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Programación de maquinas CNC

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PROGRAMACIÓN AUTOMÁTICA DE MAQUINAS CNC
PRINCIPIOS DE CAD/CAM
Este capítulo trata sobre el diseño asistido por computadora (CAD, Computer Aided
Design) y la manufactura asistida por computadora (CAM, Computer Aided
Manufacturing). Con estas herramientas informáticas se diseñan las piezas y se realizan
cálculos muy confiables sobre sus dimensiones, pesos, esfuerzos y centros de gravedad sin
tener que realizarlas físicamente. Permite reducir el costo y el tiempo necesario para la
fabricación de cualquier pieza. Por medio del CAM se consigue programar la maquinaria
utilizada en los procesos productivos, reduciendo los tiempos necesarios para el cambio de
series.
CONCEPTOS
Cronológicamente, los sistemas CAD fueron los primeros en aparecer, luego aparecieron
los CAM y finalmente se llegó al concepto CIM (Computer Integrated Manufacturing);
Esto ocurrió así debido a que cada nuevo sistema se basó en el anterior o al menos lo usó
como base. Muchos de los sistemas CAD/CAM en uso están diseñados y pensados para
automatizar funciones manuales, independientemente de sí la función en particular que
cumplirán será un análisis ingenieril, diseño conceptual, dibujo, documentación o la
programación de la maquinaria de manufactura e inspección.
TECNOLOGÍA CAD
Es un sistema que incorpora uno o más computadoras para realizar algunas de las funciones
y los cálculos necesarios en el proceso de diseño.
La principal característica de un sistema CAD es que permite diseñar en forma interactiva y
al mismo tiempo facilita la definición y construcción de una base de datos que alimenta
todo el sistema de información interno de una empresa. Otro aspecto importante es la
abolición del papel para los diseños realizados, ya que se pueden almacenar en medios
ópticos y/o magnéticos.
Este sistema incluye tecnologías que emplean: Máquinas - herramientas controladas
numéricamente (MHNC), Sistemas Flexibles de Manufactura (FMS) e inspección asistida
por computador.
Un FMS es un sistema integrado que incluye distintas tecnologías de automatización para
obtener flexibilidad en las operaciones de un taller de trabajo, disminuyendo el costo de la
producción.
La inspección asistida por computadora recopila automáticamente la información del
control de calidad y la analiza estableciendo informes estadísticos, aislando problemas del
proceso de producción. La tecnología CAM está relacionada con la robótica.
La tecnología CAM tiene ventajas en cuanto a la productividad de la fuerza de trabajo,
mejor calidad del producto y menor tiempo de preparación, además permite:
Extracción automática de información de los dibujos CAD para poder realizar la conversión
a programas de control numérico y robots.
Planeación automática de procesos.
Diseño y operación de pruebas y medidas automatizadas a las piezas y ensambles para
garantizar de esta manera la calidad de los productos.
Al implementar un sistema CAD/CAM se obtienen los beneficios siguientes:
Disminución del ciclo de producción
Integración de la ingeniería a funciones como el diseño, análisis y manufactura
Incrementa la productividad
Disminuye tiempos de dirección de procesos
Planeación eficiente y control de la calidad
Mejora el control de procesos de producción
Reducción de costos de producción
Precios más competitivos de los productos ofrecidos
Mayor precisión y rapidez durante la creación de diseños.
SISTEMAS CAD/CAM
La implementación de sistemas CAD/CAM es una decisión fundamental que depende de la
tecnología que se necesitará en una empresa-trabajo en particular. Si el trabajo que se
realizará es una sola pieza, que a largo plazo solo sufrirá pequeñas modificaciones, se
necesitará un sistema CAD simple; en cambio, si se habla de productos con múltiples
piezas y con necesidad de intercambiabilidad, estamos hablando de una computadora con
mayores prestaciones y un software más potente.
En el mundo del CAD/CAM, el primer foco está apuntando a la geometría del diseño.
