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Fabricación asistida por ordenador

Modelo CAD y pieza mecanizada por CNC CAM (fabricación asistida por computadora), también conocida como modelado asistido por computadora o mecanizado asistido por computadora [...

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Modelo CAD y pieza mecanizada por CNC

CAM (fabricación asistida por computadora), también conocida como modelado asistido por computadora o mecanizado asistido por computadora [ 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 , incluyendo planificación, gestión , transporte y almacenamiento. [ 9 ] [ 10 ] Su propósito principal es crear un proceso de producción más rápido y componentes y herramientas con dimensiones más precisas y consistencia de material, lo que en algunos casos, utiliza solo la cantidad requerida de materia prima (minimizando así el desperdicio), mientras que simultáneamente reduce el consumo de energía. [ 11 ] CAM es ahora un sistema utilizado en escuelas y fines educativos de nivel inferior. CAM es un proceso posterior al diseño asistido por ordenador (CAD) y, en ocasiones , a la ingeniería asistida por ordenador (CAE). El modelo generado en CAD y verificado en CAE se puede introducir en el software CAM, que controla la máquina herramienta. CAM se utiliza en muchos centros educativos junto con CAD para la creación de objetos.

Descripción general

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

Tradicionalmente, CAM ha sido una herramienta de programación de control numérico (CN), en la que se generan modelos bidimensionales (2D) o tridimensionales (3D) de componentes en CAD . Al igual que otras tecnologías "asistidas por computadora", CAM no elimina la necesidad de profesionales cualificados como ingenieros de fabricación , programadores de CN o maquinistas . CAM aprovecha el valor de los profesionales de fabricación más cualificados mediante herramientas de productividad avanzadas, al tiempo que desarrolla las habilidades de nuevos profesionales mediante herramientas de visualización, simulación y optimización. [ 12 ]

Una herramienta CAM generalmente convierte un modelo a un lenguaje que la máquina de destino entienda, normalmente el código G. El control numérico se puede aplicar a máquinas herramienta o, más recientemente, a impresoras 3D.

Historia

Las primeras aplicaciones comerciales de CAM se dieron en grandes empresas de las industrias automotriz y aeroespacial; por ejemplo, el trabajo de Pierre Bézier desarrollando la aplicación CAD/CAM UNISURF en la década de 1960 para el diseño de carrocerías y herramientas en Renault . [ 13 ] Alexander Hammer, de DeLaval Steam Turbine Company, inventó en 1950 una técnica para perforar progresivamente las palas de la turbina a partir de un bloque sólido de metal con el taladro controlado por un lector de tarjetas perforadas. Boeing obtuvo por primera vez máquinas NC en 1956, fabricadas por empresas como Kearney and Trecker , Stromberg-Carlson y Thompson Ramo Wooldridge . [ 14 ]

Históricamente, se consideraba que el software CAM tenía varias deficiencias que requerían una participación excesiva por parte de operarios de máquinas CNC altamente cualificados . El software CAM generaba código para la máquina menos capaz, ya que cada control de la máquina herramienta añadía código G estándar para mayor flexibilidad. En algunos casos, como por ejemplo con un software CAM mal configurado o herramientas específicas, la máquina CNC requería edición manual para que el programa funcionara correctamente. Ninguno de estos problemas era tan insuperable como para que un ingeniero o un operario de máquina experimentado no pudiera solucionarlo en la creación de prototipos o en series de producción pequeñas; el código G es un lenguaje sencillo. En talleres de alta producción o de alta precisión, se presentaba un conjunto diferente de problemas, donde un operario de máquinas CNC experimentado debía tanto programar manualmente como ejecutar el 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, era necesario obligar al operador de CAD a exportar los datos en uno de los formatos comunes, como IGES , STL o Parasolid , compatibles con una amplia variedad de software. La salida del software CAM suele ser un archivo de texto simple con códigos G/M, a veces con miles de comandos, que luego se transfiere a una máquina herramienta mediante un programa de control numérico directo (DNC) o, en controladores modernos, mediante un dispositivo de almacenamiento USB común .

