La fabricación asistida por computadora ( CAM ) también conocida como modelado asistido por computadora o mecanizado asistido por computadora [1] [2] [3] es el uso de software para controlar máquinas herramienta y otras relacionadas en la fabricación de piezas de trabajo. [4] [5] [6] [7] [8] Esta no es la única definición de CAM, pero es la más común; [4] CAM también puede referirse al uso de una computadora para ayudar en todas las operaciones de una planta de fabricación, incluida la planificación, la gestión, el transporte y el almacenamiento. [9] [10]Su propósito principal es crear un proceso de producción más rápido y componentes y herramientas con dimensiones y consistencia de material más precisas, que en algunos casos, utiliza solo la cantidad requerida de materia prima (minimizando así el desperdicio), al tiempo que reduce el consumo de energía. [ cita requerida ] CAM es ahora un sistema utilizado en las escuelas y con fines educativos inferiores. CAM es un proceso posterior asistido por computadora después del diseño asistido por computadora (CAD) y, a veces, la ingeniería asistida por computadora (CAE), ya que el modelo generado en CAD y verificado en CAE puede ingresarse en el software CAM, que luego controla la máquina herramienta. CAM se utiliza en muchas escuelas junto con el diseño asistido por computadora (CAD) para crear objetos.
Descripción general
Tradicionalmente, CAM se ha considerado una herramienta de programación de control numérico (NC), en la que los modelos bidimensionales (2-D) o tridimensionales (3-D) de componentes se generan en CAD . Como ocurre con otras tecnologías “asistidas por computadora”, CAM no elimina la necesidad de profesionales calificados como ingenieros de manufactura , programadores NC o maquinistas . CAM aprovecha tanto el valor de los profesionales de fabricación más capacitados a través de herramientas de productividad avanzadas como el desarrollo de las habilidades de nuevos profesionales a través de herramientas de visualización, simulación y optimización.
Una herramienta CAM generalmente convierte un modelo a un lenguaje de la máquina en cuestión, típicamente G-Code . El control numérico se puede aplicar a herramientas de mecanizado o, más recientemente, a impresoras 3D.
Historia
Las primeras aplicaciones comerciales de CAM se realizaron en grandes empresas de las industrias automotriz y aeroespacial; por ejemplo, Pierre Béziers trabajó en el desarrollo de la aplicación CAD / CAM UNISURF en la década de 1960 para el diseño y el mecanizado de carrocerías de automóviles en Renault . [11] Alexander Hammer de DeLaval Steam Turbine Company inventó una técnica para perforar progresivamente las palas de la turbina de un bloque de metal sólido con el taladro controlado por un lector de tarjetas perforadas en 1950.
Históricamente, se consideraba que el software CAM tenía varias deficiencias que requerían un nivel excesivamente alto de participación por parte de maquinistas CNC capacitados . Fallows creó el primer software de CAD, pero tenía graves deficiencias y fue rápidamente llevado a la etapa de desarrollo. [ cita requerida ] El software CAM generaría código para la máquina menos capaz, ya que cada control de máquina herramienta se agregaba al conjunto de códigos G estándar para una mayor flexibilidad. En algunos casos, como el software CAM configurado incorrectamente o herramientas específicas, la máquina CNC requirió edición manual antes de que el programa se ejecute correctamente. Ninguno de estos problemas era tan insuperable como para que un ingeniero reflexivo o un operador de máquina capacitado no pudiera resolverlo para la creación de prototipos o pequeñas tiradas de producción; G-Code es un lenguaje simple. En talleres de alta producción o alta precisión, se encontró un conjunto diferente de problemas donde un maquinista CNC experimentado debe codificar manualmente los programas y ejecutar el software CAM.
La integración de CAD con otros componentes del entorno de gestión del ciclo de vida del producto (PLM) CAD / CAM / CAE requiere un intercambio de datos CAD eficaz . Por lo general, había sido necesario obligar al operador CAD a exportar los datos en uno de los formatos de datos comunes, como los formatos IGES o STL o Parasolid que son compatibles con una amplia variedad de software. La salida del software CAM suele ser un archivo de texto simple de código G / códigos M, a veces de muchos miles de comandos, que luego se transfiere a una máquina herramienta usando un programa de control numérico directo (DNC) o en controladores modernos usando un dispositivo de almacenamiento USB común .
