargas y restricciones aplicadas. En la fase de post- procesado, los resultados se presentan al ingeniero para su revisión. La finalidad del CAE es ayudar al ingeniero de diseño en todas las etapas del desarrollo del producto, englobando los conceptos CAD/ CAM/ CAE.

 

Las aplicaciones CAE soportan una gran variedad de disciplinas y fenómenos de la ingeniería, incluyendo:

Ø  Análisis de estrés y dinámica de componentes y ensambles utilizando el análisis de elementos finitos (FEA).

Ø  Análisis Termal y de fluidos utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD).

Ø  Análisis de Cinemática y de dinámica de mecanismos

Ø  Simulación mecánica de eventos

Ø  Análisis de control de sistemas

Ø  Simulación de procesos de manufactura

Ø  Optimización del proceso del producto.

 

Beneficios de CAE

Los beneficios aportados por software de tipo CAE se refieren a reducción del tiempo y costo de desarrollo de productos, con mayor calidad y durabilidad del mismo.

 

CIM:

Manufactura Integrada por Computadora (Computer Integrated Manufacturing), es un método de manufactura en el cual el proceso entero de producción es controlado por una computadora. Típicamente, depende de procesos de control de lazo cerrado, basados en entradas en tiempo real desde sensores.

 

CIM es una filosofía y estrategia de producción, caracterizada por integrar toda la información de las distintas áreas de una empresa a través de sistemas informáticos y la utilización de equipos electrónicos para el control, supervisión y gestión de los procesos. En síntesis, CIM incluye todas las actividades que se realizan para la fabricación de un producto, desde la percepción de la necesidad, la concepción, el diseño y su desarrollo, pasando por su producción, marketing y soporte del producto en uso, bajo los lineamientos de la Automatización para gobernar el proceso industrial de forma óptima.

 

Antes que apareciera el término CIM, en las fábricas se manejaban otros como Control Numérico (NC), Control Numérico Computarizado (CNC), Control numérico distribuido (DNC), diseño asistido por computadora (CAD), Manufactura asistida por computadora (CAM), diseño y manufactura asistida por computadora (CAD/ CAM), Ingeniería asistida por computadora (CAE), entre otros. CIM se estructura sobre los cimientos de estas tecnologías.

 

A pesar de que CIM implica integrar todos los pasos de un proceso de manufactura, en la práctica muchas compañías han logrado grandes beneficios al implementar sistemas CIM parciales, es decir, en solo algunas áreas de la empresa.

 

De lo anterior se desprende que los sistemas mencionados guardan una estrecha relación en cuanto a su integración para los procesos productivos donde se apliquen, no obstante, no deben malinterpretarse como un sistema global, a pesar de que como se indicó en apartados anteriores la tecnología CAE y CIM pueden abarcar muchos o incluso la totalidad de los sistemas en un proceso automatizado, pero en la mayoría de los casos es común una integración parcial de las tecnologías citadas, ello debido a los altos costos implícitos en su adquisición.

En la actualidad ha tomado cada vez mayor auge la combinación de las tecnologías CAD/ CAM y CAD/CAM/CIM en los ciclos productivos de las empresas, es por tanto que se desglosarán los aspectos relacionados a dichos sistemas, sin restar importancia a las otras tecnologías.

 

 

 

 

Tecnología CAD/CAM/CAE

Cuando CAD y CAM son combinados en un paquete informático integrado, se alude a ellos con el acrónimo CAD/CAM. Este sistema integrado permite la consecución de un vínculo entre las computadoras, posibilita que todas las funciones a desempeñar estén alimentadas por una base de datos común que contiene planos, listas de materiales, hojas de ruta y algún otro dato necesario. El rendimiento de la fabricación puede ser mejorado si, al diseñar un determinado artículo, se tienen en cuenta al mismo tiempo las características del proceso de producción o sus fases, las capacidades de las máquinas, los cambios de herramientas, las necesidades de ajustes de soporte, el montaje, etc.

Las tecnologías de fabricación estudian los procesos de conformado que sufre un material, desde que ha sido elaborado en bruto hasta que sale transformado en un producto acabado.