Los programas CAM no podían, ni pueden, razonar como un maquinista. No podían optimizar las trayectorias de las herramientas al nivel requerido para la producción en masa . Los usuarios seleccionaban el tipo de herramienta, el proceso de mecanizado y las trayectorias a utilizar. Si bien un ingeniero puede tener conocimientos prácticos de programación de código G, los pequeños problemas de optimización y desgaste se acumulan con el tiempo. Los artículos producidos en masa que requieren mecanizado a menudo se crean inicialmente mediante fundición u otro método no mecanizado. Esto permite generar código G breve, altamente optimizado y escrito a mano, algo imposible de producir con un programa CAM.

Al menos en Estados Unidos, hay escasez de maquinistas jóvenes y cualificados que se incorporen al mercado laboral y sean capaces de trabajar en los niveles más exigentes de la fabricación: alta precisión y producción en masa. [ 15 ] [ 16 ] A medida que el software CAM y las máquinas se vuelven más complejos, las habilidades requeridas de un maquinista u operador de máquinas avanzan hasta asemejarse a las de un programador informático e ingeniero, en lugar de eliminar al maquinista CNC del mercado laboral.

Áreas típicas de preocupación
  • Mecanizado de alta velocidad, incluyendo la optimización de las trayectorias de las herramientas.
  • Mecanizado multifuncional
  • Mecanizado de 5 ejes
  • Reconocimiento de características y mecanizado
  • Automatización de los procesos de mecanizado
  • Facilidad de uso

Superar las deficiencias históricas

Con el tiempo, las deficiencias históricas de la medicina complementaria y alternativa (MCA) se están atenuando, tanto por parte de los proveedores de soluciones especializadas como de los proveedores de soluciones de alta gama. Esto está ocurriendo principalmente en tres ámbitos:

  1. Facilidad de uso
  2. complejidad de fabricación
  3. Integración con PLM y la empresa extendida [ 17 ]
Facilidad de uso
Para el usuario que se inicia en el uso de CAM, las funcionalidades integradas, que incluyen asistentes de procesos, plantillas, bibliotecas, kits de herramientas para máquinas, mecanizado automatizado basado en características e interfaces de usuario personalizables para funciones específicas, generan confianza en el usuario y aceleran la curva de aprendizaje.
La confianza del usuario se ve reforzada por la visualización en 3D mediante una integración más estrecha con el entorno CAD 3D, que incluye 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, el programador de control numérico o el maquinista es similar a la necesidad de asistencia informática por parte del piloto de aeronaves modernas . La maquinaria moderna no puede utilizarse correctamente sin esta asistencia.
Los sistemas CAM actuales son compatibles con toda la gama de máquinas herramienta, incluyendo torneado , mecanizado de 5 ejes , corte por chorro de agua , corte por láser / plasma y electroerosión por hilo . El usuario de CAM actual puede generar fácilmente trayectorias de herramienta optimizadas, inclinación del eje de la herramienta optimizada para mayores velocidades de avance, mayor vida útil de la herramienta y mejor acabado superficial, así como una profundidad de corte ideal. Además de programar operaciones de corte, el software CAM moderno también puede controlar operaciones que no implican corte, como el sondeo de la máquina herramienta .
Integración con PLM y la gestión de la cadena de suministro (LM) de la empresa extendida para integrar la fabricación con las operaciones empresariales, desde el concepto hasta el soporte en campo del producto terminado.
Para garantizar la 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 están creadas para satisfacer todas las necesidades del personal de fabricación, incluyendo la planificación de piezas, la documentación de taller, la gestión de recursos y la gestión e intercambio de datos. Para evitar que estas soluciones incluyan información detallada específica de las herramientas, se requiere una gestión de herramientas dedicada.

Proceso de mecanizado

La mayoría de los procesos de mecanizado progresan a través de muchas etapas, [ 18 ] 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.