Es al mismo tiempo, la herramienta con la que el sistema se construye y la primera
constante en cualquiera de sus aplicaciones. Muchos sistemas CAD/CAM disponibles están
confinados a la creación de diseños y dibujos a través de los gráficos de una computadora.
Otros proveen un juego más comprensivo de herramientas y geometría, tal y como lo
permite la geometría actual. En la figura 1.1 se muestra un esquema de cómo opera un
sistema CAD/CAM.
El modelado en tres dimensiones (3D) es la puerta de entrada a un ambiente
CAD/CAM completo; a pesar de que los sistemas 3D no son ocupados necesariamente para
todos los ambientes de diseño, ingeniería y manufactura, muchos de los sistemas
tridimensionales CAD/CAM pueden replicar las funciones de sistemas 2D y 3D si así se
requiere. El modelado por sólidos es el último método de diseño de geometría para el
ambiente CAD/CAM.
APLICACIONES
La base de cualquier sistema CAD/CAM es la plataforma de software usada en generar y
documentar el modelado de una parte o documento y es el llamado corazón del sistema.
Es a través de aplicaciones que la verdadera eficiencia de los sistemas CAD/CAM en
términos de ahorro en producción y costos relacionados con el proceso se pueden ver
realizadas.
Las aplicaciones en el ambiente CAD/CAM pueden ser clasificadas en: Función,
Diseño, Análisis, Documentación, Planeación de producción, Manufactura, Control de
calidad, Simulación, Soporte logístico etc.
Al manejar aplicaciones de manufactura, el proceso se puede dividir en dos categorías:
generación y uso. Lo más importante es la generación de datos, y su transmisión está en
manos de la correcta implementación del CAM, el cual en el sistema CAD/CAM implica
que el diseño y la manufactura están estrechamente ligados. La idea es que el
CAM utilice los datos generados por el CAD adecuadamente.
El rango y la profundidad de las aplicaciones CAM varían hoy enormemente y abarcan
desde máquinas herramientas relativamente simples hasta aquellas altamente automatizadas
que predominantemente se manejan a través de gráficos y generación de superficies.
Una lista parcial de aplicaciones actuales de manufactura con CAD/CAM se presenta a
continuación:
Oxicorte, taladrado, perforado, maquinado, soldado, colocación y ensamble de piezas,
diseño de herramientas, diseño de moldes, doblado de tubos, extrusión, estampado y
embutido, programación de robots, impresión de tableros de circuitos y recubrimiento de
cables.
VENTAJAS DE LOS SISTEMAS CAD/CAM
Los sistemas CAD/CAM nacieron como una herramienta para facilitar el manejo de
grandes cantidades de información gráfica de diseño de objetos, debido a la gran
complejidad inherente al manipular tanta información.
Las principales ventajas de los sistemas CAD son la rapidez de cálculo y determinación de
información convencional como ángulos, coeficientes de diversa índole, y en general
valores matemáticos de cálculo fácil pero laborioso. También es muy fácil cambiar los
datos del problema o la perspectiva del diseño sin tener que recalcular todo manualmente, a
diferencia del dibujo tradicional., esto es, se pueden probar diferentes variantes de cada
modelo en poco tiempo, ahorrando tiempo y dinero en encontrar la mejor alternativa de
diseño.
Respecto al CAM, las ventajas de automatizar la producción son la consistente economía en
el costo de manufactura (a pesar de que la inversión inicial puede ser muy alta), la gran
disminución en tiempo de producción por artículo, y la poca dificultad para cambiar la línea
de producción y la disminución de riesgos para operarios humanos en ambientes hostiles o
peligrosos.
GENERALIDADES DEL CNC.
Actualmente existe un ambiente de grandes expectativas e incertidumbre. Mucho de esto se
debe a los rápidos cambios en la tecnología actual, pues estos no permiten asimilarla en
forma adecuada de modo que es muy difícil sacar su mejor provecho.
