sistemas CAD/CAE
- 1. Procesos de manufactura ll “““sssiiisssttteeemmmaaasss CCCAAADDD /// CCCAAAEEE””” Ing. Benjamín Alejandro Varela Seañez Daniel López Arguijo 5: c
- 2. Sistemas CAD Computer-aided design (CAD) es el uso de programas computacionales para crear representaciones gráficas de objetos físicos ya sea en segunda o tercera dimensión (2D o 3D). El software CAD puede ser especializado para usos y aplicaciones específicas. CAD es ampliamente utilizado para la animación computacional y efectos especiales en películas, publicidad y productos de diferentes industrias, donde el software realiza cálculos para determinar una forma y tamaño óptimo para una variedad de productos y aplicaciones de diseño industrial. En diseño de industrial y de productos, CAD es utilizado principalmente para la creación de modelos de superficie o sólidos en 3D, o bien, dibujos de componentes físicos basados en vectores en 2D. Sin embargo, CAD también se utiliza en los procesos de ingeniería desde el diseño conceptual y hasta el layout de productos, a través de fuerza y análisis dinámico de ensambles hasta la definición de métodos de manufactura. Esto le permite al ingeniero analizar interactiva y automáticamente las variantes de diseño, para encontrar el diseño óptimo para manufactura mientras se minimiza el uso de prototipos físicos. Beneficios de CAD Los beneficios del CAD incluyen menores costos de desarrollo de productos, aumento de la productividad, mejora en la calidad del producto y un menor tiempo de lanzamiento al Mercado. 1) Mejor visualización del producto final, los sub-ensambles parciales y los componentes en un sistema CAD agilizan el proceso de diseño. 2) El software CAD ofrece gran exactitud de forma que se reducen los errores. 3) El software CAD brinda una documentación más sencilla y robusta del diseño, incluyendo geometría y dimensiones, lista de materiales, etc. 4) El software CAD permite una reutilización sencilla de diseños de datos y mejores prácticas.
- 3. Sistemas CAE Ingeniería asistida por computadora (CAE) es el uso de software computacional para simular desempeño y así poder hacer mejoras a los diseños de productos o bien apoyar a la resolución de problemas de ingeniería para una amplia gama de industrias. Esto incluye la simulación, validación y optimización de productos, procesos y herramientas de manufactura. Un proceso típico de CAE incluyen pasos de pre-procesado, solución y post- procesado. En la fase de pre-procesado, los ingenieros modelan la geometría y las propiedades físicas del diseño, así como el ambiente en forma de cargas y restricciones aplicadas. En la fase de post-procesado, los resultados se presentan al ingeniero para su revisión. Las aplicaciones CAE soportar una gran variedad de disciplinas y fenómenos de la ingeniería incluyendo: 1) Análisis de estrés y dinámica de componentes y ensambles utilizando el análisis de elementos finitos (FEA) 2) Análisis Termal y de fluidos utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD) 3) Análisis de Cinemática y de dinámica de mecanismos (Dinámica multicuerpos) 4) Simulación mecánica de eventos (MES) 5) Análisis de control de sistemas 6) Simulación de procesos de manufactura como forja, moldes y troquelados 7) Optimización del proceso del producto Algunos problemas de la ingeniería requieren la simulación de fenómenos múltiples para representar la física subyacente. Las aplicaciones CAE que abordan dichos problemas usualmente se llaman soluciones de física múltiple.
- 4. Beneficios de CAE Los beneficios de software de tipo CAE incluyen reducción del tiempo y costo de desarrollo de productos, con mayor calidad y durabilidad del producto. 1) Las decisiones sobre el diseño se toman con base en el impacto del desempeño del producto. 2) Los diseños pueden evaluarse y refinarse utilizando simulaciones computarizadas en lugar de hacer pruebas a prototipos físicos, ahorrando tiempo y dinero. 3) Aplicaciones CAE brindan conocimientos sobre el desempeño más temprano en el proceso de desarrollo, cuando los cambios al diseño son menos costosos de hacer. 4) Aplicaciones CAE apoyan a los equipos de ingeniería a administrar riesgos y comprender las implicaciones en el desempeño de sus diseños. 5) Los datos integrados y la gestión del proceso del CAE amplían la capacidad de balancear con eficacia los conocimientos del funcionamiento mientras se mejoran los diseños para una comunidad más amplia. 6) La exposición de garantía es reducida al identificar y eliminar problemas potenciales. Cuando integrado al producto y desarrollo de la manufactura, CAE puede facilitar desde etapas tempranas la resolución de problemas, lo que puede reducir dramáticamente los costos asociados al ciclo de vida del producto.
