texto de introducción al cad cam

112
PROYECTO CEPRA VII “Plataforma Para un Laboratorio Virtual de Simulación de Procesos de Operación de Máquinas- Herramientas CNC” RECOPILACIÓN DE INFORMACÍON Y APUNTES DE INTEGRACIÓN CAD-CAM INTEGRACIÓN CAD – CAM ÁLVARO AGUINAGA B., Ph.D. Msc. Ingeniero Mecánico Autor EDGAR CANDO, MsC. Ingeniero Mecánico Colaborador INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 1

Upload: epnmecanica

Post on 26-May-2015

588 views

Category:

Education


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Texto de introducción al cad cam

PROYECTO CEPRA VII “Plataforma Para un Laboratorio Virtual de Simulación de Procesos de Operación de

Máquinas-Herramientas CNC”

RECOPILACIÓN DE INFORMACÍON Y APUNTES DE INTEGRACIÓN CAD-CAM

INTEGRACIÓN CAD – CAM

ÁLVARO AGUINAGA B., Ph.D. Msc. Ingeniero MecánicoAutor

EDGAR CANDO, MsC. Ingeniero MecánicoColaborador

Quito, febrero 2014

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 1

Page 2: Texto de introducción al cad cam

1 INTRODUCCIÓN

La máquina herramienta ha jugado un papel fundamental en el desarrollo tecnológico del mundo hasta el punto que no es una exageración decir que la tasa del desarrollo de máquinas herramientas gobierna directamente la tasa del desarrollo industrial.

Dado el alto nivel de competitividad en el mercado nacional e internacional, las compañías necesitan abatir sus tiempos de diseño y manufactura. 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.

Inicialmente, el factor predominante que condicionó todo automatismo fue el aumento de productividad. Posteriormente, debido a las nuevas necesidades de la industria aparecieron otros factores no menos importantes como la precisión, la rapidez y la flexibilidad.

La aplicación de los sistemas computacionales para el diseño y la manufactura han tenido un amplio desarrollo y se han extendido a diversos sectores productivos. El Control Numérico por Computadora (CNC) se obtiene describiendo las operaciones de la máquina en términos de los códigos especiales y de la geometría de formas de los componentes, creando archivos informáticos especializados o programas de piezas.

La creación de estos programas de piezas es una tarea que, en gran medida, se realiza hoy día por software informático especial que crea el vínculo entre los sistemas CAD y CAM.

CAD/CAM, es el proceso en el cual se utilizan las computadoras personales comunicadas con los controladores de las máquinas de producción para mejorar la fabricación, desarrollo y diseño de los productos. Éstos pueden fabricarse más rápido, con mayor calidad, precisión y a menor precio, con la aplicación adecuada de tecnología informática.

"La simulación es el proceso de diseñar un modelo de un sistema real y llevar a término experiencias con él, con la finalidad de comprender el comportamiento del sistema o evaluar nuevas estrategias -dentro de los límites impuestos por un cierto criterio o un conjunto de ellos - para el funcionamiento del sistema". 1

1 http://es.wikipedia.org/wiki/Simulaci%C3%B3n

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 2

Page 3: Texto de introducción al cad cam

La simulación de procesos de máquinas-herramientas CNC tiene como objetivo permitir a los usuarios, realizar prácticas sin comprometer la integridad de los equipos. En este contexto un simulador de este tipo, sustentado de un programa de integración CAD-CAM open sourse es una herramienta fundamental en el desarrollo de la producción de equipo por arranque de viruta.

2 DESARROLLO HISTÓRICO

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

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 las empresas

Años 90:

Automatización completa procesos industriales

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 3

Page 4: Texto de introducción al cad cam

Integración técnicas diseño, análisis, simulación y fabricación Integración CAD-CAM Nuevas tecnologías como el CIM

Actualmente:

Internet, Intranets y Extranets lo conectan todo. Uso de sistemas inteligentes y robotizados. El precio del software y hardware cae. La potencia aumenta. Gran cantidad de aplicaciones.

3 NUEVOS PROCESOS DE MANUFACTURA

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.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 4

Page 5: Texto de introducción al cad cam

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.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 5

Page 6: Texto de introducción al cad cam

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.

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 hecho, se cree que aún no existe ninguna empresa que haya logrado una integración total del sistema. Sin embargo, se sabe con certeza que ése es el próximo paso a seguir.

CIM incluye todas las actividades desde la percepción de la necesidad de un producto; la concepción, el diseño y el desarrollo del producto; también la producción, marketing y soporte del producto en uso. Toda acción envuelta en estas actividades usa datos, ya sean textuales, gráficos o numéricos. El computador, hoy en día la herramienta más importante en la manipulación de datos, ofrece la real posibilidad de integrar las ahora fragmentadas operaciones de manufactura en un sistema operativo único. Este acercamiento es lo que se denomina manufactura integrada por computador.

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

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 6

Page 7: Texto de introducción al cad cam

Cada una de estas cinco dimensiones es un compuesto de otros procesos más específicos de manufactura, los cuales han demostrado una afinidad entre ellos. La primera dimensión rodea a las otras cuatro, y la quinta es el corazón del proceso. Respecto de esta última, existen dos aspectos: el intangible, el cual es la información misma, y el tangible, el cual incluye los computadores, dispositivos de comunicación, etc.

La implementación de este sistema por parte de algunas empresas busca, por una lado, aumentar la productividad y, por otro, mejorar la calidad de los productos. Un reciente estudio aporta información sobre los beneficios que ha traído el CIM a empresas que lo han implementado. En la siguiente tabla se presentan algunos de los resultados:

Beneficios de la implementación de un sistema CIM

Reducción en costos de diseño 15 - 30 %

Reducción en tiempo perdido 30 - 60 %

Incremento de la calidad del producto 2 - 5 veces el nivel anterior

Incremento en el aprovechamiento de los ingenieros respecto de la extensión y profundidad de sus análisis

3 - 35 veces

Incremento de la productividad de las operaciones de producción

40 - 70 %

Incremento de la productividad de las máquinas 2 - 3 veces

Reducción de trabajo en el proceso 30 - 60 %

Reducción de los costos de personal 5 - 20 %

El CAD (Computer Aided Design), o diseño asistido por computador, permite al diseñador crear imágenes de partes, circuitos integrados, ensamblajes y modelos de prácticamente todo lo que se le ocurra en una estación gráfica conectada a un computador Estas imágenes se transforman en la base de un nuevo diseño, o en la modificación de uno previamente existente. A éstas 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. Existen sistemas CAD especiales para aplicaciones mecánicas, electrónicas y de arquitectura, los cuales permiten una mejor interrelación con sus respectivos sistemas CAE.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 7

Page 8: Texto de introducción al cad cam

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. Hoy en día, CAE es casi dos tecnologías separadas: una es la aplicada a la mecánica y otra a la electrónica. Ambas realizan extensos análisis respecto de las leyes físicas, así como de los estándares de la industria. 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 CAE electrónico, asimismo, permite verificar los diseños antes de fabricarlos, simular su uso y otros análisis técnicos para evitar perder tiempo y dinero.

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. Para usar el CAPP más efectivamente en un entorno CIM, el diseño debería provenir electrónicamente de un ambiente CAD. Debido a que el CAPP determina cómo una pieza va a ser hecha, aporta en gran medida a la optimización del proceso y a la disminución de los costos, si tiene oportunidad de manejar los procesos de más de un diseño. El CAPP tiene dos tipos básicos: el variante y el generativo. El variante es el más comúnmente usado y desarrolla un plan modificando un plan previamente existente, eligiendo éste usando criterios de tecnología de grupos y de clasificación. El generativo incorpora el concepto de inteligencia artificial, usando sus conocimientos sobre las capacidades de la planta. Basado en la descripción de la pieza (geometría y material) y sus especificaciones, el computador elige el método óptimo para producir la pieza y genera automáticamente el plan.

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.

La manufactura física de un producto envuelve un número de tecnologías interrelacionadas. Luego de haber usado el CAD y el CAE para crear y analizar el diseño y usando el CAPP para organizar el plan y controlar los pasos

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 8

Page 9: Texto de introducción al cad cam

individuales de manufactura, el conglomerado manufacturero debe ahora controlar el procesamiento de los materiales que serán parte de un producto o una pieza.

El proceso productivo es complejo. Los materiales, las herramientas y componentes deben ser llevados a lugares específicos en determinados períodos de tiempo, operaciones que deben ser supervisadas y controladas. Progresos y errores en la línea de producción deben ser reportados, por lo menos, a la administración de manufactura automáticamente.

Difiriendo de la etapa de diseño, la manufactura física está relacionada no solo con software, sino también con hardware; es por esto que el proceso se complica, especialmente si las máquinas no acompañan la modernidad del conjunto. Se han desarrollado nuevos tipos de máquinas, para así lograr mejores resultados.