Los paquetes CAM no podían, y todavía no pueden, razonar como lo hace un maquinista. No pudieron optimizar las trayectorias de herramientas en la medida necesaria para la producción en masa . Los usuarios seleccionarían el tipo de herramienta, el proceso de mecanizado y las rutas que se utilizarán. Si bien un ingeniero puede tener un conocimiento práctico de la programación del código G, los pequeños problemas de optimización y desgaste se complican con el tiempo. Los artículos producidos en masa que requieren mecanizado a menudo se crean inicialmente mediante fundición o algún otro método que no sea de máquina. Esto permite un código G escrito a mano, corto y altamente optimizado que no podría producirse en un paquete CAM.
Al menos en los Estados Unidos, hay una escasez de maquinistas jóvenes y capacitados que ingresan a la fuerza laboral capaces de desempeñarse en los extremos de la manufactura; alta precisión y producción en masa. [12] [13] A medida que el software CAM y las máquinas se vuelven más complicadas, las habilidades requeridas de un maquinista u operador de máquina avanzan para acercarse a las de un programador e ingeniero informático en lugar de eliminar al maquinista CNC de la fuerza laboral.
- Áreas típicas de preocupación
- Mecanizado de alta velocidad, incluida la optimización de las trayectorias de herramientas
- Mecanizado multifunción
- Mecanizado de 5 ejes
- Reconocimiento de características y mecanizado
- Automatización de procesos de mecanizado
- Facilidad de uso
Superar las deficiencias históricas
Con el tiempo, las deficiencias históricas de CAM se están atenuando, tanto por los proveedores de soluciones de nicho como por los proveedores de soluciones de alta gama. Esto ocurre principalmente en tres ámbitos:
- Facilidad de uso
- Para el usuario que recién se está iniciando como usuario de CAM, las capacidades listas para usar que brindan asistentes de proceso, plantillas, bibliotecas, kits de herramientas de máquina, mecanizado automatizado basado en funciones e interfaces de usuario adaptables específicas para funciones de trabajo crean confianza en el usuario y aceleran la curva de aprendizaje.
- La confianza del usuario se basa aún más en la visualización 3D a través de una integración más cercana con el entorno CAD 3D, incluidas simulaciones y optimizaciones para evitar errores.
- Complejidad de fabricación
- El entorno de fabricación es cada vez más complejo. La necesidad de herramientas CAM y PLM por parte del ingeniero de fabricación, programador NC o maquinista es similar a la necesidad de asistencia informática por parte del piloto de sistemas de aviones modernos. La maquinaria moderna no se puede utilizar correctamente sin esta ayuda.
- Los sistemas CAM de hoy son compatibles con la gama completa de máquinas herramienta que incluyen: torneado , mecanizado de 5 ejes , chorro de agua , corte por láser / plasma y electroerosión por hilo . El usuario actual de CAM puede generar fácilmente trayectorias de herramientas optimizadas, inclinación optimizada del eje de la herramienta para velocidades de avance más altas, mejor vida útil de la herramienta y acabado de la superficie, y una profundidad de corte ideal. Además de programar las operaciones de corte, los softwares CAM modernos también pueden impulsar operaciones que no son de corte, como el palpado de máquinas herramienta .
- Integración con PLM y EnterpriseLM ampliado para integrar la fabricación con las operaciones empresariales desde el concepto hasta el soporte de campo del producto terminado.
- Para garantizar la facilidad de uso adecuada a los objetivos del usuario, las soluciones CAM modernas son escalables desde un sistema CAM independiente hasta un conjunto de soluciones 3D multi-CAD totalmente integrado. Estas soluciones se crean para satisfacer todas las necesidades del personal de fabricación, incluida la planificación de piezas, la documentación del taller, la gestión de recursos y la gestión e intercambio de datos. Para evitar que estas soluciones proporcionen información detallada específica de la herramienta, una gestión de herramientas dedicada
Proceso de mecanizado
La mayor parte del mecanizado avanza a través de muchas etapas, [15] cada una de las cuales se implementa mediante una variedad de estrategias básicas y sofisticadas, según el diseño de la pieza, el material y el software disponible.
