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SEMINARIO DE TITULACION

SISTEMAS DE CAD-CAM APLICADO A EQUIPOS DE CONTROL NUMERICO.

TESINA

“DISEÑO, FABRICACION Y REVISION DE UN TROQUEL PROGRESIVO

DE UNA PLACA CONMEMORATIVA”

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO MECANICO PRESENTAN:

GOMEZ SANDOVAL FABIAN.

MEXICO, D.F. JUNIO 2010

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

UNIDAD CULHUACAN

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IPN

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD CULHUACAN

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IPN

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD CULHUACAN

TESINA

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO MECANICO. POR LA OPCION DE SEMINARIO DE TITULACION: SEMINARIO DE TITULACION.

“SISTEMAS DE CAD CAM APLICADOS A EQUIPOS DE CONTROL NUMERICO”

No. DE VIGENCIA DES/ESIME-CULH-2009/55/09 DEBERA DESARROLLAR: FABIÀN GÒMEZ SANDOVAL.

NOMBRE DEL TEMA:

“DISEÑO, FABRICACION Y REVISION DE UN TROQUEL PROGRESIVO DE UNA PLACA CONMEMORATIVA”

CAPITULADO:

I. MARCO DE REFERENCIA. II. PLANEACION DEL PROYECTO.

III. EVALUACION DE RESULTADOS.

MÈXICO D.F. JUNIO 2010.

ING. CARLOS SILVA HERNANDEZ ING. ISAIAS GUADALUPE SANCHEZ C. Director del Seminario Asesor ING. ARACELI LETICIA PERALTA MAGUEY Jefe de la Carrera de Ingeniería Mecánica

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL CULHUACAN

INDICE.

INTRODUCCION 8

PRESENTACION DEL PROYECTO. 8 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 8

JUSTIFICACION. 9

OBJETIVO GENERAL. 9 OBJETIVOS ESPECIFICOS. 10

ALCANCE. 10 METAS. 11

MISION. 11

CAPITULO I MARCO DE REFERENCIA 12

ANTECEDENTES HISTORICOS. 13

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INTRODUCCION.

Por medio de la presente obra se justifican los conocimientos adquiridos en el seminario “SISTEMAS C AD-CAM APLICADOS A EQUIPOS DE CONTROL NUMERICO”.

Esta obra tiene la finalidad de conocer las innovaciones en el software de diseño asistido por computadora (C AD) y de la manufactura asistida por computadora (CAM) para las

exigencias que la industria de manufactura, desarrollo e investigación requieren.

El software ha alcanzado estímulos jamás pensados y aplicados para la industria en

cualesquiera de sus ramas de aplicación.

PRESENTACION DEL PROYECTO.

En esta obra se describe la metodología de para el diseño, fabricación y revisión de un troquel progresivo de una placa conmemorativa.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

Se requiere de una placa de lamina, para la presentación de los utensilios, identificación de accesorios de demostración.

Para solucionar la demanda de una cierta cantidad de piezas se propone a diseñar y fabricar un troquel progresivo.

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JUSTIFICACION.

En base a la gran cantidad de piezas que se tienen que identificar para su demostración, venta de los productos se decide por la fabricación de un troquel con las especificaciones

dadas:

. Logo.

. Dimensiones.

. Diversas aplicaciones.

El troquel debe cumplir con las normas y estándares proporcionados por la empresa. OBJETIVO GENERAL.

Con el empleo de de los sistemas computacionales en las áreas de dibujo asistido por computadora (CAD) y manufactura asistida por computadora (CAM), se diseñara un

troquel progresivo para la elaboración de una placa conmemorativa.

Ya con las especificaciones de la empresa se propone el diseño del producto final (placa conmemorativa), se desarrollan en los sistemas CAD para su diseño y en los sistemas

CAM para su fabricación.

Con la terminación de dicho troquel y la entrega de piezas se dará fin a la neces idad del

cliente.

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OBJETIVOS ESPECIFICOS.

Lo que requiere la empresa es, que la placa no tenga ningún detalle o daño sufrido por la

fabricación.

Que el troquel sea económico.

Que pueda hacer altos volúmenes de fabricación con alta repetitividad.

Que las herramientas del troquel sean fáciles de sustituir.

El troquel sea duradero.

Debe de tener el menor desperdicio de material.

ALCANCE.

La visualización del diseño de cualquier estructura y proyección del mismo.

En la elaboración del proyecto, es dar la mayor creatividad e imaginación al dibujo de

piezas de cualquier tipo de mecanismo o componente de alguna maquinaria en este caso el diseño de una placa conmemorativa.

Tenemos como objetivo dar el mejor diseño con la mejor creatividad de diseño apoyándonos en los software de CAD y CAM.

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METAS.

Tenemos por meta la elaboración de una placa conmemorativa dando una estructura que

tenga por objeto la identificación de diversos productos. MISION.

Que el proyecto en cuestión tenga la misión de dar satisfacción total al empresario por

medio de este diseño y la elaboración del troquel.

La producción en masa del troquel.

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CAPITULO I.

MARCO DE REFERENCIA.

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Antecedentes históricos.

En 1955, el Lincoln Laboratory del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT)

desarrolla el primer sistema gráfico SAGE (Semi Automatic Ground Environment) de las Fuerzas Aéreas Norteamericanas (US Air Forces). Este procesaba datos de radar y otras

informaciones de localizaciones de objetos mostrándolos a través de una pantalla CRT.

En ese mismo lugar, en 1962 Iván Sutherland desarrolla el sistema Sketchpad basado en

su propia tesis doctoral “A Machines Graphics Communications System”. Con ello establece

las bases que conocemos hoy en día sobre los gráficos interactivos por ordenador. Sutherland propuso la idea de utilizar un teclado y un lápiz óptico para seleccionar situar y

dibujar conjuntamente con una imagen representada en la pantalla.

http://es.wikipedia.org/wiki/Sketchpad

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Sketchpad se maneja mediante un lápiz óptico y una caja con botones de comando (debajo de la mano izquierda).

