INTEGRACIÓN CAD-CAM
ALVARO AGUINAGA BARRAGÁN Ph.D. Msc. Ingeniero Mecánico
DIRECTOR
07/03/14
Dr. Álvaro Aguinaga B.
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RED DE INVESTIGACIÓN
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INTRODUCCIÓN
• La máquina herramienta ha jugado un papel
fundamental en el desarrollo tecnológico del
mundo.
TASA DEL DESARROLLO DE MÁQUINAS HERRAMIENTAS
DIRECTAMENTE PROPORCIONAL
LA TASA DEL DESARROLLO INDUSTRIAL.
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INTRODUCCIÓN
• El control numérico se introdujo en los
procesos de fabricación por la necesidad de
fabricar productos que no se podían
conseguir en cantidad y calidad suficientes
sin recurrir a la automatización del proceso
de fabricación, por la necesidad de obtener
productos hasta entonces imposibles o muy
difíciles de fabricar, por ser excesivamente
complejos para ser controlados por un
operador humano y por la necesidad de
fabricar productos a precios suficientemente
bajos.
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INTRODUCCIÓN
• FACTORES
PREDOMINANTES
AUTOMATIZACIÓN:
DE
LA
• + PRESICIÓN Y CALIDAD.
• + RAPIDEZ, MAYOR PRODUCCIÓN
• + MENOR COSTO.
• + FLEXIBILIDAD
• =
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AUMENTO DE LA PRODUCTIVIDAD
COMPETITIVIDAD
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DESARROLLO HISTÓRICO
•
Años 50 y 60:
–
–
–
–
–
–
–
•
Un ordenador ocupa una habitación y cuesta cientos de millones
Primera pantalla gráfica en el MIT
Concepto de programación de control numérico
Primeras máquinas herramienta
Cada compañía desarrolla su propio y peculiar sistema de CAD (GM)
Lápiz óptico: inicio de los gráficos interactivos
Aparición comercial pantallas de ordenador, utilizado por la industria
del automóvil, aeronáutica y compañías muy grandes
Años 70:
–
–
–
–
–
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Los minicomputadores son cabinas y cuestan millones de dólares.
CAD significa Computer Aided Drafting
Aparecen los primeros sistemas 3D (prototipos)
Potencia de los sistemas limitada
Modelado de elementos finitos, control numérico
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DESARROLLO HISTÓRICO
• Años 80:
– Incremento de potencia
– Se extiende la funcionalidad de las aplicaciones
CAD
– Superficies complejas y modelado sólido
– Los sistemas de CAD son caros todavía
– Se incrementa el interés en el modelado 3D
frente al dibujo 2D.
– Nace Autocad y los PC´s
– Menor precio y mayor funcionalidad de los
sistemas
– El mercado del CAD se generaliza en empresas
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DESARROLLO HISTÓRICO
• Años 90:
– Automatización completa procesos industriales
– Integración técnicas diseño, análisis, simulación
y fabricación
– Integración CAD-CAM
– Nuevas tecnologías como el CIM
• Actualmente:
–
–
–
–
–
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Internet e Intranets lo conectan todo
Uso de sistemas inteligentes y robotizados
El precio del software y hardware cae
La potencia aumenta
Gran cantidad de aplicaciones
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NUEVOS PROCESOS DE
MANUFACTURA
• Producir
es
un
proceso
de
transformación por el que los
materiales brutos se convierten en
productos acabados, que tienen un
valor en el mercado, con una
combinación de mano de obra,
maquinarias,
herramientas
especiales y energía.
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NUEVOS PROCESOS DE
MANUFACTURA
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NUEVOS PROCESOS DE
MANUFACTURA
• Las Tecnologías de Fabricación
estudian
los
procesos
de
conformado que sufre un material
desde que ha sido elaborado en
bruto
hasta
que
sale
transformado en un producto
acabado.
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NUEVOS PROCESOS DE
MANUFACTURA
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NUEVOS PROCESOS DE
MANUFACTURA
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NUEVOS PROCESOS DE
MANUFACTURA
• Computer Integrated Manufacturing (CIM)
o manufactura integrada por computador
es el lado de ésta que reconoce que los
diferentes pasos en el desarrollo de
productos
manufacturados
están
interrelacionados y pueden ser ajustados
de manera más eficiente y efectiva con el
uso de computadores.