- Desbaste
- Este proceso generalmente comienza con material en bruto, conocido como palanquilla , o una fundición en bruto que una máquina CNC corta aproximadamente a la forma del modelo final, ignorando los detalles finos. En el fresado, el resultado a menudo da la apariencia de terrazas o escalones, porque la estrategia ha tomado múltiples "pasos" en la parte a medida que elimina el material. Esto aprovecha al máximo la capacidad de la máquina al cortar material horizontalmente. Las estrategias habituales son el desmonte en zig-zag, el desmonte con compensación, el desbaste por inmersión, el desbaste en reposo y el fresado trocoidal (desmonte adaptativo). El objetivo en esta etapa es eliminar la mayor cantidad de material en el menor tiempo posible, sin preocuparse mucho por la precisión dimensional general. Al desbastar una pieza, se deja deliberadamente una pequeña cantidad de material adicional para eliminarla en las operaciones de acabado posteriores.
- Semiacabado
- Este proceso comienza con una parte desbastada que se aproxima de manera desigual al modelo y corta dentro de una distancia de compensación fija del modelo. La pasada de semiacabado debe dejar una pequeña cantidad de material (llamado festón) para que la herramienta pueda cortar con precisión, pero no tan poco que la herramienta y el material se desvíen de las superficies de corte. [16] Las estrategias comunes son pasadas de trama , pasadas de línea de flotación, pasadas de paso constante, fresado de lápiz .
- Refinamiento
- El acabado implica muchos pases de luz a través del material en pasos finos para producir la pieza acabada. Al terminar una pieza, los pasos entre pasadas son mínimos para evitar que la herramienta se desvíe y el material retroceda. Para reducir la carga lateral de la herramienta, se reduce el enganche de la herramienta, mientras que las velocidades de avance y las velocidades del husillo generalmente aumentan para mantener una velocidad de superficie objetivo (SFM). Una carga de viruta ligera a alto avance y RPM a menudo se conoce como mecanizado de alta velocidad (HSM) y puede proporcionar tiempos de mecanizado rápidos con resultados de alta calidad. [17] El resultado de estas pasadas más ligeras es una pieza de alta precisión, con un acabado superficial uniformemente alto . Además de modificar las velocidades y avances, los maquinistas a menudo tendrán fresas de acabado específicas, que nunca se utilizaron como fresas de desbaste. Esto se hace para proteger la fresa de desarrollar virutas y fallas en la superficie de corte, que dejarían rayas e imperfecciones en la pieza final.
- Fresado de contornos
- En aplicaciones de fresado en hardware con cuatro o más ejes, se puede realizar un proceso de acabado independiente llamado contorneado. En lugar de descender en incrementos de grano fino para aproximar una superficie, la pieza de trabajo se gira para hacer que las superficies de corte de la herramienta sean tangentes a las características de la pieza ideal. Esto produce un excelente acabado superficial con alta precisión dimensional. Este proceso se usa comúnmente para mecanizar formas orgánicas complejas, como turbinas y álabes impulsores, que debido a sus curvas complejas y geometría superpuesta, son imposibles de mecanizar con máquinas de solo tres ejes. [18]
Software: grandes proveedores
Ver también
- Fabricación integrada por computadora (CIM)
- Modelado y fabricación digital
- Control numérico directo (DNC)
- Sistema de fabricación flexible (FMS)
- Fabricación asistida por computadora integrada (ICAM)
- Gestión de procesos de fabricación (MPM)
- PASO-NC
- Creación rápida de prototipos y fabricación rápida: fabricación sólida de forma libre directamente a partir de modelos CAD
- Fresado de cajeras CNC
Referencias
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Otras lecturas
- Yong, camiseta de Loong; Moy, Peter K. (septiembre de 2008). "Complicaciones de la colocación de implantes quirúrgicos de diseño asistido por computadora / guiado por mecanizado asistido por computadora (NobelGuide ™): una evaluación de los primeros resultados clínicos". Odontología de implantes clínicos e investigación relacionada . 10 (3): 123-127. doi : 10.1111 / j.1708-8208.2007.00082.x . PMID 18241215 .
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- Amin, SG; Ahmed, MHM; Youssef, HA (diciembre de 1995). "Diseño asistido por ordenador de bocinas acústicas para mecanizado ultrasónico mediante análisis de elementos finitos". Revista de tecnología de procesamiento de materiales . 55 (3–4): 254–260. doi : 10.1016 / 0924-0136 (95) 02015-2 .
enlaces externos
- CADSite.ru Modelos CAD
- Cimatron Brasil sobre el software CAD / CAM CimatronE
- Dragomatz y Mann revisaron los algoritmos de trayectorias de herramientas en 1997.
- Mecanizado de cavidades basado en curvas compensadas por Martin Held
- Purdue University Purdue Research and Education Center for Information Systems in Engineering
- Cómo evaluar un sistema CAM artículo Sheetmetalworld.com