 

 

Etapas de los sistemas CAD/ CAM

De manera general, se puede decir que los sistemas CAD/ CAM ayudan al programador en tres áreas principales:

Ø  Evita realizar cálculos matemáticos manualmente

Ø  Permite programar automáticamente diferentes tipos de máquinas usando el mismo lenguaje básico

Ø  Ayuda con ciertas funciones básicas de maquinado

Programación en CAD/ CAM

 

Los sistemas CAM o CAD/ CAM pueden variar drásticamente de uno a otro en cuanto a su operación, sin embargo, existen practicas muy similares que deben cumplirse independientemente del Más explícitamente, en los sistemas CAD/ CAM el flujo de datos se software que se esté utilizando. Estos pasos se desarrollan de la siguiente manera:

 

 

Ø  El programa debe dar información general al sistema

Ø  Se debe definir la geometría de la pieza de trabajo

Ø  Se deben definir las operaciones de maquinado

 

 



 

Procesadores

Los programas de CAD/ CAM realizan cálculos trigonométricos, elaboran las instrucciones de desplazamiento de todos los ejes, calculan velocidades de corte y del husillo, y genera todas las ordenes de accionamiento para el cambio de herramienta, cambio de piezas, refrigerante y muchas más. Pero estos datos no sirven por si solos para su introducción a una máquina de CNC, sino que deben ser preparados con la sintaxis de una maquina en particular a través de un programa denominado Postprocesador.

El Postprocesador permite que un programa pueda ser corrido en una máquina- herramienta determinada de CNC. Puede existir un Postprocesador para cada marca y modelo de control CNC, así el programa puede ser manejado por cualquier control CNC.

 

Softwares comerciales de tecnología CAD/ CAM

Los siguientes son algunos de los softwares de mayor uso en la industria para sistemas CAD/ CAM: AutoCAD

Ø  Desarrollado por Autodesk

Ø  Permite el modelado en 2D y 3D bajo diversos estilos visuales.

Ø  Brinda gran precisión de diseño.

Ø  Posee un programa propio de CAD

Ø  Permite elegir entre distintos métodos de mecanizado

Ø  Biblioteca de herramientas

Ø  Genera trayectorias en función de los parámetros de corte especificados.

CATIA

Ø  Programa CAD con utilidades CAM

Ø  Es capaz de generar trayectorias completas

NC Programmer

Ø  Basado en AutoCAD

Ø  El usuario debe marcar los puntos iniciales y finales de las trayectorias sobre el dibujo CAD.

AUTOSPOT (Automatic System for Positioning Tools)

Ø  Creado por IBM

Ø  Restringido a dos dimensiones: La herramienta se posiciona en X, Y

 

Técnicas de programación

Todo sistema automatizado requiere de la indicación de instrucciones por parte del usuario u operador a fin de que las maquinas se adapten a los parámetros operacionales para generar el producto u objeto que corresponda con los requerimientos planteados. En tal sentido, existen varias técnicas de programación que básicamente se sintetizan en las siguientes categorías:

Programación manual

Ø  Es frecuentemente el método más sencillo y el más económico, sin embargo, es también el método más tedioso. Hoy en día es muy utilizado por muchas compañías en donde no existe una gran variedad ni un alto grado de complejidad en cuanto a la geometría de las piezas que producen.

Ø  Usa datos numéricos básicos y códigos alfanuméricos especiales para definir los diferentes pasos en un proceso. - Solo puede ser usado cuando se trata de piezas con geometría simple.

Ø  El proceso de programación consume gran cantidad de tiempo y es laborioso.

 

Existen altas posibilidades de cometer errores. Sin embargo, es importante señalar que la programación manual siempre debe ser considerada como un pilar básico en la formación de cualquier programador, ya que siempre se necesitara tener los conceptos básicos para ser capaz de hacer modificaciones a los programas que se generan, independientemente de la técnica que utilice. Un ejemplo donde aplica la programación manual es las operaciones de Control Numérico:

 

 

 

Programación conversacional

Ø  En este tipo de programación el programa es creado directamente en la máquina (taller de trabajo) y la principal ventaja es el contenido de un alto nivel de descripción estándar de la geometría de una pieza, o cual simplifica el proceso de definición de los movimientos de herramienta.