La manufactura física puede ocupar tres tipos de subsistemas, los que se detallan a continuación:

Maquinaria para manufactura: Incluye máquinas herramientas, sistemas flexibles de manufactura (FMS, flexible manufacturing systems), equipos de ensamblaje automático, líneas de transferencia y equipos de inspección. Los sistemas flexibles de manufactura son difíciles de diferenciar con los de celdas flexibles. En ambos existen pequeños grupos de máquina herramientas unidas por equipamiento de manejo de materiales, todo controlada por computadores bajo el mando de un computador central, el cual puede procesar piezas en orden aleatorio. La implementación exitosa del concepto de celdas flexibles envuelve mejoras no solo al nivel de integrar físicamente el sistema, sino también al relacionar el flujo de información, lo cual le permite operar eficientemente el equipo que posee.

Maquinaria auxiliar para manufactura: Es la maquinaria que mejora la eficiencia de las máquinas herramientas y equipo de ensamble coordinando los movimientos de materiales y la colocación y el desmonte de las piezas en las máquinas, de tal manera que el flujo productivo no se detenga. Entre estas máquinas se pueden destacar los sistemas de almacenamiento automático (AS / RS, automated storage / retrieval system), los cuales manejan cargadores para pallets o bins, conociendo la ubicación exacta de cada materia prima y llevándola al lugar donde es requerida, ayudando además en el manejo de inventario; los vehículos guiados automáticamente (AGV, automatic guided vehicles), los cuales son pequeños camiones sin conductor que operan bajo control computacional y se guían por cables en el piso o cintas reflectantes en las paredes, y permiten flexibilidad en sus recorridos, al tener contacto con las otras partes del sistema; y los robots, los cuales

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 9

Page 10: Texto de introducción al cad cam

son una de las tecnologías más versátiles en la tecnología CIM, al funcionar como cualquiera de los anteriores, además de estar equipados con equipos que le permiten "ver" e incluso decidir.

Controles para máquinas manufactureras: El control computacional permite a las máquinas manufactureras comunicarse y coordinar sus actividades con otros sistemas basados en computadores dentro del ambiente CIM. Existe una gran variedad de tipos de controles, todo depende de la capacidad del microprocesador. Los tres más conocidos son:

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. La gran aceptación de estos controladores provocó mejoras en su diseño, agregándoseles varias funciones y subrutinas, haciéndolos cada vez más parecidos a los computadores.

En el ciclo del producto se puede establecer el ámbito de actuación del CAD, CAE y CAM.

CICLO DEL PRODUCTO

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 10

Page 11: Texto de introducción al cad cam

CAD, CAM y CAE son tecnologías que tratan de automatizar ciertas tareas del ciclo de producto y hacerlas más eficientes. Se están consiguiendo cada vez más todos los beneficios potenciales de integrar las actividades de diseño y fabricación del ciclo de producto. También ha aparecido una nueva tecnología llamada la fabricación integrada por ordenador o CIM (Computer Integrated Manufacturing). Esta tecnología tiene el objetivo de aunar las islas de automatización conjuntándolas para que cooperen en un sistema único y eficiente. El CIM trata de usar una única base de datos que integre toda la información de la empresa y a partir de la cual se pueda realizar una gestión integral de todas las actividades de la misma, repercutiendo sobre todas las actividades de administración y gestión que se realicen en la empresa, además de las tareas de ingeniería propias del CAD y el CAM. Se dice que el CIM es más una filosofía de negocio que un sistema informático.

Sin importar cuán eficientes sean las operaciones de corte, ensamblaje y movimiento de materiales, mientras no exista una buena coordinación y planificación no existirá real eficiencia. La tecnología CIM que mejora la administración de la manufactura son los sistemas MRP II (manufacturing resource planning) o planeación de insumos de manufactura y, más recientemente, JIT (just in time) o justo a tiempo.

El MRP II ha sido llamado el sistema nervioso central de la empresa manufacturera. Contenidos en estos sistemas se encuentran los módulos de software que planean y organizan las operaciones de manufactura, permiten explorar mejores alternativas para la producción y los insumos, monitorean si

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 11

Page 12: Texto de introducción al cad cam

las operaciones se ajustan al plan previo y permiten proyectar resultados -incluso financieros-. Se dice que ninguno de los sistemas actualmente instalados de CIM que tenga el MRP II lo usa a cabalidad, puesto que su capacidad de manejar información es demasiado elevada. La importancia de estos sistemas es obvia; a través de los datos ellos generan, recolectan y administran, estableciendo y manteniendo contactos con todas las locaciones y oficinas en la empresa.

La producción JIT, relacionada a la anterior, ha hecho que muchas compañías replanteen su estrategia de producción, debido a los grandes beneficios obtenidos tras su implementación. Una de las máximas del JIT es la de producir lo que y cuando se necesita, para eso reduce inventarios, particularmente inventarios de productos a medio terminar, y con ello costos de inventario. Partes compradas o materias primas son mandadas directamente a la línea de producción, varias veces al día si es necesario. Esta filosofía convierte el inventario en productos tan pronto como sea posible, y así echa por tierra la filosofía de mantener un buen inventario de partes de recambio "en caso de que se ocupen". Sin embargo, para que este sistema tenga éxito debe existir una estrecha relación con los proveedores, además éstos deben entregar un producto de calidad porque el JIT no permite perder tiempo en revisar las partes entrantes. Si los proveedores poseen una tecnología similar se evitan una serie de burocracias al hacer pedidos, pues las órdenes van de computador a computador. Si este sistema es bien aplicado, el JIT puede significar reducciones de hasta un 75% en el inventario y lograr así mejoras equivalentes en la calidad del producto.

4 CONTROL NUMÉRICO EN LAS MÀQUINAS HERRAMIENTAS

En principio, contrariamente a lo que se pudiera pensar, el Control Numérico de Máquinas Herramientas no fue concebido para mejorar los procesos de fabricación, sino para dar solución a problemas técnicos surgidos a consecuencia de] diseño de piezas cada vez más difíciles de mecanizar.

En 1942, la "Bendix Corporation" tiene problemas con la fabricación de una leva tridimensional para el regulador de una bomba de inyección para motores de avión. El perfil tan especial de dicha leva es prácticamente imposible de realizar con máquinas comandadas manualmente.

La dificultad provenía de combinar los movimientos del útil simultáneamente según varios ejes de coordenadas, hallando el perfil deseado. Se acordó entonces confiar los cálculos a una máquina automática que definiera gran número de puntos de la trayectoria, siendo el útil conducido sucesivamente de uno a otro.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 12

Page 13: Texto de introducción al cad cam

En 1947, Jhon Parsons, constructor de hélices de helicópteros, americano, concibe un mando automático. La idea de utilizar cartas perforadas (comportando las coordenadas de los ejes de los agujeros) en un lector que permitiera traducir las señales de mando a los dos ejes, permite a Parsons desarrollar su sistema Digitón.

En esta época, la U.S. Air Force estaba preocupada con la fabricación de estructuras difíciles de trabajar por copiado susceptibles de ser modificadas rápidamente. Gracias a su sistema, Parsons obtiene un contrato y el apoyo del Massachusetts Institute of Technologie".

El Gobierno americano apoya la iniciativa para el desarrollo de una fresadora de tres ejes en contorneado mandado por control digital.

En 1953, después de cinco años de puesta a punto, el M.I.T. utiliza por primera vez el nombre de "Numerical Control".

En 1956, la U.S.A.F. hace un pedido de 170 máquinas de Control Numérico a tres grandes constructores americanos:

Cincinnati Milling Machine Company, Giddin & Levis, Kearney & Trecker.

Paralelamente a esta evolución, ciertos constructores se interesan por el desarrollo de máquinas más simples para trabajos, tales como taladrado, mandrinado y punteado, que no requieren ningún movimiento continuo, pero sí un posicionamiento preciso.

De esta forma se ha visto que la necesidad industrial de la aeronáutica fue la que creó la demanda de sistemas continuos complejos. El paso de complejos a simples revolucionó los procesos de fabricación.

En 1960, también en el M.I.T. se realizaron las primeras demostraciones de Control Adaptable (un perfeccionamiento del Control Numérico que permite, además, la autorregulación de las condiciones de trabajo de las máquinas). A finales de 1968 tuvieron lugar los primeros ensayos de Control Numérico Directo (DNC).

En general, el incremento en la utilización de máquinas herramientas con CN se debe a que un gran número de problemas, que se consideraban bien resueltos por los métodos de trabajo clásicos, que pueden tener una respuesta ventajosa desde el punto de vista técnico mediante la utilización de dichas máquinas.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 13

Page 14: Texto de introducción al cad cam

Hoy día este tipo de maquinarias está siendo implementado en casi todo tipo de fábricas, se encontró que en el año 2000 el 85 % de la producción industrial del mundo se realizaba con este tipo de máquinas.

El control numérico (CN) es una forma de automatización programable en la cual, en base a una serie de instrucciones codificadas (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.

Los elementos básicos 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 así como los motores y controles para moverlas.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 14

Page 15: Texto de introducción al cad cam

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 con ordenador - que se construyen hoy día sólo conservan de los primitivos CN los principios básicos de funcionamiento.

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.

En función de las capacidades de proceso y de memoria de los CNC han evolucionado también las técnicas y lenguajes de programación. Desde los primeros programas lineales en lenguaje máquina a la programación asistida por ordenador, gráfica e interactiva, existe un amplio espectro de sistemas y lenguajes de programación.