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NUEVOS PROCESOS DE
MANUFACTURA
•
•
•
•
•
En el sistema CIM existen cinco
dimensiones fundamentales:
Administración general del negocio
Definición del producto y del proceso
Planificación y control del proceso
Automatización de la fábrica
Administración de las fuentes de
información
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NUEVOS PROCESOS DE
MANUFACTURA
• Beneficios de la implementación de un
sistema CIM:
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NUEVOS PROCESOS DE
MANUFACTURA
• Beneficios de la implementación de un
sistema CIM:
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NUEVOS PROCESOS DE
MANUFACTURA
• El CAD (Computer Aided Design), o diseño
asistido por computador, permite al diseñador
crear imágenes de partes, circuitos integrados,
ensamblajes y modelos. A éstos se le asignan
propiedades
geométricas,
cinéticas,
del
material entre otras, mejorando así el diseño
sobre papel. Se logra así una mayor velocidad
en el diseño, al existir la posibilidad de corregir,
encargándose el computador de recalcular el
dibujo.
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NUEVOS PROCESOS DE
MANUFACTURA
• El CAE (Computer Aided Engineering), o
ingeniería asistida por computador, es la
tecnología que analiza un diseño y simula su
operación para determinar su apego a las
condiciones de diseño y sus capacidades. El
CAE mecánico, en particular, incluye un análisis
por elementos finitos (FEA, Finite Element
Analysis) para evaluar las características
estructurales de una parte y programas
avanzados de cinemática para estudiar los
complejos movimientos de algunos mecanismos.
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NUEVOS PROCESOS DE
MANUFACTURA
• El CAPP (Computer Aided Process Planning), o
planificación de procesos asistida por
computador, es un sistema experto que captura
las capacidades de un ambiente manufacturero
específico
y
principios
manufactureros
ingenieriles, con el fin de crear un plan para la
manufactura física de un pieza previamente
diseñada. Este plan especifica la maquinaria
que se ocupará en la producción de la pieza, la
secuencia de operaciones a realizar, las
herramientas, velocidades de corte y avances,
y cualquier otro dato necesario para llevar la
pieza del diseño al producto terminado.
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NUEVOS PROCESOS DE
MANUFACTURA
• CAM es el acrónimo de ‘Computer Aided Manufacturing’
o producción asistida por computadora. Se trata de la
tecnología implicada en el uso de computadores para
realizar tareas de: modelación geométrica, planificación,
programación, inspección, ensamblado y embalaje de la
producción.
• El término CAM se puede definir como el uso de
sistemas informáticos para la planificación, gestión y
control de las operaciones de una planta de fabricación
mediante una interfaz directa o indirecta entre el
sistema informático y los recursos de producción.
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NUEVOS PROCESOS DE
MANUFACTURA
• CNC (Computer Numerical Control), o control
numérico por computador, cuya función básica es
controlar la operación de una máquina herramienta a
través de una serie de instrucciones codificadas que
representan el camino que llevará la herramienta, la
profundidad de corte, cambio de herramientas, etc.
asociados con la operación. El control computacional
ha cambiado la tecnología de la manufactura más
que ningún otro adelanto por sí solo, pues introdujo
el concepto de automatización que hoy manda en la
industria.
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NUEVOS PROCESOS DE
MANUFACTURA
• DNC (Distributed Numerical Control), o control
numérico directo, que es un concepto que
abarca unir un computador a varias máquinas
CNC para controlarlas y también recibir
información de ellas, para así poder manejar de
mejor manera la administración de la
manufactura. Esta información puede ser
conteo de piezas, tiempo de desuso de la
máquina o información sobre el control de
calidad.
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NUEVOS PROCESOS DE
MANUFACTURA
• PLC (Programmable Logic Controllers), o
controlador lógico programable, que son
elementos de control bastante importantes en
un ambiente de automatización. Los PLC son
computadores específicamente diseñados para
aguantar condiciones adversas de temperatura,
suciedad y ruido eléctrico. Están preparados
para ser programados como relés de escala
lógica, de tal manera que hasta un electricista
los pueda programar y mantener.
