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Fabricación asistida por ordenador

Modelo CAD y pieza mecanizada CNC .

La fabricación asistida por ordenador ( CAM ), también conocida como modelado asistido por ordenador o mecanizado asistido por ordenador [1] [2] [3], es el uso de software para controlar máquinas herramienta en la fabricación de piezas de trabajo. [4] [5] [6] [7] [8] Esta no es la única definición de CAM, pero es la más común. [4] También puede referirse al uso de una computadora para ayudar en todas las operaciones de una planta de fabricación , incluida la planificación, gestión , transporte y almacenamiento. [9] [10] Su objetivo principal es crear un proceso de producción más rápido y componentes y herramientas con dimensiones más precisas y consistencia del material, que en algunos casos, utiliza solo la cantidad requerida de materia prima (minimizando así el desperdicio), al mismo tiempo que reduce consumo de energía. [ cita necesaria ] CAM es ahora un sistema utilizado en escuelas y con fines educativos inferiores. [ ¿ dónde? ] CAM es un proceso asistido por ordenador posterior al diseño asistido por ordenador (CAD) y, a veces, a la ingeniería asistida por ordenador (CAE), ya que el modelo generado en CAD y verificado en CAE se puede introducir en el software CAM, que luego controla la máquina herramienta. . CAM se utiliza en muchas escuelas junto con CAD para crear objetos.

Descripción general

Disco de cromo-cobalto con coronas para implantes dentales , fabricado mediante WorkNC CAM

Tradicionalmente, CAM ha sido una herramienta de programación de control numérico (NC), en la que se generan modelos de componentes bidimensionales (2-D) o tridimensionales (3-D) en CAD . Al igual que con otras tecnologías "asistidas por computadora", CAM no elimina la necesidad de profesionales capacitados como ingenieros de fabricación , programadores NC o maquinistas . CAM aprovecha el valor de los profesionales de fabricación más capacitados a través de herramientas de productividad avanzadas, mientras desarrolla las habilidades de nuevos profesionales a través de herramientas de visualización, simulación y optimización.

Una herramienta CAM generalmente convierte un modelo a un lenguaje que la máquina de destino en cuestión entiende, generalmente código G. El control numérico se puede aplicar a herramientas de mecanizado, o más recientemente a impresoras 3D.

Historia

Las primeras aplicaciones comerciales de CAM se realizaron en grandes empresas de las industrias automotriz y aeroespacial; Por ejemplo, Pierre Béziers trabajó desarrollando la aplicación CAD/CAM UNISURF en la década de 1960 para el diseño de carrocerías y herramientas en Renault . [11] Alexander Hammer de DeLaval Steam Turbine Company inventó una técnica para perforar progresivamente palas de turbina a partir de un bloque de metal sólido con el taladro controlado por un lector de tarjetas perforadas en 1950. Boeing obtuvo por primera vez máquinas NC en 1956, fabricadas por empresas como como Kearney y Trecker , Stromberg-Carlson y Thompson Ramo Waldridge . [12]

Históricamente, se consideraba que el software CAM tenía varias deficiencias que requerían un nivel demasiado alto de participación por parte de maquinistas CNC capacitados. Fallows creó el primer software CAD, pero tenía graves deficiencias y rápidamente fue devuelto a la etapa de desarrollo. [ cita necesaria ] El software CAM generaría código para la máquina menos capaz, ya que cada control de máquina herramienta se agrega al conjunto de códigos G estándar para una mayor flexibilidad. En algunos casos, como el software CAM o herramientas específicas configurados incorrectamente, la máquina CNC requirió edición manual antes de que el programa se ejecutara correctamente. Ninguno de estos problemas era tan insuperable que un ingeniero reflexivo o un operador de máquina capacitado no pudiera superar para la creación de prototipos o tiradas de producción pequeñas; G-Code es un lenguaje simple. En talleres de alta producción o alta precisión, se encontró un conjunto diferente de problemas donde un maquinista CNC experimentado debe codificar programas manualmente y ejecutar software CAM.

