Presentaciones de apuntes de integración cad cam

13/04/23 Dr. Álvaro Aguinaga B. 1

ALVARO AGUINAGA BARRAGÁN Ph.D. Msc. Ingeniero Mecánico

DIRECTOR

INTEGRACIÓN CAD-CAM


RED DE INVESTIGACIÓN


• La máquina herramienta ha jugado un papel fundamental en el desarrollo tecnológico del mundo.

TASA DEL DESARROLLO DE MÁQUINAS HERRAMIENTAS

DIRECTAMENTE PROPORCIONAL

LA TASA DEL DESARROLLO INDUSTRIAL.

INTRODUCCIÓN


• El control numérico se introdujo en los procesos de fabricación por la necesidad de fabricar productos que no se podían conseguir en cantidad y calidad suficientes sin recurrir a la automatización del proceso de fabricación, por la necesidad de obtener productos hasta entonces imposibles o muy difíciles de fabricar, por ser excesivamente complejos para ser controlados por un operador humano y por la necesidad de fabricar productos a precios suficientemente bajos.

INTRODUCCIÓN


• FACTORES PREDOMINANTES DE LA AUTOMATIZACIÓN:

• + PRESICIÓN Y CALIDAD.

• + RAPIDEZ, MAYOR PRODUCCIÓN

• + MENOR COSTO.

• + FLEXIBILIDAD

• = AUMENTO DE LA PRODUCTIVIDAD COMPETITIVIDAD

INTRODUCCIÓN


• Años 50 y 60:– Un ordenador ocupa una habitación y cuesta cientos de millones– Primera pantalla gráfica en el MIT– Concepto de programación de control numérico– Primeras máquinas herramienta– Cada compañía desarrolla su propio y peculiar sistema de CAD (GM)– Lápiz óptico: inicio de los gráficos interactivos– Aparición comercial pantallas de ordenador, utilizado por la industria

del automóvil, aeronáutica y compañías muy grandes

• Años 70:– Los minicomputadores son cabinas y cuestan millones de dólares.– CAD significa Computer Aided Drafting– Aparecen los primeros sistemas 3D (prototipos)– Potencia de los sistemas limitada– Modelado de elementos finitos, control numérico

DESARROLLO HISTÓRICO


• Años 80: – Incremento de potencia– Se extiende la funcionalidad de las aplicaciones

CAD– Superficies complejas y modelado sólido– Los sistemas de CAD son caros todavía– Se incrementa el interés en el modelado 3D

frente al dibujo 2D.– Nace Autocad y los PC´s– Menor precio y mayor funcionalidad de los

sistemas– El mercado del CAD se generaliza en empresas



• Años 90:– Automatización completa procesos industriales– Integración técnicas diseño, análisis, simulación

y fabricación– Integración CAD-CAM– Nuevas tecnologías como el CIM

• Actualmente:– Internet e Intranets lo conectan todo– Uso de sistemas inteligentes y robotizados– El precio del software y hardware cae– La potencia aumenta– Gran cantidad de aplicaciones



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

NUEVOS PROCESOS DE MANUFACTURA


•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.



• Computer Integrated Manufacturing (CIM) o manufactura integrada por computador es el lado de ésta que reconoce que los diferentes pasos en el desarrollo de productos manufacturados están interrelacionados y pueden ser ajustados de manera más eficiente y efectiva con el uso de computadores.



En el sistema CIM existen cinco dimensiones fundamentales:

• Administración general del negocio • Definición del producto y del proceso • Planificación y control del proceso • Automatización de la fábrica • Administración de las fuentes de

información



• Beneficios de la implementación de un sistema CIM:



• El CAD (Computer Aided Design), o diseño asistido por computador, permite al diseñador crear imágenes de partes, circuitos integrados, ensamblajes y modelos. A éstos se le asignan propiedades geométricas, cinéticas, del material entre otras, mejorando así el diseño sobre papel. Se logra así una mayor velocidad en el diseño, al existir la posibilidad de corregir, encargándose el computador de recalcular el dibujo.



• El CAE (Computer Aided Engineering), o ingeniería asistida por computador, es la tecnología que analiza un diseño y simula su operación para determinar su apego a las condiciones de diseño y sus capacidades. El CAE mecánico, en particular, incluye un análisis por elementos finitos (FEA, Finite Element Analysis) para evaluar las características estructurales de una parte y programas avanzados de cinemática para estudiar los complejos movimientos de algunos mecanismos.