- 5. ¿Qué significa CNC? 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. Las máquinas CNC son capaces de mover la herramienta al mismo tiempo en los tres ejes para ejecutar trayectorias tridimensionales como las que se requieren para el maquinado de complejos moldes y troqueles como se muestra en la imagen. 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. Por ejemplo, para indicarle a la máquina que mueva la herramienta describiendo un cuadrado de 10 mm por lado se le darían los siguientes códigos: G90 G71 G00 X0.0 Y0.0 G01 X10.0 G01 Y10.0 G01 X0.0 G01 Y0.0 Un conjunto de órdenes que siguen una secuencia lógica constituyen un programa de maquinado. Dándole las órdenes o instrucciones adecuadas a la máquina, ésta es capaz de maquinar una simple ranura, una cavidad irregular, la cara de una persona en altorrelieve o bajorrelieve, un grabado artístico un molde de inyección de una cuchara o una botella... lo que se quiera.
- 6. Historia del CNC l uso de CNC (Computarized Numerical Control) tuvo sus inicios en la industria de aviación durante la Segunda Guerra Mundial. Nació con el objetivo de mejorar la producción de piezas para que tuvieran mayor exactitud y precisión. El concepto de Control Numérico fue desarrollado por John Parsons, con el objetivo de producir mejorías en la industria de aviación, con esto se iniciaron una serie de estudios y proyectos en el Instituto Tecnológico de Massachussets en 1949. "El principal objetivo durante las investigaciones fue el de crear una fresadora experimental en el Laboratorio de Servomechanisms en el Instituto. El Prof. J.F. Reintjes, director del laboratorio, James O. McDonough, Richard W. Lawrie, A.K. Susskind, y H.P. Grossimon fueron los especialistas que trabajaron durante la investigación" American Machinist. Agosto (1996) “La Fresadora Cincinnati Hydro-Tel con Husillo-Vertical fue el punto de partida. Fue modificada numerosas veces: la mesa, el carro transversal, los controles fueron removidos, y las tres transmisiones hidráulicas de velocidad variable fueron instaladas y conectadas al tornillo de avance, etc.” American Machinist. Agosto (1996) En 1951, el sistema fue ensamblado, y comenzó la aplicación de los estudios. En 1953 se tenía suficiente información para describir el uso práctico de ésta y el posible desarrollo. Un estudio de 24 páginas apareció en American Machinist el 25 de Octubre de 1954. La primer máquina CNC que redujo la producción de 8 horas a 15 minutos fue desarrollada por John Runyon. En 1956, la Fuerza Aérea de Estados Unidos aceptó la propuesta para producir el lenguaje de programación de control numérico. Las primeras máquinas CNC comerciales se presentaron en la feria Nacional Machine Tool Show de 1955.
