Tabla 4.1. Herramientas CAD para el proceso de diseño
Tabla 4.2. Herramientas CAM para el proceso de fabricación
4.3. Beneficios de usar CAD/CAM para mecanizado
Diseño de la herramienta: La habilidad para obtener la vista de una parte de la herramienta
desde cualquier ángulo deseado (provisto por CAD/CAM) es una gran ayuda. Por ejemplo, en el
diseño de arreglos para mecanizado de ángulos compuestos, la información requerida puede
tomar días para ser calculada por métodos tradicionales, mientras que se obtiene fácilmente por
mediciones automáticas desde el sistema CAD/CAM.
Análisis: El análisis de rutina disponible en un sistema CAD/CAM ayuda a consolidar el análisis
del proceso en un modelo de trabajo más lógico.
Gráficos entendibles: En general, entender un dibujo depende directamente de la proyección
utilizada, por ejemplo, las vistas ortográficas son menos comprensibles que las isométricas. La
adición de sombras incrementa la comprensión, como se aprecia en la Figura 4.6., y aún más si
se usan diferentes colores.
Figura 4.6. Modelo de sombras generado por una computadora
Programación NC: Los lenguajes de programación tienen tres desventajas. La primera es que el
usuario debe aprender el lenguaje con su propia sintaxis y gramática. A menos que ya tenga
experiencia en programación, está expuesto a algunos conceptos que son extraños para él. La
segunda desventaja es que el programador debe entender los dibujos ingenieriles, con la
consecuente posibilidad de un error. La tercera es que el programador debe mentalmente
visualizar la ruta de la herramienta tal como lo está programando. El sistema CAD/CAM usa un
lenguaje fácil de entender para el personal. Esto facilita los problemas enumerados
anteriormente, eliminando la necesidad de aprender un nuevo lenguaje entero. Esto trae como
consecuencia un significativo impacto en el tiempo necesario para producir una cinta de NC.
Precisión: Cuando se usa CAD/CAM, hay un alto nivel de control dimensional, más allá de los
niveles de precisión realizados manualmente. La precisión basada en computadora es
beneficiosa en varios sentidos.
4.4. Componentes del CAD/CAM
Los componentes de los sistemas de diseño y fabricación asistidos por computadora son muy
amplios, abarcando múltiples y diversas disciplinas, entre las que cabe destacar las siguientes:
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Modelado geométrico: Se ocupa del estudio de métodos de representación de entidades
geométricas. Existen tres tipos de modelos: alámbricos, de superficies y sólidos, y su uso
depende del objeto a modelar y la finalidad para la que se construya el modelo. Se utilizan
modelos alámbricos para modelar perfiles, trayectorias, redes, u objetos que no requieran la
disponibilidad de propiedades físicas (áreas, volúmenes, masa). Los modelos de superficie se
utilizan para modelar objetos como carrocerías, fuselajes, zapatos, personajes, donde la parte
fundamental del objeto que se está modelando es el exterior del mismo. Los modelos sólidos son
los que más información contienen y se usan para modelar piezas mecánicas, envases, moldes, y
en general, objetos en los que es necesario disponer de información relativa a propiedades físicas
anteriormente citadas.
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Técnicas de visualización: Son esenciales para la generación de imágenes del modelo. Los
algoritmos usados dependerán del tipo de modelo, abarcando desde simples técnicas de dibujo
2D para el esquema de un circuito eléctrico, hasta la visualización realista usando trazado de
rayos o para el estudio de la iluminación de un edificio. Es habitual utilizar técnicas específicas
para la generación de documentación dependiente de la aplicación, como por ejemplo, curvas de
nivel, secciones o representación de funciones sobre sólidos o superficies.
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Técnicas de interacción grafica: Son el soporte de la entrada de información geométrica del
sistema de diseño. Entre ellas, las técnicas de posicionamiento y selección tienen una especial
relevancia. Las técnicas de posicionamiento se utilizan para la introducción de coordenadas 2D o
3D. Las técnicas de selección permiten la identificación interactiva de un componente del modelo,
siendo por tanto esenciales para la edición del mismo.
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Interfaz de usuario: Uno de los aspectos más importantes de una aplicación CAD/CAM es su
interfaz. Del diseño de la misma depende en gran medida la eficiencia de la herramienta.
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Base de datos: Es el soporte para almacenar toda la información del modelo, desde los datos de
diseño, los resultados de los análisis que se realicen y la información de fabricación. El diseño de
las bases de datos para sistemas CAD/CAM plantea una serie de problemas específicos por la
naturaleza de la información que deben soportar.
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Métodos numéricos: Son la base de los métodos de cálculo empleados para realizar las
aplicaciones de análisis y simulación típicas de los sistemas de CAD/CAM.
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Conceptos de fabricación: Referentes a máquinas, herramientas y materiales, necesarios para
entender y manejar ciertas aplicaciones de fabricación y en especial la programación de control
numérico.