La integración de CAD con otros componentes del entorno de gestión del ciclo de vida del producto (PLM) CAD/CAM/CAE requiere un intercambio de datos CAD eficaz . Por lo general, había sido necesario obligar al operador de CAD a exportar los datos en uno de los formatos de datos comunes, como IGES o STL o Parasolid , que son compatibles con una amplia variedad de software. La salida del software CAM suele ser un simple archivo de texto de código G/código M, a veces de varios miles de comandos, que luego se transfiere a una máquina herramienta mediante un programa de control numérico directo (DNC) o en controladores modernos que utilizan un dispositivo de almacenamiento USB común .

Los paquetes CAM no podían, y todavía no pueden, razonar como lo hace un maquinista. No pudieron optimizar las trayectorias de herramientas en la medida necesaria para la producción en masa . Los usuarios seleccionarían el tipo de herramienta, el proceso de mecanizado y las rutas a utilizar. Si bien un ingeniero puede tener conocimientos prácticos de programación de código G, los pequeños problemas de optimización y desgaste se agravan con el tiempo. Los artículos producidos en masa que requieren mecanizado a menudo se crean inicialmente mediante fundición o algún otro método que no sea mecánico. Esto permite un código G escrito a mano, breve y altamente optimizado que no podría producirse en un paquete CAM.

Al menos en Estados Unidos, hay escasez de maquinistas jóvenes y capacitados que ingresen a la fuerza laboral y sean capaces de desempeñarse en los extremos de la manufactura; Alta precisión y producción en masa. [13] [14] A medida que el software CAM y las máquinas se vuelven más complicados, las habilidades requeridas de un maquinista u operador de máquina avanzan hasta acercarse a las de un programador e ingeniero informático en lugar de eliminar al maquinista CNC de la fuerza laboral.

Áreas típicas de preocupación

Superar las deficiencias históricas

Con el tiempo, las deficiencias históricas de CAM se están atenuando, tanto por parte de los proveedores de soluciones de nicho como de las de soluciones de alta gama. Esto ocurre principalmente en tres ámbitos:

  1. Facilidad de uso
  2. Complejidad de fabricación
  3. Integración con PLM y la empresa extendida [15]
Facilidad de uso
Para el usuario que recién comienza como usuario de CAM, las capacidades listas para usar que brindan asistentes de proceso, plantillas, bibliotecas, kits de máquinas herramienta, mecanizado automatizado basado en funciones e interfaces de usuario adaptables específicas para funciones de trabajo generan confianza en el usuario y aceleran el proceso. curva de aprendizaje.
La confianza del usuario se basa aún más en la visualización 3D a través de una integración más estrecha con el entorno CAD 3D, incluidas simulaciones y optimizaciones para evitar errores.
Complejidad de fabricación
El entorno de fabricación es cada vez más complejo. La necesidad de herramientas CAM y PLM por parte del ingeniero de fabricación, programador NC o maquinista es similar a la necesidad de asistencia informática del piloto de sistemas de aeronaves modernas . La maquinaria moderna no puede utilizarse correctamente sin esta ayuda.
Los sistemas CAM actuales admiten toda la gama de máquinas herramienta, incluidas: torneado , mecanizado de 5 ejes , chorro de agua , corte por láser / plasma y electroerosión por hilo . El usuario de CAM de hoy puede generar fácilmente trayectorias de herramientas optimizadas, inclinación optimizada del eje de la herramienta para velocidades de avance más altas, mejor vida útil de la herramienta y acabado superficial, y una profundidad de corte ideal. Además de programar operaciones de corte, los softwares CAM modernos también pueden controlar operaciones que no son de corte, como el sondeo de máquinas herramienta .
Integración con PLM y LM empresarial extendido para integrar la fabricación con las operaciones empresariales desde el concepto hasta el soporte de campo del producto terminado.
Para garantizar una facilidad de uso adecuada a los objetivos del usuario, las soluciones CAM modernas son escalables desde un sistema CAM independiente hasta un conjunto de soluciones 3D multi-CAD totalmente integrado. Estas soluciones se crean para satisfacer todas las necesidades del personal de fabricación, incluida la planificación de piezas, la documentación del taller, la gestión de recursos y la gestión e intercambio de datos. Para evitar que estas soluciones proporcionen información detallada sobre herramientas específicas, existe una gestión de herramientas dedicada.