Aunque la mayor innovación fue la estructura de datos utilizada por Sutherland.

Aunque la mayor innovación fue la estructura de datos utilizada por Sutherland. Estaba

basada en la topología del objeto que iba a representar, es decir describía con toda exactitud las relaciones entre las diferentes partes que lo componía, introduciendo así, lo que se conoce como Programación Orientada a Objetos, muy diferente a todo lo

conocido hasta ahora. Antes de esto, las representaciones visuales de un objeto realizadas

en el ordenador, se habían basado en un dibujo y no en el objeto en sí mismo. Con el

sistema Sketchpad de Sutherland, se trazaba una clara distinción entre el modelo representado en la estructura de datos y el dibujo que se veía en la pantalla.

Se desarrollaron en ITEK y General Motors proyectos paralelos al Sketchpad. El proyecto de ITEK (conocido como "The Electronic Drafting Machine") utilizaba: una pantalla vectorial

con memoria de refresco en disco duro, un ordenador PDP-1 de Digital Equipment Corp. Y

una tableta y lápiz electrónico para introducir los datos.

En 1963 causa un gran revuelo la implementación en universidades del sistema Sketchpad. Lo más interesante fue la demostración de que el ordenador era capaz de calcular que

líneas eran las que definían la parte observable del objeto a la par que eliminaba de la

pantalla el resto.

Las líneas ocultas eran almacenadas en la memoria del ordenador, en la base de datos, y

volvían a aparecer cuando se colocaba el cuerpo en una posición diferente respecto al observador. Las limitaciones del sistema procedían más de la capacidad del ordenador que

del principio conceptual como tal.

El profesor Charles Eastman de la Universidad Carnegie Mellon desarrolla BDS (Building

Description System). Este sistema estaba basado en una librería que incluía muchos elementos arquitectónicos que pueden ser ensamblados y mostrar sobre la pantalla un

diseño arquitectónico al completo.




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La década de los 60 representa un periodo crucial para el desarrollo de los gráficos por

ordenador. Aparece él termino CAD y varios grupos de investigación dedican gran es fuerzo a estas técnicas. Fruto de este esfuerzo es la aparición de unos pocos sistemas de CAD.

Un hecho determinante de este periodo es la aparición comercial de pantallas de

ordenador.

En la década de los 70 se consolidan las investigaciones anteriores y la industria se percata

del potencial del uso de estas técnicas, lo que lanza definitivamente la implantación y uso de estos sistemas, limitada por la capacidad de los ordenadores de esta época. Aparecen

los primeros sistemas 3D (prototipos), sistemas de modelado de elementos finitos, control numérico, etc. Hechos relevantes de esta década son, entre otros, la celebración del primer

SIGGRAPH y la aparic ión de IGES.

En la década de los 80 se generaliza el uso de las técnicas CAD/CAM propiciada por los

avances en hardware y la aparición de aplicaciones en 3D capaces de manejar superficies

complejas y modelado sólido. Aparecen multitud de aplicaciones en todos los campos de la industria que usan técnicas de CAD/CAM, y se empieza a hablar de realidad virtual.

La década de los 90 se caracteriza por una automatización cada vez más completa de los

procesos industriales en los que se va generalizando la integración de las diversas técnicas

de diseño, anális is, simulación y fabricación. La evolución del hardware y las comunicaciones hacen posible que la aplicación de técnicas CAD/CAM este limitada tan

solo por la imaginación de los usuarios.

En la actualidad, el uso de estas técnicas ha dejado de ser una opción dentro del ámbito

industrial, para convertirse en la única opción existente. Podemos afirmar por tanto que el

CAD/CAM es una tecnología de supervivencia. Solo aquellas empresas que lo usan de forma eficiente son capaces de mantenerse en un mercado cada vez más competitivo.

A modo de resumen, la tabla 1.1 muestra algunos de los hechos más relevantes de la

evolución del CAD/CAM.

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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 s istema 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 Los minicomputadores son cabinas y cuestan unos pocos millones.

CAD significa Computer Aided Drafting.

Aparecen los primeros sistemas 3D (prototipos). Potencia de los sistemas limitada modelado de elementos finitos,

control numérico.

Aparecen empresas como Computervision o Applicon Celebración del primer SIGGRAPH y aparición de IGES.

Principios 80 Incremento de potencia (32 bits).

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

Finales 80 Nace Autocad y los PC´s.

Menor precio y mayor funcionalidad de los sistemas.

Los sistemas potentes están basados en estaciones Unix. El mercado del CAD se generaliza en las empresas.

Principios 90 Automatización completa procesos industriales. Integración técnicas diseño, análisis, simulación y fabricación.

Tecnología de supervivencia. Estaciones PC.

Nuevas funcionalidades: modelado sólido, paramétrico,

restricciones.

Finales 90 -

Siglo XXI

Internet e Intranets lo conectan todo.

El precio del Hardware cae. La potencia aumenta.

Gran cantidad de aplicaciones. Se impone el PC.

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Definiciones.

El Diseño y la fabricación asistidos por ordenador (CAD/CAM) es una disciplina que estudia

el uso de sistemas informáticos como herramienta de soporte en todos los procesos

involucrados en el diseño y la fabricación de cualquier tipo de producto.

Esta disciplina se ha convertido en un requisito indispensable para la industr ia actual que se

enfrenta a la necesidad de mejorar la calidad, disminuir los costes y acortar los tiempos de diseño y producción. La única alternativa para conseguir este triple objetivo es la de utilizar

la potencia de las herramientas informáticas actuales e integrar todos los procesos, para reducir los costes (de tiempo y dinero) en el desarrollo de los productos y en su fabricación.