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. Sin embargo, el control numérico ha promocionado el desarrollado de dos tipos de máquinas múltiples:

El centro de mecanizado, para piezas prismáticas, en el que sobre pieza fija una o más torretas con herramientas giratorias permiten efectuar operaciones de fresado, taladrado, mandrinado, escariado, etc. Si lleva incorporada mesa giratoria pueden efectuarse operaciones de torno vertical.

El centro de torneado, dotado de una o más torretas, con herramientas motorizadas que, además de las clásicas operaciones de torneado permiten efectuar fresados, taladrados, escariados, etc., tanto axiales como radiales.

Las características de precisión exigidas en estas máquinas en condiciones duras de utilización, han modificado las características de diseño de las mismas. En el aspecto estructural se busca una mayor rigidez y ausencia de vibraciones, lo que lleva a la utilización de bastidores de chapa soldada y de hormigón en vez de la clásica fundición.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 15

Page 16: Texto de introducción al cad cam

En el diseño de la cadena cinemática se busca disminuir los juegos, rozamientos, vibraciones e inercia de las masas móviles para mejorar la precisión y repetibilidad del posicionamiento de la herramienta, aumentando la rigidez de las guías y utilizando materiales de bajo coeficiente de fricción o sistemas hidrostáticos o de rodadura, husillos a bolas para la transmisión de¡ movimiento sin holguras, etc.

Otros puntos en los que se ha mejorado son la estabilidad y uniformidad térmica con potentes sistemas de refrigeración de herramienta, pieza e incluso máquina, y la evacuación de virutas.

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.

5 INTRODUCCIÓN AL CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO

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.

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.

La programación de los controles numéricos ha sufrido una gran evolución en los últimos años. Si bien se habla todavía de programación manual y programación automática o asistida por ordenador, la realidad es que hoy día, al contar los controles con un microordenador incorporado, la programación manual dispone de muchas de las facilidades reservadas hasta hace poco a la programación automática.

Sería quizás más adecuado efectuar otra clasificación:

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 16

Page 17: Texto de introducción al cad cam

La programación a pie de máquina, apoyada en los lenguajes y facilidades de que disponen los CNC.La programación en oficina técnica, apoyada en equipos y software propio dentro de técnicas de CAD - CAM de fabricación asistida por ordenador.

La programación a pie de máquina, en general más simple y realizada por el mismo operario, es adecuada para fabricaciones especiales de series muy pequeñas o unitarias tipo matricería, en las que se requiere un elevado grado de interactividad entre la preparación y ejecución del trabajo.

La programación en la oficina técnica puede hacerse también en los lenguajes de máquina propios de cada CNC, y efectuar posteriormente la puesta a punto a pie de máquina. Pero a medida que se amplía el parque de máquinas de control numérico y la cantidad de piezas a programar, se tiende a la utilización de lenguajes de tipo general que independicen la programación de la pieza de la máquina que posteriormente realizará el mecanizado.

Ambos sistemas se basan en un núcleo común de conceptos de programación de control numérico, desarrollados para la programación manual de los mismos. Posteriormente se han ido añadiendo más funciones, ampliando sus facilidades de cálculo y permitiendo la utilización de técnicas informáticas de programación.

En una máquina CNC una computadora controla el movimiento de la mesa, el carro y el husillo. Una vez programada la máquina, ésta ejecuta todas las operaciones por sí sola, sin necesidad de que el operador esté manejándola. Esto permite aprovechar mejor el tiempo del personal para que sea más productivo. El término "control numérico" se debe a que las órdenes dadas a la máquina son indicadas mediante códigos numéricos. Un conjunto de órdenes que siguen una secuencia lógica constituyen un programa de maquinado. Al principio hacer un programa de maquinado era muy difícil y tedioso, pues había que planear e indicarle manualmente a la máquina cada uno de los movimientos que tenía que hacer. Era un proceso que podía durar horas, días, semanas. Aún así era un ahorro de tiempo comparado con los métodos convencionales.

Actualmente muchas de las máquinas modernas trabajan con lo que se conoce como "lenguaje conversacional" en el que el programador escoge la operación que desea y la máquina le pregunta los datos que se requieren. Cada instrucción de este lenguaje conversacional puede representar decenas de códigos numéricos. Por ejemplo, el maquinado de una cavidad completa se puede hacer con una sola instrucción que especifica el largo, alto, profundidad, posición, radios de las esquinas, etc. Algunos controles incluso cuentan con

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 17

Page 18: Texto de introducción al cad cam

graficación en pantalla y funciones de ayuda geométrica. Todo esto hace la programación mucho más rápida y sencilla.

También se emplean sistemas CAD/CAM que generan el programa de maquinado de forma automática. En el sistema CAD (diseño asistido por computadora) la pieza que se desea maquinar se diseña en la computadora con herramientas de dibujo y modelado sólido. Posteriormente el sistema CAM (manufactura asistida por computadora) toma la información del diseño y genera la ruta de corte que tiene que seguir la herramienta para fabricar la pieza deseada; a partir de esta ruta de corte se crea automáticamente el programa de maquinado, el cual puede ser introducido a la máquina por la correspondiente interface de comunicación. Hoy día los equipos CNC con la ayuda de los lenguajes conversacionales y los sistemas CAD/CAM, permiten a las empresas producir con mucha mayor rapidez y calidad sin necesidad de tener personal altamente especializado.

Las ventajas, dentro de los parámetros de producción de las máquinas CNC y los sistemas CAD-CAM son:

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.

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 posicionamientos 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.

6 NORMAS DE CONTROLADORES CNC

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 18

Page 19: Texto de introducción al cad cam

Existen diferencias entre los controladores que se encuentran en el mercado, inclusive de un mismo fabricante debido a la variedad de modelos existentes. Para entender el CNC, es necesario conocer las diferencias y similitudes que presentan los diferentes controladores así como los estándares que utilizan para su programación. Normalmente se siguen dos estándares mundiales:

ISO 6983 (International Standarization Organization) EIA RS274 (Electronic Industries Association).

El flujo de procesamiento de una máquina CNC es el siguiente:

Todos los CNC siguen la misma norma de nomenclatura del movimiento y el mismo sistema de la coordenada. Esto se define como la norma EIA 267-C. Esta norma define el sistema de coordenada de máquina. Las herramientas tienen muy diversos movimientos dependiendo del tipo de máquina herramienta, pero ellos siempre usan el mismo sistema de coordenadas. El sistema de coordenadas de las máquinas CNC es el rectangular diestro, es decir, el sistema cartesiano rectangular. Basado en la regla de la mano derecha que se presenta a continuación:

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 19

Page 20: Texto de introducción al cad cam

En la mano derecha el dedo pulgar representa el eje de X, el dedo índice el eje de Y; y el dedo corazón el eje de Z. La dirección de cada dedo representa la dirección positiva del movimiento. La base de sus dedos es el punto de la salida o el X0 Y0 Z0. Para determinar el sentido de giro positivo (horario), se debe cerrar la mano con el dedo pulgar señalando alguno de los ejes X, Y o Z en sentido positivo y el rizo de los dedos representa el sentido de giro horario o rotación positiva sobre cada eje.

El plano cartesiano queda definido por:

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 20

Page 21: Texto de introducción al cad cam

Por ejemplo en una fresadora, el plano cartesiano redefiniría así:

En las máquinas CNC se puede trabajar en coordenadas absolutas o incrementales. Las coordenadas absolutas tienen como referencia el origen absoluto de coordenadas y cualquiera sea la posición de la herramienta se

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 21

Page 22: Texto de introducción al cad cam

refiere a este origen, en cambio, en las coordenadas incrementales utiliza la posición actual de la herramienta como punto de referencia (origen transitorio) para el siguiente movimiento.

COORDENADAS ABSOLUTAS

COORDENADAS INCREMENTALES

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 22

Page 23: Texto de introducción al cad cam

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 23

Page 24: Texto de introducción al cad cam

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 24

Page 25: Texto de introducción al cad cam

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 25

Page 26: Texto de introducción al cad cam

Los Actuadores más importantes que se utilizan en las máquinas CNC son:

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 dificultades de regulación motores AC.

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

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 (Depende de la frecuencia de la alimentación). 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 muy preciso tanto 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 aportan información acerca de la posición, velocidad o información para su posterior tratamiento por la unidad de control, produciendo a la salida una señal eléctrica relacionada con la entrada.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 26

Page 27: Texto de introducción al cad cam

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.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 27

Page 28: Texto de introducción al cad cam

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 28

Page 29: Texto de introducción al cad cam

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 29

Page 30: Texto de introducción al cad cam

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 30

Page 31: Texto de introducción al cad cam

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 31

Page 32: Texto de introducción al cad cam

Las elevadas velocidades de corte hacen necesaria la intervención de refrigerantes – lubricantes que son útiles para disipar el calor generado, reducir la fricción y desgaste de herramienta y para facilitar la extracción de viruta.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 32

Page 33: Texto de introducción al cad cam

Las herramientas usadas en las máquinas CNC, aunque tengan los mismos criterios de utilización de las de máquinas convencionales deben cumplir con características especiales.

