Fabricación asistida por ordenador

Modelo CAD y parte de máquina CNC

Fabricación asistida por computadora (CAM), también conocida como modelado asistido por computadora o mecanizado asistido por computadora es el uso de software para controlar máquinas herramienta en la fabricación de piezas de trabajo. Esta no es la única definición de CAM, pero es la más común. 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. Su objetivo principal es crear un proceso de producción más rápido y componentes y herramientas con dimensiones más precisas y consistencia del material, que en algunos casos utiliza solo la cantidad requerida de materia prima (lo que minimiza el desperdicio), al tiempo que reduce el consumo de energía. CAM es ahora un sistema utilizado en las escuelas y con fines educativos menores. CAM es un proceso asistido por computadora posterior al diseño asistido por computadora (CAD) y, a veces, a la ingeniería asistida por computadora (CAE), ya que el modelo generado en CAD y verificado en CAE se puede ingresar en el software CAM, que luego controla la máquina herramienta. CAM se usa en muchas escuelas junto con el diseño asistido por computadora (CAD) para crear objetos.

Resumen

Disco cromo-cobalto con coronas para implantes dentales, fabricado con WorkNC CAM

Tradicionalmente, CAM ha sido una herramienta de programación de control numérico (NC), en la que se generan modelos bidimensionales (2-D) o tridimensionales (3-D) de componentes en CAD. Al igual que con otros "asistidos por computadora" tecnologías, CAM no elimina la necesidad de profesionales capacitados, como ingenieros de fabricación, programadores de NC o maquinistas. CAM aprovecha el valor de los profesionales de fabricación más capacitados a través de herramientas de productividad avanzadas, al tiempo que desarrolla las habilidades de los nuevos profesionales a través de herramientas de visualización, simulación y optimización.

Una herramienta CAM generalmente convierte un modelo a un idioma que la máquina de destino en cuestión entiende, generalmente 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 fueron 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 de carrocerías y herramientas en Renault. Alexander Hammer en DeLaval Steam Turbine Company inventó una técnica para perforar progresivamente las palas de la turbina a partir de un bloque de metal sólido con el taladro controlado por un lector de tarjetas perforadas en 1950.

Históricamente, se vio que el software CAM tenía varias deficiencias que requerían un nivel demasiado alto de participación por parte de los maquinistas CNC expertos. Fallows creó el primer software de CAD, pero tenía graves deficiencias y pronto se retomó la etapa de desarrollo. El software CAM generaba 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 la configuración incorrecta del software CAM o herramientas específicas, la máquina CNC requirió una edición manual antes de que el programa se ejecutara correctamente. Ninguno de estos problemas era tan insuperable que un ingeniero reflexivo o un operador de máquina capacitado no pudiera superar para la creación de prototipos o pequeñas series de producción; G-Code es un lenguaje simple. En talleres de alta producción o de alta precisión, se encontró un conjunto diferente de problemas en los que un maquinista CNC experimentado debe codificar programas a mano y ejecutar 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 de CAD a exportar los datos en uno de los formatos de datos comunes, como IGES o STL o formatos 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 con 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 aún no pueden, razonar como lo hace un maquinista. No podían optimizar las trayectorias de herramientas en la medida requerida por 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 de código G, los pequeños problemas de optimización y desgaste se agravan con el tiempo. Los artículos producidos en masa que requieren maquinado a menudo se crean inicialmente a través de fundición o algún otro método no maquinado. Esto permite un código G escrito a mano, corto y altamente optimizado que no se podría producir en un paquete CAM.

Al menos en los Estados Unidos, hay una escasez de maquinistas jóvenes y calificados que ingresen a la fuerza laboral y puedan desempeñarse en los extremos de la fabricación; alta precisión y producción en masa. A medida que el software CAM y las máquinas se vuelven más complicados, 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.

Aspectos típicos de la preocupación

• Mecanizado de alta velocidad, incluyendo la racionalización de las rutas de herramientas
• Mecanizado multifunción
• 5 Axis Machining
• Reconocimiento y mecanizado de características
• 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 gama alta. Esto está ocurriendo principalmente en tres arenas:

1. Facilidad de uso
2. Complejidad de fabricación
3. Integración con PLM y la empresa ampliada

Facilidad en uso

Para el usuario que acaba de empezar como usuario de CAM, las capacidades fuera de la caja que proporcionan Wizards de Proceso, plantillas, bibliotecas, kits de herramientas de máquina, mecanizado automático de funciones y funciones específicas de función de trabajo interfaces de usuario adaptables construyen confianza del usuario y aceleran la curva de aprendizaje.

La confianza del usuario se basa más en la visualización 3D mediante una integración más estrecha con el entorno CAD 3D, incluyendo simulaciones y optimizaciones de error.