Proceso de mecanizado

La mayor parte del mecanizado avanza a través de muchas etapas, [16] cada una de las cuales se implementa mediante una variedad de estrategias básicas y sofisticadas, dependiendo del diseño de la pieza, el material y el software disponible.

Desbaste
Este proceso generalmente comienza con material en bruto, conocido como palanquilla , o una pieza fundida en bruto que una máquina CNC corta aproximadamente para darle la forma del modelo final, ignorando los detalles finos. En el fresado, el resultado a menudo da la apariencia de terrazas o escalones, porque la estrategia ha tomado múltiples "escalones" hacia abajo de la pieza a medida que elimina material. Esto aprovecha al máximo la capacidad de la máquina al cortar el material horizontalmente. Las estrategias comunes son el desbaste en zig-zag, el desbaste compensado, el desbaste por penetración, el resto-desbaste y el fresado trocoidal (despeje adaptativo). El objetivo en esta etapa es eliminar la mayor cantidad de material en el menor tiempo, sin preocuparse mucho por la precisión dimensional general. Al desbastar una pieza, se deja deliberadamente una pequeña cantidad de material extra para eliminarlo en operaciones de acabado posteriores.
Semiacabado
Este proceso comienza con una pieza desbaste que se aproxima de manera desigual al modelo y corta dentro de una distancia de desplazamiento fija del modelo. La pasada de semiacabado debe dejar una pequeña cantidad de material (llamado festón) para que la herramienta pueda cortar con precisión, pero no tan poco como para que la herramienta y el material se desvíen de las superficies de corte. [17] Las estrategias comunes son pasadas rasterizadas , pasadas por línea de flotación, pasadas constantes por encima y fresado con lápiz .
Refinamiento
El acabado implica muchos pases de luz a través del material en pasos finos para producir la pieza terminada. Al terminar una pieza, los pasos entre pasadas son mínimos para evitar la deflexión de la herramienta y el material retrocede. Para reducir la carga lateral de la herramienta, se reduce el compromiso de la herramienta, mientras que las tasas de avance y las velocidades del husillo generalmente aumentan para mantener una velocidad superficial objetivo (SFM). Una carga de viruta ligera con avances y RPM elevados a menudo se denomina mecanizado de alta velocidad (HSM) y puede proporcionar tiempos de mecanizado rápidos con resultados de alta calidad. [18] El resultado de estas pasadas más ligeras es una pieza de alta precisión, con un acabado superficial uniformemente alto . Además de modificar las velocidades y los avances, los maquinistas suelen tener fresas de acabado específicas, que nunca se utilizan como fresas de desbaste. Esto se hace para proteger la fresa contra el desarrollo de virutas y defectos en la superficie de corte, lo que dejaría rayas e imperfecciones en la pieza final.
Fresado de contorno
En aplicaciones de fresado en hardware con mesa giratoria y/o ejes de cabezal giratorio, se puede realizar un proceso de acabado independiente llamado contorneado. En lugar de descender en incrementos finos para aproximar una superficie, la pieza de trabajo o herramienta se gira para hacer que las superficies de corte de la herramienta sean tangentes a las características ideales de la pieza. Esto produce un excelente acabado superficial con alta precisión dimensional. Este proceso se utiliza comúnmente para mecanizar formas orgánicas complejas, como turbinas y álabes de impulsores, que debido a sus complejas curvas y geometría superpuesta, son imposibles de mecanizar con máquinas de solo tres ejes. [19]