También hay cambios en el orden económico y político, los cuales en sociedades como la
nuestra (países en desarrollo) inhiben el surgimiento de soluciones autóctonas o propias
para nuestros problemas más importantes.
Entre todos estos cambios, uno de los de mayor influencia será sin duda el desarrollo de las
nuevas políticas mundiales en mercados abiertos y globalización. Todo esto habla de una
libre competencia y surge la necesidad de adecuar nuestra industria a fin de poder satisfacer
el reto de la competencia de los próximos años. Una opción o alternativa frente a esto, es la
reconversión de la industria introduciendo el elemento de la automatización, sin embargo
debe hacerse de la forma más adecuada, de modo que puede absorber gradualmente la
nueva tecnología en un tiempo adecuado; todo ello sin olvidar los factores de rendimiento
de la inversión y capacidad de producción.
Uno de los elementos importantes dentro de éste resurgimiento de la automatización con las
máquinas-herramientas de control numérico computarizado (máquinas CNC), las cuales
brindan algunas ventajas adicionales que es muy importante considerar detenidamente, lo
cual es uno de los propósitos de éste trabajo.
DIFICULTADES EN LA INDUSTRIA
Entre los problemas industriales que enfrentan los países desarrollados se encuentran los
siguientes:
Existe cada vez mayor exigencia en la precisión
Los diseños son cada vez más complejos
La diversidad de productos hace necesario la tendencia a estructuras de producción más
flexibles.
Se tiende a incrementar los tiempos de inspección
Los costos de fabricación de moldes es mayor y se hace necesario minimizar errores.
El tiempo de entrega de los productos tiende a ser cada vez más reducido

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  • 2. Este sistema incluye tecnologías que emplean: Máquinas - herramientas controladas numéricamente (MHNC), Sistemas Flexibles de Manufactura (FMS) e inspección asistida por computador. Un FMS es un sistema integrado que incluye distintas tecnologías de automatización para obtener flexibilidad en las operaciones de un taller de trabajo, disminuyendo el costo de la producción. La inspección asistida por computadora recopila automáticamente la información del control de calidad y la analiza estableciendo informes estadísticos, aislando problemas del proceso de producción. La tecnología CAM está relacionada con la robótica. La tecnología CAM tiene ventajas en cuanto a la productividad de la fuerza de trabajo, mejor calidad del producto y menor tiempo de preparación, además permite: Extracción automática de información de los dibujos CAD para poder realizar la conversión a programas de control numérico y robots. Planeación automática de procesos. Diseño y operación de pruebas y medidas automatizadas a las piezas y ensambles para garantizar de esta manera la calidad de los productos. Al implementar un sistema CAD/CAM se obtienen los beneficios siguientes: Disminución del ciclo de producción Integración de la ingeniería a funciones como el diseño, análisis y manufactura Incrementa la productividad Disminuye tiempos de dirección de procesos Planeación eficiente y control de la calidad Mejora el control de procesos de producción Reducción de costos de producción Precios más competitivos de los productos ofrecidos
  • 3. Mayor precisión y rapidez durante la creación de diseños. SISTEMAS CAD/CAM La implementación de sistemas CAD/CAM es una decisión fundamental que depende de la tecnología que se necesitará en una empresa-trabajo en particular. Si el trabajo que se realizará es una sola pieza, que a largo plazo solo sufrirá pequeñas modificaciones, se necesitará un sistema CAD simple; en cambio, si se habla de productos con múltiples piezas y con necesidad de intercambiabilidad, estamos hablando de una computadora con mayores prestaciones y un software más potente. En el mundo del CAD/CAM, el primer foco está apuntando a la geometría del diseño. Es al mismo tiempo, la herramienta con la que el sistema se construye y la primera constante en cualquiera de sus aplicaciones. Muchos sistemas CAD/CAM disponibles están confinados a la creación de diseños y dibujos a través de los gráficos de una computadora. Otros proveen un juego más comprensivo de herramientas y geometría, tal y como lo permite la geometría actual. En la figura 1.1 se muestra un esquema de cómo opera un sistema CAD/CAM.