Ø  En este tipo de sistemas, por lo general, el sistema solo pregunta por la geometría que se usará para calcular las trayectorias de herramienta.

Programación usando sistemas de CAD/ CAM

Ø  Hoy en día son vistos como un recurso clave para alcanzar altos niveles de calidad y productividad en compañías o talleres, ya que esta tecnología representa la herramienta más avanzada para lograr precisión, repetitividad y rapidez durante el proceso de maquinado de piezas complejas.

Ø  La característica principal de este método de programación es el uso de un sistema grafico basado en la computadora que interactúa con el programador en el momento en el que la pieza está siendo preparada.

Ø  De manera general, estos sistemas ayudan al programador en tres áreas principales: evitar hacer cálculos matemáticamente manuales, permitir programar diferentes tipos de máquinas usando el mismo lenguaje básico y ayuda con ciertas funciones básica de maquinado.

Ø  El programador debe dar información general al sistema.

Ø  Se debe definir la geometría de la pieza de trabajo.

Ø  Se deben definir las operaciones de maquinado.

EJEMPLOS DE APLICACIONES

El diseño y la fabricación asistidos por ordenador han alcanzado actualmente un gran nivel de desarrollo e implantación y se han convertido en una necesidad esencial para la supervivencia de las empresas en un mercado cada vez más competitivo.

El uso de estas herramientas permite reducir costes, acortar tiempos y aumentar la calidad de los productos fabricados. Estos son los tres factores críticos que determinan el éxito comercial de un producto en la situación social actual en la que la competencia es cada vez mayor y el mercado demanda productos de mayor calidad y menor tiempo de vida.

Un ejemplo sencillo y evidente de estas circunstancias es la industria de la automoción, donde cada día aparecen nuevos modelos de coches con diseños cada vez más sofisticados y se reduce la duración de un modelo en el mercado, frente a la situación de hace unas pocas décadas en las que el número de modelos en el mercado era mucho más reducido y su periodo de comercialización mucho más largo.

Ante este panorama, las herramientas CAD/CAM han tenido un auge espectacular, extendiéndose su uso a la práctica totalidad de las áreas industriales. Para ver la situación actual y las perspectivas, a continuación, se presentan un breve estudio de los campos de aplicación más importantes de las herramientas CAD/CAM.

Mecánica

Es el campo donde más uso se he hecho tradicionalmente, fomentado sobre todo por la industria automovilística y aeroespacial que han llevado la iniciativa de la tecnología CAD/CAM.

Las aplicaciones más habituales del CAD/CAM mecánico incluyen:

Ø   Librerías de piezas mecánicas normalizadas

Ø   Modelado con NURBS y sólidos paramétricos.

Ø   Modelado y simulación de moldes

Ø   Análisis por elementos finitos.

Ø   Fabricación rápida de prototipos.

Ø   Generación y simulación de programas de control numérico.

Ø   Generación y simulación de programación de robots.

Ø   Planificación de procesos.

Ø   Traductores de formatos neutros (IGES, STEP).

Arquitectura e Ingeniería Civil

En este campo la tecnología CAD/CAM se ha venido utilizando desde sus inicios, en principio con aplicaciones 2D de delineación y actualmente con sofisticadas herramientas 3D.

Las aplicaciones más habituales del CAD/CAM relacionado con la arquitectura y la ingeniería civil son:

Ø   Librerías de elementos de construcción normalizados

Ø   Diseño arquitectónico.

Ø   Diseño de interiores.

Ø   Diseño de obra civil

Ø   Cálculo de estructuras.

Ø   Mediciones y presupuestos.

Ø   Planificación de procesos.

Sistemas de información geográfica y cartografía

En este campo se están produciendo avances muy significativos propiciados, entre otros factores, por las posibilidades de conexión que aporta la red Internet.

 

La tendencia apunta hacia un paso de los sistemas 2D hacia sistemas 3D, como ha ocurrido antes en otras áreas.

 

Recientemente, las empresas más importantes del sector han lanzado al mercado sus interpretaciones de SIG para Internet.