- 7. La primera generación de utilizaba grandes equipos controladores de válvulas de vacío, que consumían una gran cantidad de energía eléctrica y generaban mucho calor. Los modelos de la segunda generación sustituyeron los tubos de vacío por transistores de mayor fiabilidad, con menor consumo de energía y que ocupaban menos espacio. Estas máquinas de la primera y segunda generación de controladores no tenían memoria. El controlador tenía que ser alimentado con instrucciones, de una en una desde una fuente externa, como puede ser un lector de cinta. El controlador aceptará una sola instrucción (o comando), ejecutará ese comando, aceptará el comando siguiente, lo ejecutará y así sucesivamente. Los comandos se codifican en una cinta de papel. A medida que la cinta pasa a través del lector de cinta, un solo bloque de información (el comando) se lee y se transmite al controlador para su ejecución. Después de la ejecución, el controlador envía una señal al lector de cinta, indicándole que está listo para otro comando. El lector de la cinta lee el siguiente bloque, y así sucesivamente, hasta que se lee toda la cinta, pasa al controlador, y se ejecuta. El último comando en la cinta era un código para hacer que el lector parase y rebobinase la cinta. Si bien de inmediato se demostró que estas máquinas CNC podían ahorrar costes, eran tan diferentes que su uso tardó en hacerse popular entre los fabricantes. Con el fin de promover su adopción, el ejército de Estados Unidos compró 120 máquinas de control numérico y las prestó a varios fabricantes para que pudieran familiarizarse con ellas. El lenguaje estándar G-Code se desarrolló en el Laboratorio de Servomecanismos del MIT en 1958, siendo adoptado por muchos fabricantes de maquinaria.
- 8. Tornos CNC Tipos de Torno CNC Torno CNC de bancada inclinada: Este tipo de torno posee una bancada inclinada de una pieza que otorga mayor rigidez, precisión y durabilidad en el trabajo que se vaya a realizar como taladrado, torneado, fresado. Todo esto se controla mediante un control digital muy sofisticado conocido como ‘’control FANUC’’. Torno CNC de bancada plana: existen en dos presentaciones. 1. El de la serie FLC, utiliza un sistema de refrigerado y una puerta de seguridad de vidrios. Es muy utilizado para realizar trabajos con piezas pequeñas y también complejas como brocas, piezas de metal, hierro y todo material para el cual se requiera una minuciosa exactitud. 2. La serie BJ VSCNC, utiliza un sistema de refrigerado, un sistema eléctrico de programable de cuatro estaciones y un control FANUC. A diferencia del primer modelo, éste se utiliza para realizar trabajos con exactitud en medianas y grandes piezas. Tornos Verticales CNC: Este tipo de torno posee guías cuadradas (eje X y Z) para poder marcar un mejor corte acompañado de un controlador digital FANUC. Este tipo de tornos está diseñado para trabajar con herramientas de gran volumen.
- 9. Tornos paralelos universales CNC Dentro de este tipo existen varios modelos: La serie S90 permite realizar trabajos precisos, esto se utiliza cuando no se quiere realizar grandes trabajos en series y sólo se necesita el corte de pequeñas piezas. La serie SMART-TURN 7, posee un sistema digital muy avanzado, lo cual permite que el tiempo de trabajo en un corte sea menor. Sin duda, la lectura del lenguaje ISO hace que este tipo de tornos sea dinámico para todo tipo de movimientos y operaciones. La serie YZ presenta un diseño industrial más sofisticado ya que posee un freno de emergencia que permite una mayor seguridad al momento de realizar los cortes. Son mayormente para producir objetos pequeños como flejas, poleas bujes, etc. La serie BJ posee una chuchilla giratoria de tres mordazas la cual se moviliza fácilmente mediante un plato de arraste. Su utilización se ha enfocado en la reparación y refracción de piezas de diferentes tamaños. La serie DA-1640 está completamente revestido de hierro fundido el cual le da una mayor resistencia para realizar diversos trabajos. Lo particular de este modelo es la gran velocidad de corte que posee y el poco ruido que emite al realizar el mismo. Se utiliza mayormente para trabajaos de reparación y refracción. Tornos CNC Petroleros: Son mayormente utilizados para la reparación de líneas de tubos petroleros, metalúrgicos e hidroeléctricos. Se presentan en la serie SCT y se les conoce por ser muy eficientes en trabajos de torneado convencional y excéntrico. Tornos de herramientas vivas CNC: Se utilizan para realizar trabajos complejos y realizan cortes de mayor exactitud. Esto se debe a que posee un sujetador tipo BMT provisto de embriague de dientes cursos el cual permite realizar una sujeción exacta. Se presentan en la serie FML-1032Y.