El uso cooperativo de herramientas de diseño y de fabricación ha dado lugar a la aparición de una nueva tecnología denom inada „Fabricación Integrada por Ordenador‟ e incluso se

habla de la „Gestión Integrada por Ordenador‟ como el ultimo escalón de automatización

hacia el que todas las empresas deben orientar sus esfuerzos. Esta tecnología consiste en la gestión integral de todas las actividades y procesos desarrollados dentro de una empresa

mediante un sistema informático. Para llegar a este escalón sería necesario integrar, además de los procesos de diseño y fabricación, los procesos administrativos y de gestión

de la empresa lo que rebasa el objetivo más modesto de esta asignatura que se centra en

los procesos de diseño y fabricación, básicos para la gestión integrada.

CAD es el acrónimo de „Computer Aided Design‟ o diseño asistido por computador. Se trata de la tecnología implicada en el uso de ordenadores para realizar tareas de creación,

modificación, análisis y optimización de un diseño. De esta forma, cualquier aplicación que

incluya una interfaz gráfica y realice alguna tarea de ingeniería se considera software de CAD. Las herramientas de CAD abarcan desde herramientas de modelado geométrico

hasta aplicaciones a medida para el anális is u optimización de un producto especifico. Entre estos dos extremos se encuentran herramientas de modelado y análisis de tolerancias,

calculo de propiedades fís icas (masa, volumen, momentos, etc.), modelado y análisis de

elementos finitos, ensamblado, etc. La función principal en estas herramientas es la definición de la geometría del diseño (pieza mecánica, arquitectura, circuito electrónico,

etc.) ya que la geometría es esencial para las actividades subsecuentes en el ciclo de

producto descrito en la figura 1.2.

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La geometría de un objeto se usa en etapas posteriores en las que se realizan tareas de

ingeniería y fabricación. De esta forma se habla también de Ingeniería asistida por Ordenador o Computer Aided Engineering (CAE) para referirse a las tareas de anális is,

evaluación, simulación y optimización desarrolladas a lo largo del ciclo de vida del producto.

De hecho, este es el mayor de los beneficios de la tecnología CAD, la reutilización de la información creada en la etapa de síntesis en las etapas de análisis y también en el

proceso CAM.

El termino CAD se puede definir como el uso de sistemas informáticos en la creación,

modificación, análisis u optimización de un producto. Dichos sistemas informáticos constarían de un hardware y un software.

El termino 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.

Así pues, las aplicaciones del CAM se dividen en dos categorías:

Interfaz directa: Son aplicaciones en las que el ordenador se conecta directamente con

el proceso de producción para monitorizar su actividad y realizar tareas de supervisión y

control. Así pues estas aplicaciones se dividen en dos grupos:

Supervisión: implica un flujo de datos del proceso de producción al computador con el

propósito de observar el proceso y los recursos asociados y recoger datos.

Control: supone un paso más allá que la supervisión, ya que no solo se observa el

proceso, sino que se ejerce un control basándose en dichas observaciones.

Interfaz indirecta: Se trata de aplicaciones en las que el ordenador se utiliza como

herramienta de ayuda para la fabricación, pero en las que no existe una conexión directa con el proceso de producción.

La figura 1.1 muestra de forma grafica la diferencia entre estos dos tipos de aplicaciones.

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Figura 1.1

Una de las técnicas más utilizadas en la fase de fabricación es el Control Numérico. Se

trata de la tecnología que utiliza instrucciones programadas para controlar maquinas herramienta que cortan, doblan, perforan o transforman una materia prima en un producto

terminado. Las aplicaciones informáticas son capaces de generar, de forma automática,

gran cantidad de instrucciones de control numérico utilizando la información geométrica generada en la etapa de diseño junto con otra información referente a materiales,

máquinas, etc. que también se encuentra en la base de datos. Los esfuerzos de investigación se concentran en la reducción de la intervención de los operarios.

Otra función significativa del CAM es la programación de robots que operan normalmente en células de fabricación seleccionando y posicionando herramientas y piezas para las

máquinas de control numérico. Estos robots también pueden realizar tareas individuales

tales como soldadura, pintura o transporte de equipos y piezas dentro del taller. La planificación de procesos es la tarea clave en para conseguir la automatización

deseada, sirviendo de unión entre los procesos de CAD y CAM. El plan de procesos

determina de forma detallada la secuencia de pasos de producción requeridos para fabricar y ensamblar, desde el inicio a la finalización del proceso de producción.

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Aunque la generación automática de planes de producción es una tarea compleja, el uso de

la Tecnología de Grupos supone una gran ayuda, ya que permite generar nuevos planes a partir de los planes existentes para piezas similares. Las piezas se organizan en familias y

cada nueva pieza se clasifica dentro de una familia, según las características o los

elementos que la componen. Esta tarea puede realizarse fácilmente utilizando técnicas de Modelado Basado en Características (Feature-Based Modeling) junto con la Tecnología de

Grupos.

Además, los sistemas informáticos pueden usarse para determinar el aprovisionamiento de

materias primas y piezas necesarias para cumplir el programa de trabajo de la manera más eficiente, minimizando los costes financieros y de almacenaje. Esta actividad se denomina

Planificación de Recursos Materiales (Material Requirement Planning o MRP).

También es posible ejercer tareas de monitorización y control de la actividad de las maquinas del taller que se integran bajo el nombre de Planificación de Recursos de

Manufacturación (Manufacturing Requirement Planning o MRPII).