Austeridad
Este proceso suele comenzar con material en bruto, conocido como lingote , o una pieza fundida en bruto que una máquina CNC corta de forma aproximada para darle la forma del modelo final, sin tener en cuenta los detalles finos. En el fresado, el resultado a menudo presenta la apariencia de terrazas o escalones, ya que la estrategia ha tomado múltiples "pasos" a lo largo de la pieza a medida que se elimina el material. Esto aprovecha al máximo la capacidad de la máquina al cortar el material horizontalmente. Las estrategias comunes son el desbaste en zigzag, el desbaste con desplazamiento, el desbaste por penetración, el desbaste con rebaje y el fresado trocoidal (desbaste adaptativo). El objetivo en esta etapa es eliminar la mayor cantidad de material en el menor tiempo posible, sin preocuparse demasiado por la precisión dimensional general. Al desbastar una pieza, se deja intencionadamente una pequeña cantidad de material adicional para eliminarlo en las operaciones de acabado posteriores.
Semiacabado
Este proceso comienza con una pieza desbastada que se aproxima de forma irregular al modelo y corta hasta una distancia de desplazamiento fija del modelo. La pasada de semiacabado debe dejar una pequeña cantidad de material (llamada festón) para que la herramienta pueda cortar con precisión, pero no tan poca como para que la herramienta y el material se desvíen de las superficies de corte. [ 19 ] Las estrategias comunes son pasadas raster , pasadas de línea de agua, pasadas de paso constante y fresado de lápiz .
Refinamiento
El acabado implica muchas pasadas ligeras sobre el 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 rebote del material. Para reducir la carga lateral de la herramienta, se reduce el contacto de la herramienta, mientras que las velocidades de avance y de husillo generalmente se aumentan para mantener una velocidad superficial objetivo (SFM). Una carga de viruta ligera a alta velocidad de avance y RPM se conoce a menudo como mecanizado de alta velocidad (HSM), y puede proporcionar tiempos de mecanizado rápidos con resultados de alta calidad. [ 20 ] El resultado de estas pasadas más ligeras es una pieza muy precisa, con un acabado superficial uniformemente alto . Además de modificar las velocidades y los avances, los maquinistas suelen tener fresas específicas para acabado, que nunca se usan como fresas de desbaste. Esto se hace para proteger la fresa de la formación de virutas y defectos en la superficie de corte, que dejarían rayas y manchas en la pieza final.
Fresado de contornos
En aplicaciones de fresado de componentes con mesa giratoria y/o cabezal giratorio, se puede realizar un proceso de acabado independiente denominado contorneado. En lugar de realizar un fresado gradual en incrementos finos para aproximar una superficie, la pieza o herramienta se rota para 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 álabes de turbinas e impulsores, que, debido a sus curvas complejas y geometría superpuesta, son imposibles de mecanizar con máquinas de solo tres ejes. [ 21 ]