Complejidad de fabricación

El entorno de fabricación es cada vez más complejo. The need for CAM and PLM tools by the manufacturing engineer, NC programmer or machinist is similar to the need for computer assistance by the pilot of modern aircraft systems. La maquinaria moderna no puede utilizarse adecuadamente sin esta asistencia.

Los sistemas CAM de hoy soportan toda la gama de herramientas de máquina incluyendo: torneado, mecanizado de 5 ejes, chorro de agua, corte de láser / plasma, y alambre EDM. El usuario de CAM de hoy puede generar fácilmente rutas de herramientas simplificadas, inclinación de eje de herramientas optimizada para mayores tasas de alimentación, mejor vida útil y acabado superficial, y una profundidad de corte ideal. Además de las operaciones de corte de programación, los softwares modernos de CAM también pueden impulsar operaciones no transversales, como la elaboración de herramientas de máquina.

Integración con PLM y la empresa ampliada para integrar la fabricación con las operaciones empresariales desde el concepto mediante el apoyo sobre el terreno del producto terminado.

Para asegurar la facilidad de uso adecuada a los objetivos de usuario, las soluciones modernas de CAM son escalables desde un sistema de CAM independiente a un conjunto de soluciones multi-CAD 3D totalmente integrado. Estas soluciones se crean para satisfacer todas las necesidades del personal manufacturero, incluida la planificación parcial, la documentación de las tiendas, la gestión de recursos y la gestión e intercambio de datos. Para evitar estas soluciones de información detallada de herramientas específicas una gestión de herramientas dedicada

Proceso de mecanizado

La mayor parte del mecanizado progresa a través de muchas etapas, 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.

Tosca

Este proceso generalmente comienza con stock crudo, conocido como billet, o una fundición áspera que una máquina CNC corta aproximadamente a la forma del modelo final, ignorando los detalles finos. Al fresar, el resultado suele dar la apariencia de terrazas o pasos, porque la estrategia ha tomado múltiples "pasos" por la parte mientras elimina el material. Esto aprovecha la capacidad de la máquina cortando el material horizontalmente. Las estrategias comunes son la limpieza de zig-zag, compensación de compensación, agitación de plunge, reposo y fresado trochoidal (depuración adaptativa). El objetivo en esta etapa es eliminar el más material en el menor tiempo, sin mucha preocupación por la exactitud dimensional general. Cuando se ruge una parte, una pequeña cantidad de material extra se deja a propósito para ser eliminado en posteriores operaciones de acabado.

Semi-finishing

Este proceso comienza con una parte rugosa que aproxima desigualmente el modelo y corta a una distancia offset fija del modelo. El paso semi-acabado debe dejar una pequeña cantidad de material (llamado el scallop) por lo que la herramienta puede cortar con precisión, pero no tan poco que la herramienta y el material se desvían de las superficies de corte. Las estrategias comunes son pases de raster, pases de línea de agua, pases de paso constantes, molino de lápiz.

Acabado

Terminar implica muchos pases de luz a través del material en pasos finos para producir la parte terminada. Al terminar una parte, los pasos entre pases son mínimos para prevenir la deflexión de la herramienta y la primavera material. Para reducir la carga lateral de la herramienta, el compromiso de la herramienta se reduce, mientras que las tasas de alimentación y las velocidades de husillo generalmente aumentan para mantener una velocidad de la superficie de destino (SFM). Una carga de chip ligero en alta alimentación y RPM se conoce a menudo como Mecanizado de alta velocidad (HSM), y puede proporcionar tiempos de mecanizado rápido con resultados de alta calidad. El resultado de estos pases más ligeros es una parte muy precisa, con un acabado de superficie uniformemente alto. Además de modificar las velocidades y los piensos, los maquinistas a menudo tendrán acabados específicos, que nunca se utilizaron como molinos de extremo rugosos. Esto se hace para proteger al molino de extremo de desarrollar fichas y defectos en la superficie de corte, que dejaría rayas y manchas en la parte final.

Moldeo contorno

En aplicaciones de fresado en hardware con ejes de mesa giratoria y/o cabeza giratoria, se puede realizar un proceso de acabado independiente llamado contorno. En lugar de bajar en incrementos finos para aproximar una superficie, la pieza o herramienta de trabajo se rota para hacer las superficies de corte de la herramienta tangente a las características ideales de la parte. Esto produce un excelente acabado superficial con alta precisión dimensional. Este proceso se utiliza comúnmente para las formas orgánicas complejas, como las cuchillas de turbina e impulsor, que debido a sus curvas complejas y la geometría superpuesta, son imposibles de mecanizar con sólo tres máquinas de eje.

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