La Ingeniería Asistida por Ordenador (Computer Aided Engineering o CAE) es la tecnología

que se ocupa del uso de sistemas informáticos para analizar la geometría generada por las aplicaciones de CAD, permitiendo al diseñador simular y estudiar el comportamiento del

producto para refinar y optimizar dicho diseño. Existen herramientas para un amplio rango

de análisis. Los programas de cinemática, por ejemplo, pueden usarse para determinar trayectorias de movimiento y velocidades de ensamblado de mecanismos. Los programas

de análisis dinámico de (grandes) desplazamientos se usan para determinar cargas y

desplazamientos en productos complejos como los automóviles. Las aplicaciones de temporización lógica y verificación simulan el c omportamiento de

circuitos electrónicos complejos.

El método de análisis por ordenador más ampliamente usado en ingeniería es el método de

elementos finitos o FEM (de Finite Element Method). Se utiliza para determinar tensiones, deformaciones, transmisión de calor, distribución de campos magnéticos, flujo de fluidos y

cualquier otro problema de campos continuos que serian prácticamente imposibles de

resolver utilizando otros métodos. En este método, la estructura se representa por un modelo de análisis constituido de elementos interconectados que dividen el problema en

elementos manejables por el ordenador.

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Como se ha mencionado anteriormente, el método de elementos finitos requiere más un

modelo abstracto de descomposición espacial que la propia geometría del diseño. Dicho modelo se obtiene eliminando los detalles innecesarios de dicha geometría o reduciendo el

número de dimensiones.

Por ejemplo, un objeto tridimensional de poco espesor se puede convertir en un objeto bidimensional cuando se hace la conversión al modelo de análisis.

Por tanto, es necesario generar dicho modelo abstracto de forma interactiva o

Automática para poder aplicar el método de elementos finitos. Una vez creado dicho modelo, se genera la malla de elementos finitos para poder aplicar el método. Al software

que se encarga de generar el modelo abstracto y la malla de elementos finitos se le denomina pre-procesador. Después de realizar el análisis de cada elemento, el ordenador

ensambla los resultados y los visualiza. Las regiones con gran tensión se destacan, por

ejemplo, mostrándose en color rojo. Las herramientas que realizan este tipo de visualización se denominan post-procesadores.

Existen también numerosas herramientas para la optimización de diseños. Se están realizando investigaciones para determinar automáticamente la forma de un diseño,

integrando el análisis y la optimización. Para ello se asume que el diseño tiene una forma inicial simple a partir de la cual el procedimiento de optimización calcula los valores óptimos

de ciertos parámetros para satisfacer un cierto criterio al mismo tiempo que se cumplen

unas restricciones, obteniéndose la forma optima con dicho parámetros.

La ventaja del análisis y optimización de diseños es que permite a los ingenieros determinar

como se va a comportar el diseño y eliminar errores sin la necesidad gastar tiempo y dinero construyendo y evaluando prototipos reales. Ya que el coste de reingeniería crece

exponencialmente en las ultimas etapas del desarrollo de un producto y en la producció n, la

optimización temprana que permiten las herramientas CAE supone un gran ahorro de tiempo y una notable disminución de costes.

Así pues, CAD; CAM y CAE son tecnologías que tratan de automatizar ciertas tareas del

ciclo de producto y hacerlas más eficientes. Dado que se han desarrollado de forma

separada, aun no se han conseguido todos los beneficios potenciales de integrar las actividades de diseño y fabricación del ciclo de producto. Para solucionar este problema ha

aparecido una nueva tecnología: la fabricación integrada por ordenador o CIM (de

Computer Integrated Manufacturing).

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Esta tecnología tiene el objetivo de aunar las islas de automatización conjuntándolas para

que cooperen en un sistema único y eficiente. El CIM trata de usar una única base de datos que integre toda la información de la empresa y a partir de la cual se pueda realizar una

gestión integral de todas las actividades de la misma, repercutiendo sobre todas las

actividades de administración y gestión que se realicen en la empresa, además de las tareas de ingeniería propias del CAD y el CAM.

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CAD/CAM en el proceso de diseño y fabricación.

En la práctica, el CAD/CAM se utiliza de distintas formas, para producción de dibujos y

diseño de documentos, animación por computador, anális is de ingeniería, control de

procesos, control de calidad, etc. Por tanto, para clarificar el ámbito de las técnicas CAD/CAM, las etapas que abarca y las herramientas actuales y futuras, se hace necesario

estudiar las distintas actividades y etapas que deben realizarse en el diseño y fabricación de un producto. Para referirnos a ellas emplearemos el término ciclo de producto, que

aparece reflejado en la figura 1.2.

Figura 1.2

Para convertir un concepto o idea en un producto, se pasa por dos procesos principales, el

de diseño y el de fabricación. A su vez, el proceso de diseño se puede dividir en una etapa de síntesis, en la que se crea el producto y una etapa de análisis en la que se verifica,

optimiza y evalúa el producto creado. Una vez finalizadas estas etapas se aborda la etapa de fabricación en la que, en primer lugar se planifican los procesos a realizar y los recursos

necesarios, pasando después a la fabricación del producto.

Como ultimo paso se realiza un control de calidad del producto resultante antes de pasar a la fase de distribución y marketing.

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Debido a la demanda del mercado de productos cada vez más baratos, de mayor calidad y

cuyo ciclo de vida se reduce cada vez mas, se hace necesaria la intervención de los ordenadores para poder satisfacer estas exigencias. Mediante el uso de técnicas de

CAD/CAM se consigue abaratar costes, aumentar la calidad y reducir el tiempo de diseño y

producción. Estos tres factores son vitales para la industria actual.

Dentro del ciclo de producto descrito se ha incluido un conjunto de tareas agrupadas en

proceso CAD y otras en proceso CAM, que, a su vez, son subconjuntos del proceso de diseño y proceso de fabricación respectivamente. Las figuras 1.3 y 1.4 muestran ambos

procesos con más detalle. Las herramientas requeridas para cada proceso aparecen en las tablas 1.1 y 1.2.