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Conceptos de comunicaciones: Necesarios para interconectar todos los sistemas, dispositivos
y máquinas de un sistema CAD/CAM.
En cuanto a hardware, se incluyen terminales gráficas, digitadores, terminales alfanuméricas,
unidad de copiado, plotters, dispositivo de almacenamiento secundario, unidad de control. La Figura
4.7. ilustra una configuración general para un sistema CAD/CAM.
Figura 4.7. Configuración general del hardware de un sistema CAD/CAM
Terminales gráficas (graphics terminal): Es la parte más visible de un sistema CAD/CAM
desde el punto de vista del usuario. Están provistas de televisores, osciloscopios o radares.
Control de cursor (cursor control): El cursor es generalmente un lugar brillante en la pantalla
que indica donde será colocado el dibujo, en el cual hay método en que la computadora lee la
posición del cursor. Hay dos maneras diferentes de controlar el cursor. La primera es sin una
relación física con la pantalla (por ejemplo, manejado desde un teclado), y la segunda es
mediante un lápiz óptico.
Terminales alfanuméricas (terminal alphanumeric): Casi todos los sistemas CAD/CAM tienen
una terminal alfanumérica en la terminal gráfica. Se usa para ingresar información adicional,
comandos, ingresos alfanuméricos y comandos del sistema. La terminal recibe los mensajes
desde el sistema, diseña la salida y los mensajes de error. La ventaja de una terminal separada
es que esos mensajes se ven sin borrar ni sobrescribir la imagen en la pantalla gráfica.
Unidad de copiado (hard copy unit): Normalmente se provee de una unidad de copiado que
hace copias de la pantalla en unos pocos segundos. Esas copias son usadas como grabaciones
permanentes de pasos intermedios.
Plotters: Hay muchos tipos de plotters disponibles para usar en sistemas CAD/CAM, como los de
alta velocidad y los de microfilm.
Unidad central de proceso (central processing unit): Funciona como el corazón de un sistema
CAD/CAM. Hace los cálculos matemáticos necesarios y dirige toda la actividad dentro del
sistema. Es el controlador maestro que maneja todas las actividades.
Dispositivos de almacenamiento secundario (secondary storage): Los datos son
normalmente guardados en discos magnéticos. Dichos discos proveen un rápido acceso a la
información. Los sistemas CAD/CAM generalmente pueden manejar varias disketteras,
totalizando varios Gb de almacenamiento. Se usan como copia de respaldo o como
almacenamiento de datos permanente.
Unidad de control de máquina (unit control machine): Este dispositivo está colocado en donde
ocurren las operaciones de maquinado. Lee e interpreta las instrucciones del programa y las
convierte en acciones mecánicas de la máquina herramienta. La lectora es un dispositivo
electromecánico que lee la cinta u otro medio magnético que contenga las instrucciones del
programa. Los canales de señales de salida se conectan a los servomotores y a otros
controladores de la máquina herramienta.
Panel de control (control panel): El panel de control contiene todo lo que necesita el operador
para correr el sistema de NC. Puede además contener pantallas para proveer información al
operador.
Hardware adicional: Pueden ser por ejemplo computadoras personales, que como son ahora
más poderosas y más baratas, se usan para diseñar, analizar, programar en NC, y muchas cosas
más.
Otra forma alternativa de estudiar los componentes del CAD/CAM se basa sobre cómo se
implementan. Según este criterio el CAD estaría formado por el hardware más el software de diseño y
el CAM estaría formado por el hardware más el software de fabricación y además los mecanismos de
comunicación necesarios para establecer la comunicación con las máquinas y robots.
5. Aspecto económico
Al lado de las consideraciones tecnológicas, la economía de los procesos de mecanizado es
muy importante. Se quiere determinar los parámetros que darán el mínimo costo por pieza o la
máxima velocidad de producción.
El costo unitario está compuesto por cuatro ítems:
t
l
s
m
p
C
C
C
C
C
Donde C
p
es el costo por pieza, C
m
es el costo de mecanizado, C
s
es el costo de preparación
para el mecanizado (montar la herramienta y preparar la máquina para determinada operación), C
l
es
el costo de cargar, descargar, etc., y C
t
es el costo de las herramientas.
El costo de mecanizado está compuesto a su vez por:
m
m
m
m
B
L
T
C
.
Donde T
m
es el tiempo de mecanizado por pieza, L
m
es el costo de trabajo de producción por
hora, y B
m
es la velocidad.
El costo de cargar y descargar está compuesto por:
m
m
l
l
B
L
T
C
.
Donde T
l
es el tiempo que se pierde en cargar y descargar las partes, cambiar velocidades,
etc.
El costo de las herramientas está compuesto por:
c
g
g
g
m
m
c
p
D
B
L
T
B
L
T
N
C
.
.
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