Software: grandes proveedores

Véase también

Referencias

  1. ↑ Mörmann, WH; Bindl, A. (2002). "Restauraciones totalmente cerámicas, diseñadas y mecanizadas por ordenador en el sillón dental". Dental Clinics of North America . 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, Loong Tee; Moy, Peter K. (2008). "Complicaciones de la colocación quirúrgica de implantes guiada por diseño asistido por computadora/mecanizado asistido por computadora (NobelGuide™): una evaluación de los resultados clínicos tempranos". Clinical Implant Dentistry and Related Research . 10 (3): 123– 127. doi : 10.1111/j.1708-8208.2007.00082.x . PMID 18241215 . 
  4. 1 2 Congreso de los Estados Unidos , Oficina de Evaluación Tecnológica (1984). Automatización computarizada de la fabricación . Diane Publishing. pág. 48. ISBN  978-1-4289-2364-5.
  5. ↑ Hosking, Dian Marie; Anderson, Neil (1992), Cambio organizacional e innovación , Taylor & Francis, pág. 240, ISBN  978-0-415-06314-2
  6. ↑ Daintith, John (2004). Diccionario de informática (5.ª ed.). Oxford University Press. pág. 102. ISBN   978-0-19-860877-6.
  7. ↑ Kreith, Frank (1998). Manual de ingeniería mecánica de CRC . CRC Press. pág. 15-1. ISBN  978-0-8493-9418-8.
  8. ↑ Matthews, Clifford (2005). Manual de datos del ingeniero aeronáutico (2.ª ed.). Butterworth-Heinemann. pág. 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; Knight, Winston Anthony (2006). Fundamentos del mecanizado y las máquinas herramienta (3.ª ed.). CRC Press. pág. 401. ISBN   978-1-57444-659-3.
  11. ↑ Universidad de Goodwin (3 de noviembre de 2023). "La importancia de la fabricación asistida por ordenador" . Universidad de Goodwin . Consultado el 15 de abril de 2026 .
  12. ↑ Universidad de Goodwin (3 de noviembre de 2023). "La importancia de la fabricación asistida por ordenador" . Universidad de Goodwin . Consultado el 15 de agosto de 2025 .
  13. ↑ Dokken, Tor. "La historia del CAD" . El proyecto SAGA. Archivado del original el 2 de noviembre de 2012. Recuperado el 17 de mayo de 2012 .
  14. ↑ Sanders, Norman. "Un posible primer uso de CAM/CAD" . Hal Portal Inria . Consultado el 30 de octubre de 2023 .
  15. ↑ Wright, Joshua. "El dilema de los oficios especializados en Estados Unidos: se avecinan escaseces a medida que envejece el grupo de trabajadores más demandados" . Forbes . Consultado el 14 de abril de 2023 .
  16. ↑ Hagerty, James R. (10 de junio de 2013). "Se busca ayuda. Mucha ayuda" . Wall Street Journal . ISSN 0099-9660 . Consultado el 2 de junio de 2018 . 
  17. ↑ Gopi (1 de enero de 2010). Ingeniería Civil Básica . Pearson Education India. ISBN 9788131729885.
  18. ↑ Estrategias de trayectoria de herramientas CAM . Manual de CNC. Consultado el 17 de enero de 2012.
  19. ↑ Agrawal, Rajneesh Kumar; Pratihar, DK; Roy Choudhury, A. (junio de 2006). "Optimización del mecanizado de superficies de forma libre isoescalón CNC mediante un algoritmo genético". International Journal of Machine Tools and Manufacture . 46 ( 7–8 ): 811–819 . doi : 10.1016/j.ijmachtools.2005.07.028 .
  20. ↑ Pasko, Rafal (1999). "MECANIZADO DE ALTA VELOCIDAD (HSM) – LA FORMA EFICAZ DEL CORTE MODERNO" (PDF) . Taller Internacional CA Systems and Technologies . Archivado del original (PDF) el 23 de noviembre de 2018. Consultado el 2 de junio de 2018 .
  21. ^ Gomes, 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 .

Lecturas adicionales

  • Yong, Loong Tee; Moy, Peter K. (septiembre de 2008). "Complicaciones de la colocación quirúrgica de implantes guiada por diseño asistido por computadora/mecanizado asistido por computadora (NobelGuide™): una evaluación de los resultados clínicos iniciales". Clinical Implant Dentistry and Related Research . 10 (3): 123– 127. doi : 10.1111/j.1708-8208.2007.00082.x . PMID 18241215 . 
  • https://patents.google.com/patent/US5933353A/en
  • Amin, SG; Ahmed, MHM; Youssef, HA (diciembre de 1995). "Diseño asistido por computadora de bocinas acústicas para mecanizado ultrasónico mediante análisis de elementos finitos". Journal of Materials Processing Technology . 55 ( 3–4 ): 254–260 . doi : 10.1016/0924-0136(95)02015-2 .
  • Modelos CAD de CADSite.ru
  • Cimatron Brasil acerca del software CAD/CAM CimatronE
  • Dragomatz y Mann revisaron los algoritmos de trayectoria de herramientas en 1997.
  • Mecanizado de cavidades basado en curvas de desplazamiento por Martin Held
  • Universidad de Purdue, Centro de Investigación y Educación de Purdue para Sistemas de Información en Ingeniería
  • Cómo evaluar un sistema CAM (Artículo de Sheetmetalworld.com)