• El CAPP (Computer Aided Process Planning), o planificación de procesos asistida por computador, es un sistema experto que captura las capacidades de un ambiente manufacturero específico y principios manufactureros ingenieriles, con el fin de crear un plan para la manufactura física de un pieza previamente diseñada. Este plan especifica la maquinaria que se ocupará en la producción de la pieza, la secuencia de operaciones a realizar, las herramientas, velocidades de corte y avances, y cualquier otro dato necesario para llevar la pieza del diseño al producto terminado.



• CAM es el acrónimo de ‘Computer Aided Manufacturing’ o producción asistida por computadora. Se trata de la tecnología implicada en el uso de computadores para realizar tareas de: modelación geométrica, planificación, programación, inspección, ensamblado y embalaje de la producción.

• El término CAM se puede definir como el uso de sistemas informáticos para la planificación, gestión y control de las operaciones de una planta de fabricación mediante una interfaz directa o indirecta entre el sistema informático y los recursos de producción.



• CNC (Computer Numerical Control), o control numérico por computador, cuya función básica es controlar la operación de una máquina herramienta a través de una serie de instrucciones codificadas que representan el camino que llevará la herramienta, la profundidad de corte, cambio de herramientas, etc. asociados con la operación. El control computacional ha cambiado la tecnología de la manufactura más que ningún otro adelanto por sí solo, pues introdujo el concepto de automatización que hoy manda en la industria.



• DNC (Distributed Numerical Control), o control numérico directo, que es un concepto que abarca unir un computador a varias máquinas CNC para controlarlas y también recibir información de ellas, para así poder manejar de mejor manera la administración de la manufactura. Esta información puede ser conteo de piezas, tiempo de desuso de la máquina o información sobre el control de calidad.



• PLC (Programmable Logic Controllers), o controlador lógico programable, que son elementos de control bastante importantes en un ambiente de automatización. Los PLC son computadores específicamente diseñados para aguantar condiciones adversas de temperatura, suciedad y ruido eléctrico. Están preparados para ser programados como relés de escala lógica, de tal manera que hasta un electricista los pueda programar y mantener.



• El Control Numérico (CN) es una forma de automatización programable en la cual, en base a un programa, se gobiernan todas las acciones de una máquina o mecanismo haciendo que este desarrolle una secuencia de operaciones y movimientos previamente establecidos por el programador.

• También es apropiado para volúmenes de producción bajos o medios, dado que es más fácil escribir nuevos programas que realizar cambios en los equipos de procesado.

CONTROL NUMÉRICO


MÁQUINA HERRAMIENTA CONVENCIONAL


CONTROL NUMÉRICO


MÁQUINA CNC


Los elementos de un sistema de CN son:• El programa de instrucciones, que consta de una serie

de sentencias ejecutadas paso a paso que directamente dirigen el equipo de procesado. El programa se escribe en un lenguaje especial (código).

• El Control Numérico (CN), es la unidad que debe interpretar las instrucciones contenidas el programa, convertirlas en señales que accionen los dispositivos de las máquinas y comprobar su resultado.

• El equipo de procesado, es el componente que realiza el trabajo útil, y lo forman la mesa de trabajo, las máquinas herramienta, los motores y controles.

CONTROL NUMÉRICO


• A medida que el desarrollo de la microelectrónica y la informática se aplica a los controladores numéricos, se potencian extraordinariamente las funciones que permiten desarrollar, simplificándolos a la vez, los procedimientos de programación y operación de las máquinas, de tal manera que los CNC – control numérico computarizado - que se construyen hoy día sólo conservan de los primitivos CN los principios básicos de funcionamiento.

CONTROL NUMÉRICO


• Paralelamente, las máquinas herramienta han ido evolucionando hacia la incorporación en una sola máquina de varias operaciones elementales de mecanizado que tradicionalmente se efectuaban en máquinas diferentes, y hacia la incorporación de cambiadores automáticos de piezas y herramientas, apareciendo los centros de mecanizado que permiten obtener una pieza acabada, o casi acabada, en una sola estación de trabajo.

CONTROL NUMÉRICO


• El control numérico se monta sobre todo tipo de máquina herramienta convencional, tanto de arranque de viruta como de trazado y deformación. Así, lo encontramos en tornos, fresadoras, rectificadoras, taladradoras, mandrinadoras, dobladoras, plegadoras, punzadoras, máquinas de trazar, punteadoras, máquinas de soldar, de oxicorte, de medir, etc.

CONTROL NUMÉRICO


Sobre las funciones desarrolladas por las máquinas convencionales las máquinas a control numérico incorporan básicamente:

• Sistemas de posicionado de la herramienta.• Sistemas de medición del desplazamiento.• Sistemas de medición de piezas y

herramientas.• Sistemas de control de condiciones de

mecanizado.• Sistemas de cambio de herramientas.• Sistemas de cambio de pieza.