7 PROGRAMACIÓN CNC

Un programa es una lista secuencial de instrucciones de maquinado que serán ejecutadas por la máquina de CNC. A las instrucciones se les conoce como CODIGO de CNC, las cuales deben contener toda la información requerida para lograr el maquinado de la pieza.

Se empleara como comienzo de programa el símbolo % seguido del número de programa (5 dígitos), seguido de los caracteres RT o LF.

El programa de mecanizado debe ser introducido al control numérico en una forma que sea aceptable para éste.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 33

Page 34: Texto de introducción al cad cam

Flujo de Procesamiento en una CNC:

Sistema de coordenadas de una máquina CNC:

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 34

Page 35: Texto de introducción al cad cam

Eje: cualquier movimiento de la máquina que realice un posicionamiento. Mediante el movimiento combinado de dos o más ejes es posible describir todo tipo de trayectorias o interpolaciones en el plano o en el espacio.

El eje Z se encuentra situado en la dirección del husillo principal (el que proporciona la potencia de corte). Si no existiera husillo principal, el eje Z se obtiene según la normal saliente al plano de sujeción de la pieza. Su sentido positivo es aquel en que se aleja la herramienta de la pieza.El eje X es perpendicular a Z y se elige sobre un plano horizontal paralelo a la superficie de sujeción de la pieza. Su sentido positivo es aquel tal que la herramienta se aleja de la pieza. En máquinas en las que el eje Z es horizontal, X también es horizontal.El eje Y forma un triedro a derechas con X y Z.

Sentido de giro positivo: Dedo pulgar de la mano derecha en sentido positivo del eje giro antihorario:

Ejes y giros en una CNC:

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 35

Page 36: Texto de introducción al cad cam

En los tornos CNC:

Giro del cabezal o husillo en positivo en sentido horario M03 y negativo en sentido antihorario M04 viendo de frente al husillo.

En los tornos CNC las herramientas pueden ser ha derechas o a izquierdas, dependiendo del movimiento de las mismas, tomando la herramienta frente al operador.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 36

Page 37: Texto de introducción al cad cam

Siempre el material debe ir contra el filo de corte de la herramienta:

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 37

Page 38: Texto de introducción al cad cam

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 38

Page 39: Texto de introducción al cad cam

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 39

Page 40: Texto de introducción al cad cam

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 40

Page 41: Texto de introducción al cad cam

COORDENADAS ABSOLUTAS

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 41

Page 42: Texto de introducción al cad cam

COORDENADAS INCREMENTALES

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 42

Page 43: Texto de introducción al cad cam

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 43

Page 44: Texto de introducción al cad cam

El programa debe de contener todos los datos geométricos y tecnológicos necesarios para que la máquina herramienta ejecute las funciones y movimientos deseados.

Un programa está construido en forma de secuencia de bloques.

Los códigos de G son funciones preparatorias que involucran los movimientos de la herramienta reales para el mando de la máquina herramienta. Los Códigos G´s tienen funciones de movimiento de la máquina (Movimientos rápidos, avances, avances radiales, pausas, ciclos).

Cada bloque de programación contiene las llamadas variables de programación que son:

N Número de Bloque (Inicio de bloque)G Función preparatoriaX Coordenada XY Coordenada YZ Coordenada ZI Localización en X del centro de un arco.J Localización en Y del centro de un arcoK Localización en Z del centro de un arcoS Velocidad del cabezalF Asigna Velocidad de avanceM Función Auxiliar

Se definen también los Códigos M’s que son funciones misceláneas o auxiliares que se requieren para el maquinado de piezas, pero no son de movimiento de la máquina (Arranque y paro del husillo, cambio de herramienta,refrigerante, paro de programa, etc.)

Las fases de un programa son normalmente:

El inicio que contiene todas las instrucciones que preparan a la máquina para su operación.

La manufactura de la pieza que contiene las velocidades y movimientos de corte, circulares, lineales, movimientos rápidos, ciclos de corte, etc.

El fin del programa que contiene todos los códigos G’s y M’s que desactivan todas las opciones que fueron activadas en la fase de inicio. Funciones como el refrigerante y la velocidad del husillo deberán ser desactivadas antes de remover la pieza de la máquina.

Cada uno de los bloque tiene el formato:

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 44

Page 45: Texto de introducción al cad cam

En cada bloque se tienen las siguientes restricciones:

Deben contener únicamente un solo movimiento de herramienta Debe contener únicamente una velocidad de avance Debe contener únicamente una herramienta o velocidad del cabezal El número del bloque debe ser secuencial

Antes de realizar el programa para la máquina CNC es conveniente cumplir los siguientes pasos:

Desarrollar un orden de operaciones. Planear las secuencias de principio a fin antes de escribir el programa Hacer los cálculos necesarios (cálculo de coordenadas). Indicar las coordenadas sobre el dibujo o utilizar hojas de coordenadas Elegir la herramienta y velocidades de corte. Asegurarse de las herramientas que se encuentran disponibles.

CODIGO G

(modal) G00* Posicionamiento rápido (modal) G01 Interpolación lineal (modal) G02 Interpolación circular a derechas (modal) G03 Interpolación circular a izquierdas

G04 Temporización, duración programada(modal) G05 Trabajo en arista matada

G06 Interpolación circular con programación del centro del arco en coordenadas absolutas

(modal) G07* Trabajo en arista viva G08 Trayectoria circular tangente a la trayectoria anterior G09 Trayectoria circular definida mediante tres puntos

(modal) G10* Anulación imagen espejo (modal) G11 Imagen espejo en el eje X (modal) G12 Imagen espejo en el eje Y (modal) G13 Imagen espejo en el eje Z (modal) G17* Selección del plano XY (modal) G18 Selección del plano XZ

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 45

Page 46: Texto de introducción al cad cam

(modal) G19 Selección del plano YZ G20 Programación en pulgadas G21 Programación en milímetros G22 Definición de subrutina estándar G23 Definición de subrutina paramétrica G24 Final de subrutina G25 Salto o llamada incondicional G26 Salto o llamada condicional si es igual a 0 G27 Salto o llamada condicional si no es igual a 0 G28 Salto o llamada condicional si es menor G29 Salto o llamada condicional si es igual o mayor G30 Visualizar código de error definido G31 Guardar origen de coordenadas actual G32 Recuperar origen de coordenadas guardado mediante G31 Guardar origen de coordenadas actualG32 Recuperar origen de coordenadas guardado mediante G31

(modal) G33 Roscado electrónico G36 Redondeo controlado de aristas G37 Entrada tangencial G38 Salida tangencial G39 Achaflanado

(modal) G40* Anulación de compensación de radio(modal) G41 Compensación de radio a izquierdas(modal) G42 Compensación de radio a derechas(modal) G43 Compensación de longitud(modal) G44* Anulación de compensación de longitud(modal) G49 FEED-RATE programable

G50 Carga de dimensiones de herramienta en la tabla (modal) G53-59 Traslados de origen (modal) G70 Inicio Subrutina (modal) G71* Llamada subrutina (modal) G72 Factor de escala (modal) G73 Giro sistema de coordenadas

G74 Búsqueda automática de referencia-máquina G75 Trabajos con palpador G76 Creación automática de bloques

(modal) G79 Ciclo fijo definido por el usuario (modal) G80* Anulación de ciclos fijos (modal) G81 Ciclo fijo de taladro (modal) G82 Ciclo fijo de taladro con Temporización (modal) G83 Ciclo fijo de taladro profundo (modal) G84 Ciclo fijo de roscado con macho (modal) G85 Ciclo fijo de escariado (modal) G86 Ciclo fijo de mandrinado con retroceso en G00 (modal) G87 Ciclo de cajera rectangular

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 46

Page 47: Texto de introducción al cad cam

(modal) G88 Ciclo de cajera circular (modal) G89 Ciclo fijo de mandrinado con retroceso en G01 (modal) G90* Programación en cotas absolutas (modal) G91 Programación en cotas incrementales

G92 Preselección de cotas G93 Preselección de origen de coordenadas polares

(modal) G94* Velocidad de avance F en mm/minuto (modal) G95 Velocidad de avance F en mm/revolución (modal) G96 Velocidad de avance superficial constante (modal) G97* Velocidad de avance del centro de la herramienta

constante (modal) G98* Vuelta de la herramienta al plano de partida al terminar un

ciclo fijo (modal) G99 Vuelta de la herramienta al plano de referencia al terminar

un ciclo fijo

Modal significa que las funciones G una vez programadas permanecen activadas mientras no sean anuladas mediante otra G incompatible o mediante M02, M30, RESET o EMERGENCIA. Las funciones G con * son las que asume el control en el momento de encendido, después de ejecutar M02, M30 o después de una EMERGENCIA o RESET.