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CONTROL NUMÉRICO
• El Control Numérico (CN) es una forma de
automatización programable en la cual, en base
a un programa, se gobiernan todas las acciones
de una máquina o mecanismo haciendo que
este desarrolle una secuencia de operaciones y
movimientos previamente establecidos por el
programador.
• También es apropiado para volúmenes de
producción bajos o medios, dado que es más
fácil escribir nuevos programas que realizar
cambios en los equipos de procesado.
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MÁQUINA HERRAMIENTA
CONVENCIONAL
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CONTROL NUMÉRICO
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MÁQUINA CNC
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CONTROL NUMÉRICO
Los elementos de un sistema de CN son:
• El programa de instrucciones, que consta de una serie
de sentencias ejecutadas paso a paso que
directamente dirigen el equipo de procesado. El
programa se escribe en un lenguaje especial (código).
• El Control Numérico (CN), es la unidad que debe
interpretar las instrucciones contenidas el programa,
convertirlas en señales que accionen los dispositivos de
las máquinas y comprobar su resultado.
• El equipo de procesado, es el componente que realiza
el trabajo útil, y lo forman la mesa de trabajo, las
máquinas herramienta, los motores y controles.
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CONTROL NUMÉRICO
• A medida que el desarrollo de la
microelectrónica y la informática se aplica a los
controladores
numéricos,
se
potencian
extraordinariamente las funciones que permiten
desarrollar, simplificándolos a la vez, los
procedimientos de programación y operación
de las máquinas, de tal manera que los CNC –
control numérico computarizado - que se
construyen hoy día sólo conservan de los
primitivos CN los principios básicos de
funcionamiento.
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CONTROL NUMÉRICO
• Paralelamente, las máquinas herramienta han
ido evolucionando hacia la incorporación en
una sola máquina de varias operaciones
elementales
de
mecanizado
que
tradicionalmente se efectuaban en máquinas
diferentes, y hacia la incorporación de
cambiadores automáticos de piezas y
herramientas, apareciendo los centros de
mecanizado que permiten obtener una pieza
acabada, o casi acabada, en una sola estación
de trabajo.
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CONTROL NUMÉRICO
• El control numérico se monta sobre
todo tipo de máquina herramienta
convencional, tanto de arranque de
viruta
como
de
trazado
y
deformación. Así, lo encontramos en
tornos, fresadoras, rectificadoras,
taladradoras,
mandrinadoras,
dobladoras, plegadoras, punzadoras,
máquinas de trazar, punteadoras,
máquinas de soldar, de oxicorte, de
medir, etc.
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CONTROL NUMÉRICO
Sobre las funciones desarrolladas por las
máquinas convencionales las máquinas a
control numérico incorporan básicamente:
• Sistemas de posicionado de la herramienta.
• Sistemas de medición del desplazamiento.
• Sistemas
de
medición
de
piezas
y
herramientas.
• Sistemas de control de condiciones de
mecanizado.
• Sistemas de cambio de herramientas.
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• Sistemas de cambio de pieza.

CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
• Control Numérico (CN) es el término
original
de
esta
tecnología.
Actualmente es intercambiable con el
término
Control
Numérico
por
Computadora (CNC). El CN ha sido
uno
de
los
más
importantes
desarrollos en manufactura en los
últimos 50 años, al desarrollar nuevas
técnicas de producción, incrementar la
calidad de los productos y reducir los
costos.
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
• El CNC tuvo su origen a principios de
los años cincuenta en el Instituto de
Tecnología de Massachusetts (MIT), en
donde se automatizó por primera vez
una gran fresadora. En esta época las
computadoras estaban en sus inicios y
eran tan grandes que el espacio
ocupado por la computadora era
mayor que el de la máquina.
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
• Hoy 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, se aplica en
procesos
de
fabricación
como:
fresado,
torneado,
taladrado,
esmerilado,
doblado,
punzonado,
maquinado por descarga eléctrica,
inspección (máquina de coordenadas).