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Componentes del CAD/CAM.

Los fundamentos de los sistemas de Diseño y fabricación asistidos por ordenador son muy amplios, abarcando múltiples y diversas disciplinas, entre las que cabe destacar las

siguientes:

Modelado geométrico: Se ocupa del estudio de métodos de representación de entidades

geométricas. Existen tres tipos de modelos: alámbricos, de superficies y sólidos, y su uso

depende del objeto a modelar y la finalidad para la que se construya el modelo. Se utilizan modelos alámbricos para modelar perfiles, trayectorias, redes, u objetos que no requieran la

disponibilidad de propiedades físicas (áreas, volúmenes, masa). Los modelos de superfic ie se utilizan para modelar objetos como carrocerías, fuselajes, zapatos, personajes, donde la

parte fundamental del objeto que sé esta modelando es el exterior del mismo. Los modelos

sólidos son los que más información contienen y se usan para modelar piezas mecánicas, envases, moldes, y en general, objetos en los que es necesario disponer de información

relativa a propiedades fís icas como masas, volúmenes, centro de gravedad, momentos de

inercia, etc.

Técnicas de visualización: Son esenciales para la generación de imágenes del modelo.

Los algoritmos usados dependerán del tipo de modelo, abarcando desde simples técnicas de dibujo 2D para el esquema de un circuito eléctrico, hasta la visualización realista usando

trazado de rayos o radiosidad para el estudio de la iluminación de un edificio. Es habitual

utilizar técnicas específicas para la generación de documentación dependiente de la aplicación, como por ejemplo, curvas de nivel, secciones o representación de funciones

sobre sólidos o superfic ies.

Técnicas de interacción grafica: Son el soporte de la entrada de información geométrica

del sistema de diseño. Entre ellas, las técnicas de posicionamiento y selección tienen una

especial relevancia. Las técnicas de posicionamiento se utilizan para la introducción de coordenadas 2D o 3D. Las técnicas de selección permiten la identificación interactiva de un

componente del modelo, siendo por tanto esenciales para la edición del mismo.

Interfaz de usuario: Uno de los aspectos más importantes de una aplicación CAD/CAM es

su interfaz. Del diseño de la misma depende en gran medida la eficiencia de la herramienta.

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Base de datos: Es el soporte para almacenar toda la información del modelo, desde los

datos de diseño, los resultados de los análisis que se realicen y la información de

fabricación. El diseño de las bases de datos para sistemas CAD/CAM plantea una serie de problemas específicos por la naturaleza de la información que deben soportar.

Métodos numéricos: Son la base de los métodos de cálculo empleados para realizar las

aplicaciones de anális is y simulación típicas de los sistemas de CAD/CAM.

Conceptos de fabricación: Referentes a máquinas, herramientas y materiales, necesarios

para entender y manejar ciertas aplicaciones de fabricación y en especial la programación

de control numérico.

Conceptos de comunicaciones: Necesarios para interconectar todos los sistemas,

dispositivos y máquinas de un sistema CAD/CAM.

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Otra forma alternativa de estudiar los componentes del CAD/CAM se basa en como se

implementan. Según este criterio el CAD estaría formado por el hardware más el software de diseño y el CAM estaría formado por el hardware más el software de fabricación y

además los mecanismos de comunicación necesarios para establecer la comunicación con

las maquinas y robots.

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El CAD/CAM desde el punto de vista industrial.

Históricamente, el CAD/CAM es una tecnología, (tanto hardware como software) guiada por

la industria. Las industrias aeroespacial, de automoción, y naval, principalmente, han contribuido al desarrollo de estas técnicas. Por lo tanto, el conocimiento de como se aplican

la técnicas CAD/CAM en la industria (figura 1.6) es fundamental para la comprensión de las mismas.

La mayoría de las aplicaciones incluyen diferentes módulos entre los que están modelado geométrico, herramientas de análisis, de fabricación y módulos de programación que

permiten personalizar el sistema. Hay tres tipos de modelado geométrico, alámbrico, de

superficies y sólido que se estudiarán en temas posteriores.

Las herramientas de modelado geométrico realizan funciones tales como transformaciones geométricas, planos y documentación, sombreado, coloreado y uso de niveles. Las

herramientas de análisis incluyen cálculos de masas, análisis por elementos finitos, análisis

de tolerancias, modelado de mecanismos y detección de colisiones. En algunas ocasiones, estas aplicaciones no cubren las necesidades específicas de un

determinado trabajo, en cuyo caso se pueden utilizar las herramientas de programación

para suplir estas carencias.

Una vez que el modelado se completa, se realizan los planos y la documentación con lo

que el trabajo queda listo para pasar a la fase de CAM en la que se rea lizan operaciones tales como planificación de procesos, generación y verificación de trayectorias de

herramientas, inspección y ensamblaje.

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El conocimiento y comprensión de las herramientas CAD/CAM actuales y las relaciones

entre ellas constituyen la base esencial para el proceso de aprendizaje. Por lo tanto, conocer el fundamento de las técnicas existentes mejora tanto la utilización de los sistemas

actuales, como el desarrollo de nuevas aplicaciones de diseño y fabricación.

El CAD irrumpe en el mercado.

Basado en ITEK Control Data Corp., en 1965 se comercializa el primer CAD. En ese año, el

profesor J. F. Baker, jefe del Departamento de Ingeniería de la Universidad de Cambridge,

inicia en Europa las investigaciones trabajando con un ordenador gráfico PDP11. A. R. Forrest realiza el primer estudio de investigación con un CAD, realizando intersección de

dos cilindros.