  • 4. El modelado en tres dimensiones (3D) es la puerta de entrada a un ambiente CAD/CAM completo; a pesar de que los sistemas 3D no son ocupados necesariamente para todos los ambientes de diseño, ingeniería y manufactura, muchos de los sistemas tridimensionales CAD/CAM pueden replicar las funciones de sistemas 2D y 3D si así se requiere. El modelado por sólidos es el último método de diseño de geometría para el ambiente CAD/CAM. APLICACIONES La base de cualquier sistema CAD/CAM es la plataforma de software usada en generar y documentar el modelado de una parte o documento y es el llamado corazón del sistema. Es a través de aplicaciones que la verdadera eficiencia de los sistemas CAD/CAM en términos de ahorro en producción y costos relacionados con el proceso se pueden ver realizadas. Las aplicaciones en el ambiente CAD/CAM pueden ser clasificadas en: Función, Diseño, Análisis, Documentación, Planeación de producción, Manufactura, Control de calidad, Simulación, Soporte logístico etc. Al manejar aplicaciones de manufactura, el proceso se puede dividir en dos categorías: generación y uso. Lo más importante es la generación de datos, y su transmisión está en manos de la correcta implementación del CAM, el cual en el sistema CAD/CAM implica que el diseño y la manufactura están estrechamente ligados. La idea es que el CAM utilice los datos generados por el CAD adecuadamente. El rango y la profundidad de las aplicaciones CAM varían hoy enormemente y abarcan desde máquinas herramientas relativamente simples hasta aquellas altamente automatizadas que predominantemente se manejan a través de gráficos y generación de superficies.
  • 5. Una lista parcial de aplicaciones actuales de manufactura con CAD/CAM se presenta a continuación: Oxicorte, taladrado, perforado, maquinado, soldado, colocación y ensamble de piezas, diseño de herramientas, diseño de moldes, doblado de tubos, extrusión, estampado y embutido, programación de robots, impresión de tableros de circuitos y recubrimiento de cables. VENTAJAS DE LOS SISTEMAS CAD/CAM Los sistemas CAD/CAM nacieron como una herramienta para facilitar el manejo de grandes cantidades de información gráfica de diseño de objetos, debido a la gran complejidad inherente al manipular tanta información. Las principales ventajas de los sistemas CAD son la rapidez de cálculo y determinación de información convencional como ángulos, coeficientes de diversa índole, y en general valores matemáticos de cálculo fácil pero laborioso. También es muy fácil cambiar los datos del problema o la perspectiva del diseño sin tener que recalcular todo manualmente, a diferencia del dibujo tradicional., esto es, se pueden probar diferentes variantes de cada modelo en poco tiempo, ahorrando tiempo y dinero en encontrar la mejor alternativa de diseño. Respecto al CAM, las ventajas de automatizar la producción son la consistente economía en el costo de manufactura (a pesar de que la inversión inicial puede ser muy alta), la gran disminución en tiempo de producción por artículo, y la poca dificultad para cambiar la línea de producción y la disminución de riesgos para operarios humanos en ambientes hostiles o peligrosos. GENERALIDADES DEL CNC. Actualmente existe un ambiente de grandes expectativas e incertidumbre. Mucho de esto se debe a los rápidos cambios en la tecnología actual, pues estos no permiten asimilarla en forma adecuada de modo que es muy difícil sacar su mejor provecho.