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO 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.
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MÁQUINA CNC
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MÁQUINA CNC
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CONTROL NUMÉRICO
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
VENTAJAS DEL USO DE MÁQUINAS CNC:
• Posibilidad de fabricación de piezas
imposibles o muy difíciles. Gracias al
control numérico se han podido obtener
piezas
muy
complicadas
como
las
superficies tridimensionales necesarias en
la fabricación de aviones.
• Seguridad.
El
control
numérico
es
especialmente recomendable para el trabajo
con productos peligrosos.
• Precisión. Esto se debe a la mayor precisión
de la máquina herramienta de control
numérico respecto de las clásicas.
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
VENTAJAS DEL USO DE MÁQUINAS CNC:
• Aumento de productividad de las máquinas. Esto se
debe a la disminución del tiempo total de
mecanización, en virtud de la disminución de los
tiempos de desplazamiento en vacío y de la rapidez
de los pocisionamientos que suministran los
sistemas electrónicos de control.
• Reducción de controles y desechos. Esta reducción
es debida fundamentalmente a la gran fiabilidad y
repetitividad de una máquina herramienta con
control numérico. Esta reducción de controles
permite prácticamente eliminar toda operación
humana posterior, con la subsiguiente reducción de
costos y tiempos de fabricación.
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
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MÁQUINA CNC
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MÁQUINA CNC
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MÁQUINA CNC
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
ACTUADORES DE MÁQUINAS CNC:
Motores DC
• Los más empleados históricamente en operaciones de
control de movimientos. Flexibilidad control velocidad y
par. Se controlan independientemente variando el
voltaje e intensidad.
• Tienen una amplia gama variación velocidad, rotación
uniforme, buena calidad mecanizado, baja inercia
motor, arranque/paradas rápidos, posibilidad de
mecanizado a altas velocidades.
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
ACTUADORES DE MÁQUINAS CNC:
Motores AC
• Mayoría de los motores industriales utilizados
actualmente. Se caracterizan por su simplicidad, bajo
coste, robustez y no necesitan mantenimiento.
• Antes tenían dificultad regulación velocidad. En este
tipo de motores, tensión, intensidad, velocidad de giro y
par están relacionados todos entre ellos y era muy difícil
controlarlos independientemente.
• El desarrollo de variadores de frecuencia, en la
actualidad ha permitido un control preciso en posición
como en velocidad, y una respuesta muy rápida.
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
ACTUADORES DE MÁQUINAS CNC:
Motores paso a paso
• Son los más utilizados en la actualidad en automatización. Es un
dispositivo electromecánico capaz de transformar una serie de
impulsos eléctricos en desplazamientos angulares fijos (pasos).
Los impulsos provocan desplazamientos angulares. La secuencia
de impulsos enviados finaliza cuando se alcanza la posición
deseada.
• Se caracterizan por su alta precisión en el posicionamiento,
sencillez de control. (Se varía la velocidad variando la frecuencia
de los impulsos de mando), amplio rango de variación de velocidad
y sencillez de fabricación y bajo coste.
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
SENSORES DE MÁQUINAS CNC:
Los sensores más utilizados en las máquinas
CNC son:
• Sensores analógicos: La salida varía de forma
continua y proporcional a la posición o
velocidad del elemento a controlar.
• Sensores digitales. Se obtienen señales
discretas en forma de impulsos de tensión o
corriente.
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
SENSORES DE MÁQUINAS CNC:
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
SENSORES DE MÁQUINAS CNC:
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
SENSORES DE MÁQUINAS CNC:
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
SENSORES DE MÁQUINAS CNC:
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
SENSORES DE MÁQUINAS CNC:
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SENSORES DE MÁQUINAS CNC:
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
SENSORES DE MÁQUINAS CNC:
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
OTROS COMPONENTES:
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
OTROS COMPONENTES:
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
OTROS COMPONENTES:
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CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO CNC
OTROS COMPONENTES:
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GRACIAS
POR SU ATENCIÓN
ING. ALVARO AGUINAGA B., Ph.D. Msc.
Email: alvaro.aguinaga@epn.edu.ec
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