El documento trata sobre sistemas CAD, CAE y CNC. Explica que CAD se usa para crear representaciones gráficas 2D y 3D de objetos físicos usando software especializado. CAE usa software para simular el desempeño de diseños y apoyar la resolución de problemas de ingeniería. CNC significa control numérico computarizado y se refiere a máquinas controladas por computadora que pueden realizar movimientos complejos guiados por programas.

1. Procesos de manufactura ll
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Ing. Benjamín Alejandro Varela Seañez
Daniel López Arguijo
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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.