CONTROL NUMÉRICO


• Control Numérico (CN) es el término original de esta tecnología. Actualmente es intercambiable con el término Control Numérico por Computadora (CNC). El CN ha sido uno de los más importantes desarrollos en manufactura en los últimos 50 años, al desarrollar nuevas técnicas de producción, incrementar la calidad de los productos y reducir los costos.

CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC


• El CNC tuvo su origen a principios de los años cincuenta en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), en donde se automatizó por primera vez una gran fresadora. En esta época las computadoras estaban en sus inicios y eran tan grandes que el espacio ocupado por la computadora era mayor que el de la máquina.



• Hoy día las computadoras son cada vez más pequeñas y económicas, con lo que el uso del CNC se ha extendido a todo tipo de maquinaria, se aplica en procesos de fabricación como: fresado, torneado, taladrado, esmerilado, doblado, punzonado, maquinado por descarga eléctrica, inspección (máquina de coordenadas).



• CNC significa “Control Numérico Computarizado". En una máquina CNC, a diferencia de una máquina convencional o manual, una computadora controla la posición y velocidad de los motores que accionan los ejes de la máquina. Gracias a esto, puede hacer movimientos que no se pueden lograr manualmente como círculos, líneas diagonales y figuras complejas tridimensionales.



MÁQUINA CNC


CONTROL NUMÉRICO


• Posibilidad de fabricación de piezas imposibles o muy difíciles. Gracias al control numérico se han podido obtener piezas muy complicadas como las superficies tridimensionales necesarias en la fabricación de aviones.

• Seguridad. El control numérico es especialmente recomendable para el trabajo con productos peligrosos.

• Precisión. Esto se debe a la mayor precisión de la máquina herramienta de control numérico respecto de las clásicas.


VENTAJAS DEL USO DE MÁQUINAS CNC:


• Aumento de productividad de las máquinas. Esto se debe a la disminución del tiempo total de mecanización, en virtud de la disminución de los tiempos de desplazamiento en vacío y de la rapidez de los pocisionamientos que suministran los sistemas electrónicos de control.

• Reducción de controles y desechos. Esta reducción es debida fundamentalmente a la gran fiabilidad y repetitividad de una máquina herramienta con control numérico. Esta reducción de controles permite prácticamente eliminar toda operación humana posterior, con la subsiguiente reducción de costos y tiempos de fabricación.


VENTAJAS DEL USO DE MÁQUINAS CNC:


MÁQUINA CNC


Motores DC• Los más empleados históricamente en

operaciones de control de movimientos. Flexibilidad control velocidad y par. Se controlan independientemente variando el voltaje e intensidad.

• Tienen una amplia gama variación velocidad, rotación uniforme, buena calidad mecanizado, baja inercia motor, arranque/paradas rápidos, posibilidad de mecanizado a altas velocidades.


ACTUADORES DE MÁQUINAS CNC:


Motores AC• Mayoría de los motores industriales utilizados

actualmente. Se caracterizan por su simplicidad, bajo coste, robustez y no necesitan mantenimiento.

• Antes tenían dificultad regulación velocidad. En este tipo de motores, tensión, intensidad, velocidad de giro y par están relacionados todos entre ellos y era muy difícil controlarlos independientemente.

• El desarrollo de variadores de frecuencia, en la actualidad ha permitido un control preciso en posición como en velocidad, y una respuesta muy rápida.




Motores paso a paso• Son los más utilizados en la actualidad en automatización.

Es un dispositivo electromecánico capaz de transformar una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares fijos (pasos). Los impulsos provocan desplazamientos angulares. La secuencia de impulsos enviados finaliza cuando se alcanza la posición deseada.

• Se caracterizan por su alta precisión en el posicionamiento, sencillez de control. (Se varía la velocidad variando la frecuencia de los impulsos de mando), amplio rango de variación de velocidad y sencillez de fabricación y bajo coste.




Los sensores más utilizados en las máquinas CNC son:

• Sensores analógicos: La salida varía de forma continua y proporcional a la posición o velocidad del elemento a controlar.

• Sensores digitales. Se obtienen señales discretas en forma de impulsos de tensión o corriente.


SENSORES DE MÁQUINAS CNC:



OTROS COMPONENTES:


ING. ALVARO AGUINAGA B., Ph.D. Msc.Email: [email protected]

GRACIAS

POR SU ATENCIÓN

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