  • 6. También hay cambios en el orden económico y político, los cuales en sociedades como la nuestra (países en desarrollo) inhiben el surgimiento de soluciones autóctonas o propias para nuestros problemas más importantes. Entre todos estos cambios, uno de los de mayor influencia será sin duda el desarrollo de las nuevas políticas mundiales en mercados abiertos y globalización. Todo esto habla de una libre competencia y surge la necesidad de adecuar nuestra industria a fin de poder satisfacer el reto de la competencia de los próximos años. Una opción o alternativa frente a esto, es la reconversión de la industria introduciendo el elemento de la automatización, sin embargo debe hacerse de la forma más adecuada, de modo que puede absorber gradualmente la nueva tecnología en un tiempo adecuado; todo ello sin olvidar los factores de rendimiento de la inversión y capacidad de producción. Uno de los elementos importantes dentro de éste resurgimiento de la automatización con las máquinas-herramientas de control numérico computarizado (máquinas CNC), las cuales brindan algunas ventajas adicionales que es muy importante considerar detenidamente, lo cual es uno de los propósitos de éste trabajo. DIFICULTADES EN LA INDUSTRIA Entre los problemas industriales que enfrentan los países desarrollados se encuentran los siguientes: Existe cada vez mayor exigencia en la precisión Los diseños son cada vez más complejos La diversidad de productos hace necesario la tendencia a estructuras de producción más flexibles. Se tiende a incrementar los tiempos de inspección Los costos de fabricación de moldes es mayor y se hace necesario minimizar errores. El tiempo de entrega de los productos tiende a ser cada vez más reducido
  • 7. La formación de instructores es cada vez más difícil, pues se hace necesario personal cada vez más experimentado. TIPOS DE AUTOMATIZACIÓN Existen cinco formas de automatizar en la industria moderna, de modo que se deberá analizar cada situación a fin de decidir correctamente la solución más adecuada. Los tipos automatización son: Control automático de procesos. El procesamiento electrónico de datos. La automatización fija. El control numérico computarizado La automatización flexible. El control automático de procesos, se refiere usualmente al manejo de procesos caracterizados de diversos tipos de cambios (generalmente químicos y físicos); un ejemplo podría ser la refinación del petróleo. El proceso electrónico de datos frecuentemente se relaciona con los sistemas de información, centros de cómputo, etc. Sin embargo, en la actualidad también se considera dentro de esto, la obtención, análisis y registros de datos a través de interfases y computadores. La automatización fija es aquella asociada al empleo de sistemas lógicos tales como: los sistemas de relevadores y compuertas lógicas; sin embargo, estos sistemas se han flexibilizado al introducir algunos elementos de programación como en el caso de los
  • 8. Controladores Lógicos Programables (PLC´s) Un mayor nivel de flexibilidad lo poseen las máquinas de control numérico computarizado. Este tipo de control se ha aplicado con éxito a máquinas-herramientas CNC. Pudiendo mencionar entre ellas a las siguientes: Fresadoras Tornos Máquinas de electroerosión Corte mediante flama Corte por LASER Trabajo en madera Mecanizado hidrodinámico (Water-Jet) EL FACTOR HUMANO Y LAS MAQUINAS CNC En esta sección se verá el tipo de conocimientos y/o habilidades que debe poseer un operador CNC. El operador de CNC deberá tener conocimientos de geometría, álgebra y trigonometría, también deberá conocer sobre la selección y diseño de herramientas de corte y dominar las técnicas de sujeción PROGRAMACIÓN CNC. El CNC tuvo su origen a principios de los años cincuenta en el Instituto de Tecnología de Massachussets (MIT), en donde se automatizó por primera vez una gran fresadora. En ésta época, las computadoras estaban en sus inicios y eran tan grandes que el espacio ocupado por la computadora era mucho mayor que el de la fresadora.
  • 9. Hoy en día, las computadoras son cada vez más pequeñas y económicas, con lo que el uso del CNC se ha extendido a todo tipo de maquinaria, por ejemplo: tornos, rectificadoras, punzonadoras, electroerosionadoras, etc. BIBLIOGRAFÍA http://olimpia.cuautitlan2.unam.mx/pagina_ingenieria/mecanica/mat/mat_mec/m4/master_cam. pdf