Existen tres movimientos básicos de herramienta:

G00 Movimiento rápido G01 Movimiento de avance lineal G02/G03 Interpolación Circular o avances de arcos

Los demás ciclos son combinaciones de este tipo de movimiento

CODIGO M

M00 Para el programa M01 Parar opcionalmente M02 Reset programa

M03 Encender Husillo horario

M04 Encender husillo anti-horario

M05 Apagar el husillo

M06 Cambio automático de herramienta

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 47

Page 48: Texto de introducción al cad cam

M07 Refrigeración “B” on M08 Refrigeración “A” on M09 Apagar refrigeración M10 Abrir Prensa M11 Cerrar prensa

M13 Husillo hacia delante y refrigerante encendido

M14 Husillo hacia atrás y refrigerante encendido

M15 Programa de entrada usando MIN P

M19 Orientación del husillo

M20 ATC Coger herramienta

M21 ATC Sacar herramienta

M22 ATC Bajar herramienta

M23 ATC Subir herramienta

M27 Reset el carrusel al bolsillo uno

M28 Reset el carrusel en la posición del bolsillo

M29 Seleccionar DNC modo

M30 Reset y Reactivar programa

M31 Incrementar conteo de partes

M37 Abrir la puerta en una parada

M38 Abrir puerta M39 Cerrar puerta

M40 Extender atrapado de partes

M41 Retraer atrapado de partes

M48 Mirar porcentaje de avance al 100%

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 48

Page 49: Texto de introducción al cad cam

M49 Cancelar M48

M62 Salida auxiliar 1 encendida

M63 Salida auxiliar 2 encendida

M64 Salida auxiliar 1 apagada

M65 Salida auxiliar 2 apagada

M66 Esperar la salida auxiliar 1 encendida

M67 Esperar la salida auxiliar 2 encendida

M68 Lleva al robot a la posición Home

M70 Espejo en X encendido

M71 Espejo en Y encendido

M73 Espejo en IV encendido

M76 Esperar la salida auxiliar 1 apagada

M77 Esperar la salida auxiliar 2 apagada

M80 Espejo en X apagado M81 Espejo en Y apagado M83 Espejo en IV apagado

M98 Llamado de un subprograma

M99 Fin del subprograma

A continuación se describe más en detalle cada uno de los códigos G:

G00 Posicionamiento rápido

Es una función modal e incompatible con G01, G02, G03 Y G33. Al programar la función G00, no se anula la última F programada, es decir, cuando se programa de nuevo G01, G02 ó G03, se recupera dicha F.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 49

Page 50: Texto de introducción al cad cam

G01 Interpolación lineal

Cuando se mueven dos o tres ejes simultáneamente la trayectoria resultante es una línea recta entre el punto inicial y el punto final maquinando la pieza. La máquina se desplaza según dicha trayectoria al avance F programado.

El CNC calcula los avances de cada eje para que el avance de la trayectoria resultante sea la F programada. La función G01 es modal e incompatible con G00, G02, G03 y G33.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 50

Page 51: Texto de introducción al cad cam

G02 y G03 Interpolación circular a derechas e izquierdas respectivamente

Las definiciones de sentido horario (G02) y sentido antihorario (G03) se han fijado de acuerdo con el sistema de coordenadas que a continuación se presenta.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 51

Page 52: Texto de introducción al cad cam

G04 Temporización

Por medio de la función G04 se puede programar una Temporización. El valor de la Temporización se programa por medio de la letra P.

G04 P0.05 Temporización de 0,05 segundos G04 P2.5 Temporización de 2,5 segundos

Si el valor de P se programa con un número, éste podrá tener un valor comprendido entre 0.00 y 99.99. La Temporización se ejecuta al comienzo del bloque en que está programada.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 52

Page 53: Texto de introducción al cad cam

G05 Arista matada

Cuando se trabaja en G05, el CNC comienza la ejecución del bloque siguiente del programa, tan pronto como comienza la deceleración de los ejes programados en el bloque anterior.

Es decir, los movimientos programados en el bloque siguiente, se ejecutan antes de que la máquina haya llegado a la posición exacta programada en el bloque anterior.

La diferencia entre el perfil teórico y real, esta en función del valor del avance, cuanto mayor sea el avance, mayor será la diferencia entre el perfil teórico y el real.

La función G05 es modal e incompatible con G07.

G07 Arista viva

Cuando se trabaja en G07, el CNC no ejecuta el siguiente bloque del programa, hasta que no se haya alcanzado la posición exacta programada en el bloque anterior.

El perfil teórico y el real coinciden. La función G07 es modal e incompatible con G05.

En el momento de encendido, después de ejecutarse M02, M30 o después de una EMERGENCIA o RESET en CNC asume la función G07 ó G05 dependiendo del valor asignado al parámetro máquina correspondiente.

G09 Trayectoria circular definida por tres puntos

Por medio de la función G09 se puede definir una trayectoria circular (arco), programando el punto final y un punto intermedio (el punto inicial del arco es el punto de partida del movimiento). Es decir, en lugar de programar las coordenadas del centro, se programa cualquier punto intermedio.

Plano XY N4 G09 X__ Y__ I__ J__X: Cota en X del punto final del arco Y: Cota en Y del punto final del arco I: Cota en X del punto intermedio del arco

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 53

Page 54: Texto de introducción al cad cam

J: Cota en Y del punto intermedio del arco

Imagen espejo G10 Anulación de imagen espejo G11 Imagen espejo en el eje X G12 lmagen espejo en el eje Y G 13 Imagen espejo en el eje Z

Cuando el CNC trabaja en G11, G12, G13, ejecuta los desplazamientos programados en X, Y, Z, con el signo cambiado.

Las funciones G11. G12, G13, son modales, es decir, se mantienen basta que se programa G10.

Se pueden programar a la vez G11, G12 y G13 en el mismo bloque, puesto que no son incompatibles entre sí. En un programa con imagen espejo si se encuentra también activada la función G73 (giro del sistema de coordenadas), el CNC aplicará primero la imagen espejo y a continuación el giro.

En máquinas de cuatro ejes, la función imagen espejo no se puede aplicar al cuarto eje (W).

Selección de planos

G17: Selección del plano XY G18: Selección del plano XZ G19: Selección del plano YZ

La selección del plano debe emplearse cuando se van a realizar interpolaciones circulares, redondeo controlado de aristas, entrada y salidas tangenciales, achaflanado, ciclos fijos de mecanizados, giro del sistema de coordenadas o cuando se va a utilizar compensación de radio o longitud de herramienta.

El CNC aplica compensación de radio a los dos ejes del plano seleccionado y compensación de longitud al eje perpendicular a dicho plano.

Las funciones G17, G18, G19, son modales e incompatibles entre sí.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 54

Page 55: Texto de introducción al cad cam

G20 Sistema de unidades en pulgadas (in)

G21 Sistema de unidades en milímetros (mm)

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 55

Page 56: Texto de introducción al cad cam

G25 Saltos / llamadas incondicionales

La función G25 puede utilizarse pira saltar de un bloque a otro dentro del mismo programa. En el mismo bloque que se programa esta función no se puede programar más información. Existen dos formas de programar esta función:

1) N4 G25 N4

Cuando el CNC lee este bloque, salta al bloque indicado y el programa continúa normalmente, a partir de este último bloque.

2) N4 G25 N4.4.2

N4: Número de bloque G25: Código de salto incondicional N4: Número del bloque al que se dirige el salto .4.: Número del último bloque a ejecutar 2: Número de repeticiones

Cuando el CNC lee un bloque de este tipo, salta al bloque definido entre la N y el primer punto decimal. Ejecuta después la sección de programa comprendida entre este bloque y el definido entre los dos puntos decimales tantas veces como indica el último número. Este último número puede tener un valor comprendido entre 0 y 99, sin embargo si se programa con un parámetro, éste puede tener un valor comprendido entre 0 y 255.

G28 Retorno automático a la posición cero

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 56

Page 57: Texto de introducción al cad cam

G29 Retorno automático de la posición cero

Guardar y recuperar un origen de coordenadas

G31: Guardar origen de coordenadas actual G32: Recuperar origen de coordenadas guardado con G31

Por medio de la función G31, se puede en cualquier momento guardar el origen de coordenadas con el que en ese momento se está trabajando, y más adelante, se puede recuperar dicho origen por medio de la función G32.

Esta prestación es útil en el caso en que sea necesario utilizar más de un origen dé coordenadas (origen pieza) en el mismo programa, ya que permite acotar parte del programa respecto de un origen, guardar dicho origen con

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 57

Page 58: Texto de introducción al cad cam

G31, hacer un cambio de origen con G92 ó G53- G59, acotar la continuación del programa respecto al nuevo origen, y recuperar el origen primitivo por medio de G32.

Las funciones G31 y G32 deben programarse solas en un bloque.

N__ G31 N__ G32

G33 Roscado electrónico

Si el cabezal de la máquina está dotado de un captador rotativo, se puede realizar roscas a punta de cuchilla por medio de la función G33.

La función G33 es modal, se mantiene activada hasta que es anulada mediante, G00, G01, G02, G03, M02, M03, EMERGENCIA o RESET.

El formato es el siguiente:

N__ G33 Z__ K__

Z: Cota del punto inicial de la rosca, absoluta o incremental. K: Paso de rosca.

Trabajando en G05 se pueden realizar roscas de distinto paso sin perder sincronismo. Mientras se encuentre activada la función G33, no se puede variar la velocidad de avance F, mediante el conmutador FEED RATE, cuyo valor estará fijo al 100%, ni tampoco la velocidad de giro del cabezal mediante las teclas del frontis.