 

Las aplicaciones más habituales del CAD/CAM relacionado con la cartografía y los Sistemas de Información Geográfica (SIG) son:

Ø   Mantenimiento y producción de mapas y datos geográficos.

Ø   Análisis topográfico.

Ø   Estudios medioambientales.

Ø   Catastro

Ø   Planificación urbana.

Ingeniería Eléctrica y electrónica

Las aplicaciones más habituales del CAD/CAM relacionado con la Ingeniería Eléctrica y electrónica son:

Ø   Librerías de componentes normalizados.

Ø   Diseño de circuitos integrados.

Ø   Diseño de placas de circuito impreso

Ø   Diseño de instalaciones eléctricas.

Ø   Análisis, verificación y simulación de los diseños.

Ø   Programación de control numérico para el mecanizado o montaje de placas.

 

 

MAPA CONCEPTUAL

 

SQA

 

¿Qué sé?

Sé que existen sistemas que a través de ordenador que nos permiten fabricar de forma más rápida y precisa de piezas y componentes de forma mucho más eficiente dentro de las empresas en diferentes ramos de la industria haciendo mucho más productivos los procesos donde intervengan estos sistemas de automatización para la fabricación de componentes y algunos herramentales, haciendo revisiones tridimensionales de los diseños antes de llevarlos al proceso de fabricación donde se puedan generar errores de proceso y por consecuencia perdidas económicas y tiempo.

 

¿Qué aprendí?

Aprendí que los sistemas de CAD/CAM/CAE nos permiten crear un sistema que a través de ordenadores y programación podemos crear productos de forma mucho más eficiente y precisa para lo cual se requiere de un conocimiento previo de programación y uso de los herramentales necesarios para la fabricación de los productos a fabricar, conociendo los herramentales, movimientos, refrigerantes, programas y elementos requeridos para su elaboración. Además, también me di cuenta que los sistemas CAD/CAM/CAE se utilizan en diferentes ramos de las industrias, como lo es la aeroespacial, mecánica, ingeniería eléctrica, mecánica, electrónica, arquitectura, ingeniería industrial, etc., en las cuales son de suma importancia en estos ramos de la industria, ya que te ahorran dinero, tiempo y errores en el proceso haciendo revisiones digitales que permitan detectar fallas antes de fabricar las piezas lo cual en caso contrario genera pérdidas económicas a las empresas y esfuerzos innecesarios. También aprendí que existen tres tipos de programación para los sistemas automatizados, el primero de ellos es el método manual que es el método más sencillo pero más laborioso y requiere de mucho tiempo, se utiliza principalmente para piezas con geometrías simples; el segundo es la programación conversacional en la cual el programa es creado directamente en la máquina pero se requiere de un conocimiento avanzado de la geometría de la pieza, así como de los herramentales requeridos y sus trayectoria a seguir para la fabricación de las piezas; y por último la programación utilizando sistemas CAD/CAM en donde por medio del ordenador se pueden obtener piezas con mayor precisión y rapidez en piezas complejas y solamente utilizando lenguaje básico de programación.

 

¿Qué quiero aprender?

Quiero aprender a programar y utilizar las máquinas y herramentales necesarios para la elaboración de productos, ya que al aplicar los conocimientos obtenidos de forma práctica se aprende mucho mejor y se queda más grabado el proceso que se debe de seguir para la automatización del proceso, y porque no, aprender a crear un programa para la elaboración de una pieza. Además, quisiera aprender a utilizar otro de estos programas que se utilizan para el diseño de piezas aparte del CATIA ya que este programa ya lo estoy aprendiendo, pero requeriría profundizar en este tema y el proceso a seguir para la fabricación de la pieza final.

 

Bibliografía recomendada

García Higuera, Andrés. CIM: El computador en la automatización de la producción. 2007.

 

Baumgartner, H.; Knichewski, K.; Wieding, H.: CIM. Consideraciones Básicas. Barcelona, Siemens AG y Marcombo SA.

 

Mompín J. (Ed.): “Sistemas CAD / CAM / CAE. Diseño y fabricación por

ordenador”. Marcombo 1986