4 años después, Computervision desarrolla el primer plotter (trazador) y un año más tarde

empresas del mundo aeroespacial y del automóvil (General Motors, Lookheed, Chrysler, Ford) comienzan a utilizar sistemas CAD.

En 1975 Textronic desarrolla la primera pantalla de 19 pulgadas, así como también el

primer sistema CAD/CAM de la mano de AMD (Avion Marcel Dassault), siendo Lookheed la primera empresa en adquirirlo. A los dos años se crea en la Universidad de Cambridge el

Delta Technical Services y un año después se desarrolla el primer terminal gráfico mediante tecnología raster de la mano de Computervis ion.

En el año 1979, Boeing, General Electric y NIST desarrollan un formato neutral de intercambio de datos IGES (Initial Graphics Exchange Standard) y en el 1980 se crea Matra

Datadivis ion. En ese mismo año, nace Investrónica, empresa española con desarrollos

CAD y CAM orientados al sector textil-confección.

Finalmente, en 1981 se crea Dassault System, así como también la empresa 3D/Eye Inc.

Se convierte en la pionera en 3D y tecnología de gráficos, basados en desarrollos de la Universidad de Cornell. Unigraphics presenta Unisolid, el primer sistema de modelado

sólido sobre un ordenador PADL-2.

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La difusión global del CAD.

En los años 80, John Walker funda Autodesk (1982) junto a otros 12 fundadores. Compuesto por 70 personas, querían producir un programa CAD para PC con un costo

inferior a los $1000 USD. En el Comdex de Noviembre de Las Vegas se presenta el primer

AutoCAD.

Se inicia el s istema universal de transferencia de datos STEP (Standard for the Exchange

of Product model data) en 1983. Dos años más tarde se presenta MicroStation, desarrollo CAD para PC, basado en PseudoStation de Bentley System, que permitía ver dibujos en

formato IGES.

Ya en la década de los 90, McDonnell Douglas (Boeing) selecciona el sistema Unigraphics

para su empresa. En el año 1992, nace el primer AutoCAD sobre plataforma Sun, y 3 años

más tarde sale al mercado la primera versión para Windows (versión 12). Unigraphics da el salto a Windows en 1995, consiguiendo que un año después General Motors firme el mayor contrato de la historia CAD/CAM con ellos.

Los líderes mundiales del mercado CAD/CAM son, en este orden:

1ª Parametric Technology. 2º Dassault Systems.

3º EDS/Intergraph. 4º SDRC.

5º Autodesk.

El software CAD está en continua evolución, adaptándose cada vez más a los nuevos

tiempos. El uso de las tres dimensiones es cada vez más frecuente, y por ello ese es un

aspecto que se mejora en cada versión de los programas, ganando en estabilidad, velocidad y prestaciones.

http://es.wikipedia.org/wiki/AutoCAD

http://es.wikipedia.org/wiki/McDonnell_Douglas

http://es.wikipedia.org/wiki/AutoCAD

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Situación actual y perspectivas.

El diseño y la fabricación asistidos por ordenador han alcanzado actualmente un gran nivel de desarrollo e implantación y se han convertido en una necesidad esencial para la

supervivencia de las empresas en un mercado cada vez más competitivo. El uso de estas

herramientas permite reducir costes, acortar tiempos y aumentar la calidad de los productos fabricados. Estos son los tres factores críticos que determinan el éxito comercial de un

producto en la s ituación social actual en la que la competencia es cada vez mayor y el mercado demanda productos de mayor calidad y menor tiempo de vida.

Un ejemplo sencillo y evidente de estas circunstancias es la industria de la automoción, donde cada día aparecen nuevos modelos de coches con diseños cada vez más

sofisticados y se reduce la duración de un modelo en el mercado, frente a la situación de

hace unas pocas décadas en las que el numero de modelos en el mercado era mucho más reducido y su periodo de comercialización mucho más largo.

Ante este panorama, las herramientas CAD/CAM han tenido un auge espectacular,

extendiéndose su uso a la practica totalidad de las áreas industriales. Para ver la situación

actual y las perspectivas, a continuación se presentan un breve estudio de los campos de aplicación más importantes de las herramientas CAD/CAM.

Mecánica. Es el campo donde más uso se he hecho tradicionalmente, fomentado sobre todo por la

industria automovilística y aeroespacial que han llevado la iniciativa de la tecnología

CAD/CAM. Las aplicaciones más habituales del CAD/CAM mecánico incluyen:

Librerías de piezas mecánicas normalizadas.

Modelado con NURBS y sólidos paramétricos. Modelado y simulación de moldes.

Anális is por elementos finitos. Fabricación rápida de prototipos.

Generación y simulación de programas de control numérico.

Generación y simulación de programación de robots. Planificación de procesos.

Traductores de formatos neutros (IGES, STEP).

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Arquitectura e Ingeniería Civil. En este campo la tecnología CAD/CAM se ha venido utilizando desde sus inicios, en

principio con aplicaciones 2D de delineación y actualmente con sofisticadas herramientas 3D.

Las aplicaciones más habituales del CAD/CAM relacionado con la arquitectura y la ingeniería civil son:

Librerías de elementos de construcción normalizados Diseño arquitectónico.

Diseño de interiores. Diseño de obra civil

Cálculo de estructuras.

Mediciones y presupuestos. Planificación de procesos.

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Sistemas de información geográfica y cartografía.

En este campo se están produciendo avances muy significativos propiciados, entre otros

factores, por las posibilidades de conexión que aporta la red Internet. La tendencia apunta

hacia un paso de los sistemas 2D hacia sistemas 3D, como ha ocurrido antes en otras áreas.

Las aplicaciones más habituales del CAD/CAM relacionado con la cartografía y los Sistemas de Información Geográfica (SIG) son:

Mantenimiento y producción de mapas y datos geográficos. Anális is topográfico.