G36 Redondeo controlado de aristas

En trabajos de fresado es posible mediante esta función redondear una arista con un radio determinado, sin necesidad de calcular el centro ni los puntos inicial y final del arco.

La función G36 no es modal, es decir, debe de programarse en el bloque en que se programe el desplazamiento cuyo final se desea redondear.

El radio de redondeo se programa mediante R__ siempre con valor positivo.

El formato es el siguiente:

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 58

Page 59: Texto de introducción al cad cam

N__ G36 R__ X__ Y__ Z__X,Y,Z son las coordenadas de la punta que se quiere redondear.

G37 Entrada tangencial al comienzo del mecanizado

Mediante la función preparatoria G37 se pueden enlazar tangencialmente dos trayectorias sin necesidad de calcular los puntos de intersección.

La función G37 no es modal, debe programarse cada vez que se desee comenzar un mecanizado con entrada tangencial.

La función G37 solo puede programarse en un bloque que incorpore movimiento rectilíneo (G00 ó G01).

G38 Salida tangencial al final de mecanizado

La función G38 permite finalizar un mecanizado con una salida tangencial de la herramienta sin necesidad de cálculos engorrosos.

La función G38 no es modal, es decir, debe programarse cada vez que se desee una salida tangencial de la herramienta.

A continuación de G38 deberá programarse el radio R4.3 en mm, o bien R3.4 en pulgadas del arco de salida.

Para que G38 se pueda programar en un bloque, es necesario que la trayectoria siguiente sea rectilínea (G00 ó G01).

G39 Achaflanado

En los trabajos de mecanizados es posible, mediante la función G39, achaflanar aristas entre dos rectas, sin necesidad de calcular los puntos de intersección. La función G39 no es modal.

Mediante el código R__ (siempre con valor positivo), se programa la distancia desde el final de desplazamiento programado hasta el punto qué se quiere realizar el chaflán.

El formato es el siguiente:

N__ G39 R__ X__ Y__ Z__X,Y,Z son las coordenadas de la punta que se quiere chaflanar.

Compensación de herramienta

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 59

Page 60: Texto de introducción al cad cam

En los trabajos de fresado, habitualmente es necesario calcular y definir la trayectoria de la herramienta teniendo en cuenta el radio de la misma, de forma que se obtengan las dimensiones de la pieza deseada.

La compensación de radio de la herramienta, permite programar directamente el contorno de la pieza y del valor del radio de la herramienta almacenado en la tabla de herramientas.

Existen tres funciones preparatorias para la compensación del radio de la herramienta:

G40: Anulación de la compensación del radio de la herramienta. G41: La herramienta queda a la izquierda de la pieza según el sentido de

mecanizado G42: La herramienta queda a la derecha de la pieza según el sentido de

mecanizado

Los valores de la compensación deben almacenarse en la tabla de herramienta, antes de comenzar el trabajo de mecanizado o bien cargarse al comienzo de programa mediante la función G50.

Una vez determinado con los códigos G17, G18, G19 el plano en que se va a aplicar la compensación, está se hace efectiva mediante G41 o G42, adquiriendo el valor de la tabla seleccionado con el código T__ Cuando el CNC trabaja con compensación de radio la herramienta va leyendo cuatro bloques por delante del que esta ejecutando, permitiendo de este modo calcular con antelación la trayectoria a recorrer.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 60

Page 61: Texto de introducción al cad cam

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 61

Page 62: Texto de introducción al cad cam

Compensación de longitud

Por medio de esta función se pueden compensar posibles diferencias de longitud entre la herramienta programada y la que se va a emplear.

El CNC tiene capacidad para almacenar 100 herramientas.

L indica la longitud de la herramienta y K el valor que se suma o se resta al valor de L para corregir pequeñas variaciones de la longitud de la herramienta.

Los códigos para llamar a la compensación de longitud son:

G43: Compensación de longitud G44: Anulación de compensación de longitud

Cuando se programa G43, el CNC compensa la longitud de acuerdo con el valor seleccionado en la tabla de herramientas.

La compensación de longitud se aplica al eje perpendicular al plano principal.

La función G43 es modal, y se anula mediante G44, G74, M02 y M30 o al ejecutarse un RESET o una EMERGENCIA.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 62

Page 63: Texto de introducción al cad cam

La compensación de longitud puede usarse junto con los ciclos fijos, pero en este caso hay que tener la precaución de aplicar dicha compensación antes del comienzo del ciclo.

G49 FEED-RA TE programable

Mediante la función G49, es posible indicar por programa el % de la velocidad de avance F programada, al cual deseamos trabajar.

G50 Carga de dimensiones de herramienta en la tabla

Por medio de esta función, se puede introducir las dimensiones de las diferentes herramientas en la tabla.

G53-G59 Traslados de origen

Mediante estas funciones, se pueden trabajar con 7 traslados de origen diferentes. Los valores de estos traslados de origen se almacenan en la memoria del CNC y están referidos al cero- máquina.

G72 Factor de escala

Por medio de la función G72 se puede ampliar o reducir piezas programadas. De esta forma se pueden realizar familias de piezas semejantes en forma pero de dimensiones diferentes con un solo programa. Debe programarse sola en un bloque.

G73 Giro del sistema de coordenadas

Esta función permite girar el sistema de coordenadas tomando como centro de giro, el punto cero en el plano principal.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 63

Page 64: Texto de introducción al cad cam

G80 Cancelación de ciclos

G81 Ciclo de taladrado

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 64

Page 65: Texto de introducción al cad cam

G82 Ciclo de Taladrado con Pausa

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 65

Page 66: Texto de introducción al cad cam

G83 Ciclo de Taladrado Profundo

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 66

Page 67: Texto de introducción al cad cam

G90, G91 Programación absoluta. Programación incremental

La programación de las coordenadas de un punto, se puede realizar, bien en coordenadas absolutas G90 ó bien en coordenadas incrementales G91.

Cuando se trabaja en G90, las coordenadas del punto programado, están referidas al punto de origen de coordenadas.

Cuando se trabaja en G91, las coordenadas del punto programado, están referidas al punto anterior de la trayectoria, es decir, los valores programados indican el desplazamiento a realizar en el eje correspondiente.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 67

Page 68: Texto de introducción al cad cam

G94 Avance F en mm/min. Cuando se programa esta función, el control entiende que los avances programados mediante F, lo son en mm/min. Esta función es modal, se mantiene hasta que se programe G95.

G95 Avance F en mm/revolución

Con esta función el control entiende que los avances programados mediante F3.4, lo son en mm/revolución.

Esta función es modal, se mantiene activada hasta que se programa G94. Esta función solo podrá ser utilizada, si la máquina dispone de un captador rotativo en el cabezal.

G96 Velocidad de avance superficial constante

Con esta función el control entiende que el avance F programado corresponde al del punto del corte de la herramienta con la pieza. Con esta función se consigue que la superficie de acabado en curvas interiores, sea uniforme. Esta función es modal y se anula mediante G97, M02 ó M30.

G97 Velocidad de avance del centro de la herramienta constante

La velocidad de avance programada corresponde a la trayectoria del centro de la herramienta. La función G97 es modal e incompatible con G96 y es asumida

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 68

Page 69: Texto de introducción al cad cam

por el CNC en el momento de encendido o después de M02, M30, RESET o una EMERGENCIA.

FUNCIONES AUXILIARES M

El CNC dispone también de una serie de salidas decodificadas para funciones auxiliares. Estas salidas se asignarán a las funciones deseadas en la puesta a punto del CNC en máquina. Las funciones a las que no se ha asignado ninguna salida decodificada, se ejecutan siempre al comienzo del bloque en que están programadas.

En un bloque se pueden programar hasta un máximo de 7 funciones auxiliares. Cuando ocurre esto el CNC las ejecuta correlativamente en el orden en que se hayan programado.

M00 Parada de programa

Con esta función el CNC interrumpe el programa. Para reanudar el mismo hay que dar nuevamente la orden de marcha.

M01 Parada condicional del programa

Idéntica a MOO, salvo que el CNC solo la tiene en cuenta si esta activada la entrada "Parada condicional"

M02 M30 Final de programa

M02 indica final de programa y realiza una función de RESET general del CNC (Puesta en condiciones iniciales). M30 es idéntica a M02 salvo que el CNC vuelve al primer bloque del comienzo del programa.

M03 Arranque del cabezal a derechas

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 69

Page 70: Texto de introducción al cad cam

M04 Arranque de cabezal a izquierdas

M05 Parada del cabezal

M06 Código de cambio de herramienta

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 70

Page 71: Texto de introducción al cad cam

M08 Encendido del sistema refrigerante

M09 Apagado del sistema refrigerante

CÓDIGO G PARA TORNOS CNC

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 71

Page 72: Texto de introducción al cad cam

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 72

Page 73: Texto de introducción al cad cam

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 73

Page 74: Texto de introducción al cad cam

8 INTEGRACIÓN CAD/CAM

La característica fundamental de los sistemas CAD/CAM en lo que se refiere al hardware es que son sistemas con gran capacidad de cálculo y, sobre todo, con subsistemas gráficos de altas prestaciones. Otra diferencia es el uso de dispositivos específicos de entrada y salida, por las necesidades que la funcionalidad de estos sistemas requiere. La figura presenta la estructura general de un sistema CAD/CAM.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 74

Page 75: Texto de introducción al cad cam

Como se muestra en la figura, un dispositivo gráfico se compone de un procesador gráfico y varios dispositivos de entrada y salida. Algunos de estos dispositivos ya han sido presentados en la asignatura de Informática Gráfica.