Software: grandes proveedores

Ver también

Referencias

  1. ^ Mörmann, WH; Bindl, A. (2002). "Restauraciones de mecanizado asistido por ordenador/diseño asistido por ordenador totalmente de cerámica en el sillón". Clínicas Dentales de América del Norte . 46 (2): 405–26, viii. doi :10.1016/S0011-8532(01)00007-6. PMID  12014040.
  2. ^ "Método y aparato para el mecanizado asistido por ordenador". 16 de septiembre de 1997.
  3. ^ Yong, camiseta Loong; Moy, Peter K. (2008). "Complicaciones de la colocación de implantes quirúrgicos guiados por mecanizado/diseño asistido por computadora (NobelGuide ™): una evaluación de los primeros resultados clínicos". Implantología clínica e investigaciones afines . 10 (3): 123–127. doi :10.1111/j.1708-8208.2007.00082.x. PMID  18241215.
  4. ^ ab Congreso de Estados Unidos , Oficina de Evaluación de Tecnología (1984). Automatización de fabricación computarizada. Editorial Diana. pag. 48.ISBN _ 978-1-4289-2364-5.
  5. ^ Hosking, Dian Marie; Anderson, Neil (1992), Cambio organizacional e innovación, Taylor & Francis, p. 240, ISBN 978-0-415-06314-2
  6. ^ Daintith, John (2004). Un diccionario de informática (5 ed.). Prensa de la Universidad de Oxford. pag. 102.ISBN _ 978-0-19-860877-6.
  7. ^ Kreith, Frank (1998). El manual CRC de ingeniería mecánica. Prensa CRC. pag. 15-1. ISBN 978-0-8493-9418-8.
  8. ^ Matthews, Clifford (2005). Libro de datos del ingeniero aeronáutico (2ª ed.). Butterworth-Heinemann. pag. 229.ISBN _ 978-0-7506-5125-7.
  9. ^ Pichler, Franz; Moreno-Díaz, Roberto (1992). Teoría de sistemas asistidos por computadora. Saltador. pag. 602.ISBN _ 978-3-540-55354-0.
  10. ^ Boothroyd, Geoffrey; Caballero, Winston Anthony (2006). Fundamentos de mecanizado y máquinas herramienta (3ª ed.). Prensa CRC. pag. 401.ISBN _ 978-1-57444-659-3.
  11. ^ Dokken, Tor. "La historia del CAD". El proyecto SAGA. Archivado desde el original el 2 de noviembre de 2012 . Consultado el 17 de mayo de 2012 .
  12. ^ Lijadoras, normando. "Un posible primer uso de CAM/CAD". Hal Portal Inria . Consultado el 30 de octubre de 2023 .
  13. ^ Wright, Josué. "El dilema de los oficios calificados en Estados Unidos: la escasez se avecina a medida que envejece el grupo de trabajadores más demandado". Forbes . Consultado el 14 de abril de 2023 .
  14. ^ Hagerty, James R. (10 de junio de 2013). "Se busca ayuda. Mucha". Wall Street Journal . ISSN  0099-9660 . Consultado el 2 de junio de 2018 .
  15. ^ Gopi (1 de enero de 2010). Ingeniería Civil Básica. Educación Pearson India. ISBN 9788131729885.
  16. ^ Estrategias de trayectoria de herramienta CAM. Libro de cocina CNC. Recuperado el 17 de enero de 2012.
  17. ^ Agrawal, Rajneesh Kumar; Pratihar, DK; Roy Choudhury, A. (junio de 2006). "Optimización del mecanizado de superficies de forma libre isoscallop CNC mediante un algoritmo genético". Revista Internacional de Máquinas Herramienta y Fabricación . 46 (7–8): 811–819. doi :10.1016/j.ijmachtools.2005.07.028.
  18. ^ Pasko, Rafal (1999). "MECANIZADO DE ALTA VELOCIDAD (HSM) - LA FORMA EFICAZ DE CORTE MODERNO" (PDF) . Workshop Internacional CA Sistemas y Tecnologías . Archivado desde el original (PDF) el 23 de noviembre de 2018 . Consultado el 2 de junio de 2018 .
  19. ^ Gómez, Jefferson de Oliveira; Almeida Jr, Adelson Ribeiro de; Silva, Alex Sandro de Araújo; Souza, Guilherme Oliveira de; Nunes, Acson Machado (septiembre de 2010). "Evaluación del comportamiento dinámico del HSC de 5 ejes al fresar álabes TiAl6V4". Revista de la Sociedad Brasileña de Ciencias e Ingenierías Mecánicas . 32 (3): 208–217. doi : 10.1590/S1678-58782010000300003 .

Otras lecturas

enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la fabricación asistida por computadora (CAM) .