Estudios medioambientales. Catastro

Planificación urbana.

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Ingeniería Eléctrica y electrónica.

Las aplicaciones más habituales del CAD/CAM relacionado con la Ingeniería Eléctrica y

electrónica son:

Librerías de componentes normalizados. Diseño de circuitos integrados.

Diseño de placas de circuito impreso.

Diseño de instalaciones eléctricas. Anális is, verificación y simulación de los diseños.

Programación de control numérico para el mecanizado o montaje de placas.

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Hardware y Software CAD/CAM.

Introducción.

Sistemas más potentes con gráficos de altas prestaciones

Diferencias resto de sistemas:

Hardware: dispositivos específicos de entrada y salida.

Software: interacción mediante interfaces de usuario gráficas.

Tendencias:

Sistemas cerrados arquitecturas abiertas, SO´s estándar, redes. Funciones software componentes hardware (firmware).

Desarrollo de los sistemas basados en microcomputadores.

Tipos de Sistemas.

Según el tipo de host:

Main-Frames: ordenador central y varios terminales gráficos conectados.

Habituales en los inicios (70´s 80´s) pero en desuso actualmente.

Minicomputadores: Sustituyeron a los Main-Frames También están en desuso. Workstations: Altas prestaciones con un coste medio. Unix (multitarea), red.

Arquitecturas de 64 bits. Aplicaciones que requieren gran potencia de cálculo. Sun, HP,

Intergraph, Silicon Graphics, etc. Microcomputadores: PC´s y Mac´s. Prestaciones medias altas, coste bajo.

Integración en redes.

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Criterios de Evaluación.

La gran diversidad y disparidad de sistemas existente hacen necesario disponer de una guía para realizar la evaluación. Los aspectos a considerar son:

Consideraciones sobre el sistema:

Hardware: arquitecturas abiertas, estándares. Expandibilidad y Red. Periféricos

disponibles.

Software: Sistema Operativo, Interfaz de Usuario, Documentación. Capacidad de

integración con otras aplicaciones.

Mantenimiento: Reparación del hardware y actualización del software Alrededor del 10%

del coste inicial cada año. Servicio de soporte: formación, servicio técnico. Tiempo de respuesta.

Capacidad de modelado:

Representación: núcleo del sistema. Modelos alámbricos, superficies, sólidos. Ent idades

simples (líneas, círculos, cilindros, esferas) y complejas (Nurbs, Blobs).

Sistemas de Coordenadas: S.C. de usuario, cartesianas, cilíndricas, esféricas.

Edición y Manipulación de entidades: intersección, recortado, proyección, traslaciones,

escalados, rotaciones, copias, mirror, offset.

Formatos soportados: Integración, transferencia de información.

Diseño de documentación:

Generación de planos: según normas estándar, acotación, tolerancias, notas, etiquetas.

Tarea muy costosa.

Aplicaciones:

Ensamblaje y combinación de modelos

Aplicaciones de análisis: cálculo de masas, análisis de tolerancias, modelado y análisis

de elementos finitos, modelado y análisis de inyección, modelado y análisis de

mecanismos. Cualidades, integración e interfaces con BD.

Aplicaciones de fabricación: Generación y verificación de trayectorias de herramienta,

postprocesadores, planificación de procesos, tecnología de grupos, gestión de producción,

etc. Integración.

Lenguajes de programación: Librerías sobre C, Basic, Lisp, Fortram, etc.

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Hardware.

La característica fundamental de los sistemas CAD/CAM en lo que se refiere al hardware es que son sistemas con gran capacidad de cálculo y, sobre todo, con subsistemas gráficos de

altas prestaciones. Otra característica diferenciadora es el uso de dispositivos específicos

de entrada y salida, por las necesidades que la funcionalidad de estos sistemas requiere. La figura 2.1 presenta la estructura general de un sistema CAD/CAM.

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Como se muestra en la figura 2.1, un dispositivo gráfico se compone de un procesador

gráfico y varios dispositivos de entrada y salida. Algunos de estos dispositivos ya han sido presentados en la asignatura de Informática Gráfica. En este tema se presentan ciertos

dispositivos de entrada/salida específicos y otros dispositivos habituales en los sistemas de

CAD/CAM: DISPOSITIVOS DE ENTRADA.

Digitalización 2D: Permiten adquirir las coordenadas x e y de objetos planos, normalmente

impresos en documentos de papel. Entre estos dispositivos se encuentran las tabletas digitalizadoras, en las que la digitalización se realiza fijando el papel a la tableta y marcando

los puntos deseados. En este grupo se encuentran también los escáneres y capturadoras

de imagen. La digitalización en este caso se realiza superponiendo la imagen adquirida con la aplicación de modelado, de tal forma que los pixeles de dicha imagen se utilizan como

referencia para la creación de las entidades del modelo.

Digitalización 3D: En este caso se trata de obtener la geometría tridimensional de un

objeto. Para ello será necesario conocer las coordenadas x, y, z de los vértices del objeto. Para adquirir dichas coordenadas se utilizan distintas técnicas y dispositivos entre los que

están el palpador 3D, los sistemas basados en vídeo, y los sistemas basados en láser.

Dispositivos táctiles: Proporcionan al usuario la sensación de contacto fís ico. Estas

sensaciones se producen mediante un sistema de realimentación de la fuerza que se

produciría s i se estuviese manejando un objeto real en lugar de un modelo geométrico. Dispositivos de seguimiento y captura del movimiento: (tracking) Utilizan sistemas

electromagnéticos, ultrasónicos, ópticos o mecánicos para determinar la posición y orientación del objeto que esta siendo rastreado. Se utilizan habitualmente en aplicaciones

de animación para capturar movimientos reales complejos (rotoscopia), en los dispositivos de visualización montados sobre la cabeza o en los guantes de datos.