A continuación se presentan ciertos dispositivos de entrada/salida específicos y otros dispositivos habituales en los sistemas de CAD/CAM:

DISPOSITIVOS DE ENTRADA

Digitalización 2D: Permiten adquirir las coordenadas x e y de objetos planos, normalmente impresos en documentos de papel. Entre estos dispositivos se encuentran las tabletas digitalizadoras, en las que la digitalización se realiza fijando el papel a la tableta y marcando los puntos deseados. En este grupo se encuentran también los escáneres y capturadoras de imagen. La digitalización en este caso se realiza superponiendo la imagen adquirida con la aplicación de modelado, de tal forma que los pixeles de dicha imagen se utilizan como referencia para la creación de las entidadesdel modelo.

Digitalización 3D: En este caso se trata de obtener la geometría tridimensional de un objeto. Para ello será necesario conocer las coordenadas x, y, z de los vértices del objeto. Para adquirir dichas coordenadas se utilizan distintas técnicas y dispositivos entre los que están el palpador 3D, los sistemas basados en vídeo, y los sistemas basados en láser.

Dispositivos táctiles: Proporcionan al usuario la sensación de contacto físico. Estas sensaciones se producen mediante un sistema de realimentación de la fuerza que se produciría si se estuviese manejando un objeto real en lugar de un modelo geométrico.

Dispositivos de seguimiento y captura del movimiento: (tracking) Utilizan sistemas electromagnéticos, ultrasónicos, ópticos o mecánicos para determinar la posición y orientación del objeto que esta siendo rastreado. Se utilizan

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 75

Page 76: Texto de introducción al cad cam

habitualmente en aplicaciones de animación para capturar movimientos reales complejos (rotoscopia), en los dispositivos de visualización montados sobre la cabeza o en los guantes de datos.

Guantes de datos: Están equipados con sensores en cada articulación que miden los ángulos para determinar la posición y orientación de mano y los dedos. La posición global de la mano se determina mediante un sistema de tracking. La información generada por el guante de datos suele ser regenerada de forma gráfica mostrando de forma dinámica los movimientos del usuario.

DISPOSITIVOS DE SALIDA

Dispositivos de visualización montados sobre la cabeza: (head-mounted displays o HMD) son dispositivos de visualización inmersiva. Habitualmente están montados dentro de cascos o gafas. Contienen dos pequeños displays, uno enfrente de cada ojo, sobre los que se proyectan imágenes en estéreo. Incorporan un sistema inalámbrico de tracking, de manera que la visualización cambia de acuerdo con el movimiento de la cabeza. Existen versiones sencillas que no son tan inmersivas, habitualmente gafas, donde se proyecta una única imagen (no tiene estereoscopia), sin sistema de tracking y que en algunos casos permiten cierto grado de transparencia en los displays para superponer imagen sintética sobre la realidad.

Impresoras de hologramas: Imprimen escenas tridimensionales compuestas de miles de imágenes individuales generadas desde distintos puntos de vista. La impresión se realiza sobre un material fotográfico especial.

Dispositivos de fabricación rápida de prototipos: Producen prototipos reales en tres dimensiones en un corto espacio de tiempo. Estos prototipos son pequeñas figuras de resina o polímeros con la forma del modelo geométrico a partir del cual se generan en un solo paso. Existen varias tecnologías para generarlos, entre las que se encuentra la estéreo-litografía, el sinterizado o el laminado.

Trazadores de corte: son dispositivos similares a los trazadores presentados en el capitulo anterior, con la diferencia de que en lugar de incorporar un cabezal de dibujo, tienen una herramienta de corte. Habitualmente trabajan sobre materiales plásticos, vinilo o papel.

Máquinas herramienta: Son las máquinas sobre las que se ejecutan los programas de control numérico generados en los sistemas CAD/CAM. Existen multitud de tipos y modelos en el mercado para satisfacer los requerimientos de todas las posibles aplicaciones industriales. Las más habituales son:

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 76

Page 77: Texto de introducción al cad cam

Fresadoras: Se utilizan para mecanizar superficies libres y contornos de cualquier tipo.

Tornos: Se utilizan para mecanizar piezas cuya geometría ha sido generada por revolución de un perfil o contorno alrededor de un eje.

Taladradoras: se utilizan para hacer agujeros.

Robots: Normalmente se trata de dispositivos homomorfos porque imitan la forma de un brazo humano. En el extremo de dicho brazo se les acopla una herramienta que puede servir para cortar, soldar, pintar, manipular, etc. Se programan mediante aplicaciones que permiten especificar la trayectoria de la herramienta y la operación a realizar.

Dispositivos de transporte automatizados: Se utilizan dentro de las células de fabricación flexible para transportar las piezas sobre las que se tiene que realizar alguna operación como su ensamblado o manipulación por robots u otras máquinas, su inspección por un sistema automatizado, etc.

Máquinas de inyección: utilizan complejos moldes mecánicos en los que inyectan materiales plásticos a alta temperatura y presión para formar las piezas de materiales plásticos.

El Software CAD/CAM proporciona las herramientas necesarias para desarrollar trabajos técnicos de forma eficiente. Cualquier herramienta que contribuya a la reducción del coste temporal y económico de desarrollo de un producto y/o aumento en la calidad del producto se puede considerar software de CAD/CAM. La clave fundamental del CAD son las herramientas que permiten la creación y manipulación interactiva del modelo que se está diseñando.

Dentro del software de CAD se encuentran las aplicaciones de CAE que permiten el análisis de la geometría del diseño y su evaluación, según los requerimientos especificados en la fase de diseño. Estas aplicaciones permiten realizar la optimización de los productos siguiendo criterios tanto de diseño como de fabricación. Ejemplos de este tipo de herramientas son las aplicaciones de análisis por el método de elementos finitos o las aplicaciones de simulación existentes en la mayoría de las disciplinas de la industria.

De igual manera, cualquier herramienta que facilite el proceso de fabricación se puede considerar como software de CAM. Es decir, cualquier aplicación relacionada con la planificación, gestión y control de operaciones de una planta de producción, tanto de forma directa como indirecta, se puede considerar software de CAM. Por ejemplo, una aplicación que genere un plan de procesos para fabricar un producto es software de CAM. Otro ejemplo típico son las herramientas que generan los programas que controlan las maquinas herramienta de control numérico o los robots industriales. Estas herramientas

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 77

Page 78: Texto de introducción al cad cam

suelen, además, simular el funcionamiento del programa en una fase previa a su implantación en la maquina o robot, verificando la corrección del mismo y anticipándose a problemas de colisiones o roturas que podrían producirse si los programas fueran probados directamente en la planta de producción.

La tendencia en estos sistemas se encamina hacia las aplicaciones modulares, capaces de trabajar con una base de datos única e integrada. Un ejemplo típico seria el diseño de circuitos impresos que comienza con un diseño lógico, el cual es evaluado, verificado, simulado y optimizado. Después se procede al diseño físico de la placa, el cual es de nuevo verificado, simulado y optimizado antes de pasar a la fase de producción.

El software de CAD/CAM tiene una estructura genérica formada por módulos comunes que se complementan con módulos de aplicaciones específicos:

Sistema Operativo: Manejo de cuentas, ficheros, directorios, editores. Módulo Gráfico: funciones de modelado geométrico, construcción,

edición y manipulación de entidades geométricas, dibujo de planos y documentación.

Módulo de aplicaciones: Distintos módulos según área (mecánica, arquitectura, animación, electricidad etc.)

Aplicaciones típicas en mecánica:

Aplicaciones de diseño: modelado, calculo de masas, ensamblaje, tolerancia, elementos finitos, análisis de mecanismos, animación, simulación y análisis de inyección de plásticos y moldes.

Aplicaciones fabricación: planificación de procesos, control numérico, programación y simulación de robots y tecnología de grupos.

Módulo de programación: Herramientas de programación estándar para cálculos y gráficos. Módulo de comunicaciones: Vital para la integración, para conectar los diversos módulos del sistema y para transferir información entre sistemas.

Los usuarios del software CAD/CAM se pueden clasificar en tres grupos:

Operadores: Son la mayoría de usuarios incluyendo ingenieros, diseñadores, delineantes, etc. Suelen ser especialistas en unos pocos módulos y cuentan con el soporte del administrador del sistema y del proveedor (hot-line).

Programadores de aplicación: Desarrollan pequeñas aplicaciones y las enlazan con los módulos existentes pero no pueden modificar el código

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 78

Page 79: Texto de introducción al cad cam

fuente. Personalizan las aplicaciones para adaptarlas a las necesidades particulares de una empresa. Suelen ser programadores que además son usuarios expertos del sistema. Utilizan los módulos de programación del sistema. Trabajan en grandes empresas que utilizan mucho un sistema o en empresas de servicios.

Programadores del sistema: Son los que crean y desarrollan el sistema completo. Son conocedores de la estructura interna del software, de la estructura de la base de datos y del sistema de gestión de la misma. Deben tener conocimientos de gráficos, ingeniería y por supuesto de programación. Trabajan en empresas proveedoras de sistemas o en grupos de I+D.

El uso de estándares resulta necesario para conseguir que las aplicaciones sean independientes de los dispositivos. Esto supone las siguientes ventajas:

Portabilidad SW Portabilidad gráficos Portabilidad del texto Portabilidad B.D.

Existen varios tipos de estándares relevantes para los sistemas de CAD/CAM.

Estos se pueden agrupar en estándares gráficos, de intercambio de datos y de comunicaciones. Todos ellos se estudiaran con detalle en un tema posterior.

Los trabajos relativos a estándares comenzaron en 1974 en el GSPC (Graphics Standards Planning Committee). El objetivo de este comité era el de que las aplicaciones se ajustaran al siguiente diagrama:

La aplicación invoca las funciones gráficas a través de la interface A. Dichas funciones realizan las tareas requeridas por la aplicación a través de la interface B mediante llamadas a los controladores de dispositivos.

Algunos de los estándares desarrollados son los siguientes:

GKS: Graphic Kernel SystemPHIGS: Programmers Hierarchical Interactive Graphics SystemIGES: Initial Graphics Exchange Specification

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 79

Page 80: Texto de introducción al cad cam

DXF: Data Exchange FileVDA: Verbung Der AutomobileindustrieSTEP: Standard for Transfer and Exchange of Product DataMAP: Manufacturing Automation ProtocolTOP: Technical and Office ProtocolX Window, OpenGL, DirectX

INTERCAMBIO DE DATOS CAD/CAM

Existe la necesidad de intercambio datos para integración y automatización CAD/CAM. Los tipos de datos que se intercambian son:

1. Información del modelo geométrico:geometríatopología (sólidos)características (tipos de línea, colores, capas, etc.)

2. Información gráfica (no geométrica):imágenes sombreadastexto, cotas, unidades, precisión, etc.

3. Información de diseño: generada de modelos geométricos para análisis

masa, densidad, mallas FEM, etc.

4. Información de Manufacturación:trayectorias de herramientatoleranciasplanificación de procesoslistas de materiales, etc.

Primeros intentos de creación de formatos:IGES : CAD CAD (1 y 2)

Formato IGES

Primer estándar de intercambio de datos de producto, entre diferentes sistemas de CAD/CAM, solo intercambia información del modelo y gráfica.

Desarrollado con dos propósitos:

Transferencia de datos de modelado entre diferentes sistemas CAD/CAMComunicaciones entre empresa con proveedores y clientes.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 80

Page 81: Texto de introducción al cad cam

El formato IGES define una base de datos neutra con formato de ficheros y describe:

EntidadesParámetros para definición de entidadesRelaciones y asociaciones entre entidades

Está basado en el concepto de entidad, siendo las entidades:

Geométricas: curvas, superficies, sólidosNo geométricas: vistas, dibujos, anotaciones (cotas, texto) y estructuras (entidades compuestas, macros).

Formato STEP

STEP: Standar for the Exchange of Product model data. Norma muy amplia desarrollada por ISO. Comité técnico 184 “Industrial Automation Systems & Integration”. Denominación oficial: ISO 10303 “Product data representation and exchange”. Su desarrollo comenzó en 1984 con el objetivo de desarrollar una norma única internacional capaz de cubrir todos los aspectos del intercambio de datos de CAD/CAM.

El intercambio de datos del producto se refiere a todo el ciclo de vida. Pretende eliminar la intervención humana en la transferencia de información. Es independiente del sistema. Utilizada como formato neutro de intercambio y también para archivo.

Diferente filosofía entre IGES y STEP

IGES unidad de intercambio entidadSTEP unidad de intercambio aplicación

Aplicación: contiene varios tipos de entidades, además de la asociatividad y relaciones entre las entidades de la aplicación que posibilita la automatización. La transferencia se realiza en base a modelos de disciplina estandarizados y definidos por STEP de forma que se pueden incorporar futuros modelos. Basado en una arquitectura y metodología extensible para la creación de modelos de datos para todas las disciplinas. Como por ejemplo: mecánica, electricidad, arquitectura, etc.

Actualmente STEP soporta la comunicación de información del producto entre los sistemas de CAD/CAM y también con aplicaciones de gestión (CIM). Usa el lenguaje de especificación de datos EXPRESS.

Modelado Geométrico

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 81

Page 82: Texto de introducción al cad cam

CAD = Modelado geométrico + Informática gráfica + Herramientas de diseño

Inicialmente CAD estaba enfocado a hacer más eficiente el trabajo de delineantes (planos 2D). Actualmente enfocado a realizar modelos geométricos completos: planos, análisis de ingeniería, fabricación, etc.

Modelo geométrico es una representación no ambigua del objeto que se basa en la necesidad de conocer la base matemática antes de elegir la forma de representación. Se introducen datos que el sistema convierte en representación matemática y almacena en una base de datos que luego se intercambian con el CAM.

Tipos de modelos geométricos:

Alámbricos Superficies Sólidos

9 MODELOS ALÁMBRICOS (CONTORNEADO)

Se representan solo las aristas del objeto. Las aristas se representan mediante vértices. Las aristas pueden ser curvas. Son los más simples y estaban disponibles en todos los sistemas en desde los primeros tiempos (2D)

Ventajas:

· Facilidad de creación· Baja utilización de CPU y memoria· Extensión natural del dibujo manual· Son la base de los modelos de superficies

Desventajas

· Representación ambigua y sin coherencia visual · Tienen un uso limitado en ingeniería· Pueden necesitar más datos para su creación

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 82

Page 83: Texto de introducción al cad cam

Las entidades alámbricas son las entidades básicas de cualquier sistema:

Analíticas: Puntos, líneas, arcos, círculos, cónicas Sintéticas: Splines y curvas de Bezier.

Existen múltiples formas de definirlas y crearlas:

Coordenadas cartesianas, cilíndricas, esféricas Coordenadas absolutas o increméntales Referencia a entidades: horizontal, vertical, perpendicular, paralela,

tangente, intersección, etc.

A continuación se presentan los métodos para definir puntos, líneas, arcos, círculos, elipses, parábolas y curvas sintéticas.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 83

Page 84: Texto de introducción al cad cam

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 84

Page 85: Texto de introducción al cad cam

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 85

Page 86: Texto de introducción al cad cam

10 MODELADO DE SUPERFICIES

Son una extensión de modelos alámbricos tienen mayor capacidad representación y menor ambigüedad que los alámbricos.

Diferencias modelos sólidos:

Solo información geométrica, no topología Construcción a partir de entidades alámbricas (transparente en el caso

de sólidos)

Ventajas frente a modelos alámbricos:

menor ambigüedadeliminación de superficies ocultassombreadoanálisis de ingeniería.

Desventajas frente a modelos alámbricos:

mayor complejidad (aprendizaje, matemáticas)mayor tiempo de CPUmayor espacio almacenamiento.

Las entidades superficiales son:

ANALÍTICAS: planos, esferas, cilindros, superficies regladas, de revolución y de extrusión.SINTÉTICAS: Hermite, Bezier (triangulares y rectangulares), B-spline, Coon, Gordon, etc.

A- Superficies planas: definidas por tres puntos no colineales.B- Superficies regladas: definidas por dos curvas (raíles) que se interpolan linealmente. C- De revolución: Rotación una curva alrededor de un eje un ángulo determinado. D- De extrusión (cilindros tabulados): Traslación de una curva en una determinada dirección perpendicular al plano de la curva. E- De Bezier: Aproximación, control global. F- B-spline: Aproximación o interpolación, control local. G- De Coon: Definidas por límites curvos cerrados. H- De relleno: B-spline de unión de 2 superficies. I- De desplazamiento: idénticas a otra dada a una determinada distancia.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 86

Page 87: Texto de introducción al cad cam

Superficie Plana Superficie reglada Superficie de revolución

Superficie de extrusión Superficie de Bezier

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 87

Page 88: Texto de introducción al cad cam

Superficie B spline

Superficie de Coon Superficie de relleno

Superficie de desplazamiento

11 MODELADO DE SÓLIDOS

Sólido = conjunto primitivas combinadas por conjunto operaciones booleanas.Primitivas localización, geometría, orientación.

1. BLOQUE: Origen, altura, anchura, profundidad.

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 88

Page 89: Texto de introducción al cad cam

2. CILINDRO: Origen, radio y longitud.3. CONO: Origen, radio base, radio superior y altura.4. ESFERA: Centro y radio (diámetro).5. CUÑA: Origen, altura anchura y profundidad de la base.6. TORO: Centro, radio mayor, radio menor (o radio interno y radio externo).

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 89

Page 90: Texto de introducción al cad cam

EJERCICIOS DE CAD CAM

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 90

Page 91: Texto de introducción al cad cam

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 91

Page 92: Texto de introducción al cad cam

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 92

Page 93: Texto de introducción al cad cam

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing. 93