Guantes de datos: Están equipados con sensores en cada articulación que miden los

ángulos para determinar la posición y orientación de mano y los dedos. La posición global

de la mano se determina mediante un sistema de tracking. La información generada por el

guante de datos suele ser regenerada de forma gráfica mostrando de forma dinámica los movimientos del usuario.

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DISPOSITIVOS DE SALIDA.

Dispositivos de visualización montados sobre la cabeza: (head-mounted displays o

HMD) son dispositivos de visualización inmersiva. Habitualmente están montados dentro de

cascos o gafas. Contienen dos pequeños displays, uno enfrente de cada ojo, sobre los que se proyectan imágenes en estéreo. Incorporan un sistema inalámbrico de tracking, de

manera que la visualización cambia de acuerdo con el movimiento de la cabeza. Existen

versiones sencillas que no son tan inmersivas, habitualmente gafas, donde se proyecta una única imagen (no tiene estereoscopia), sin s istema de tracking y que en algunos casos

permiten cierto grado de transparencia en los displays para superponer imagen sintética sobre la realidad.

Impresoras de hologramas: Imprimen escenas tridimensionales compuestas de miles de

imágenes individuales generadas desde distintos puntos de vista. La impresión se realiza

sobre un material fotográfico especial.

Dispositivos de fabricación rápida de prototipos: Producen prototipos reales en tres

dimensiones en un corto espacio de tiempo. Estos prototipos son pequeñas figuras de resina o polímeros con la forma del modelo geométrico a partir del cual se generan en un

solo paso. Existen varias tecnologías para generarlos, entre las que se encuentra la

estéreo-litografía, el sinterizado o el laminado.

OTROS DISPOSITIVOS.

La tecnología CAD/CAM implica el manejo y conocimiento de otros dispositivos específicos

como son:

Trazadores de corte: son dispositivos similares a los trazadores presentados en el capitulo

anterior, con la diferencia de que en lugar de incorporar un cabezal de dibujo, tienen una herramienta de corte. Habitualmente trabajan sobre materiales plásticos, vinilo o papel.

Máquinas herramienta: Son las máquinas sobre las que se ejecutan los programas de

control numérico generados en los sistemas CAD/CAM.

Existen multitud de tipos y modelos en el mercado para satisfacer los requerimientos de

todas las posibles aplicaciones industriales.

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Las más habituales son:

Fresadoras: Se utilizan para mecanizar superficies libres y contornos de cualquier tipo.

Tornos: Se utilizan para mecanizar piezas cuya geometría ha sido generada por

revolución de un perfil o contorno alrededor de un eje.

Taladradoras: se utilizan para hacer agujeros.

Robots: Normalmente se trata de dispositivos homomorfos porque imitan la forma de un

brazo humano. En el extremo de dicho brazo se les acopla una herramienta que puede servir para cortar, soldar, pintar, manipular, etc. Se programan mediante aplicaciones que

permiten especificar la trayectoria de la herramienta y la operación a realizar.

Dispositivos de transporte automatizados: Se utilizan dentro de las células de

fabricación flexible para transportar las piezas sobre las que se tiene que realizar alguna operación como su ensamblado o manipulación por robots u otras máquinas, su inspección

por un sistema automatizado, etc.

Máquinas de inyección: utilizan complejos moldes mecánicos en los que inyectan

materiales plásticos a alta temperatura y presión para formar las piezas de materiales

plásticos.

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44



Software.

Proporciona las herramientas necesarias para desarrollar trabajos técnicos de forma eficiente. Cualquier herramienta que contribuya a la reducción del coste temporal y

económico de desarrollo de un producto y/o aumento en la calidad del producto se puede

considerar software de CAD/CAM. La clave fundamental del CAD son las herramientas que permiten la creación y

manipulación interactiva del modelo que se está diseñando.

Dentro del software de CAD se encuentran las aplicaciones de CAE que permiten el

análisis de la geometría del diseño y su evaluación, según los requerimientos especificados en la fase de diseño.

Estas aplicaciones permiten realizar la optimización de los productos siguiendo criterios

tanto de diseño como de fabricación.

Ejemplos de este tipo de herramientas son las aplicaciones de análisis por el método de elementos finitos o las aplicaciones de simulación existentes en la mayoría de las

disciplinas de la industria.

De igual manera, cualquier herramienta que facilite el proceso de fabricación se puede

considerar como software de CAM. Es decir, cualquier aplicación relacionada con la

planificación, gestión y control de operaciones de una planta de producción, tanto de forma directa como indirecta, se puede considerar software de CAM.

Por ejemplo, una aplicación que genere un plan de procesos para fabricar un producto es software de CAM. Otro ejemplo típico son las herramientas que generan los programas que

controlan las maquinas herramienta de control numérico o los robots industriales.

Estas herramientas suelen, además, simular el funcionamiento del programa en una fase

previa a su implantación en la maquina o robot, verificando la corrección del mismo y anticipándose a problemas de colisiones o roturas que podrían producirse si los programas

fueran probados directamente en la planta de producción.

La tendencia en estos sistemas se encamina hacia las aplicaciones modulares, capaces de

trabajar con una base de datos única e integrada. Un ejemplo típico seria el diseño de circuitos impresos que comienza con un diseño lógico, el cual es evaluado, verificado,

simulado y optimizado. Después se procede al diseño fís ico de la placa, el cual es de nuevo

verificado, simulado y optimizado antes de pasar a la fase de producción.

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Existen multitud de soluciones en el mercado tanto de CAD como de CAM. A pesar de esta

diversidad, todas estas herramientas tienen ciertas características comunes entre las que se pueden citar las siguientes:

Desarrolladas en lenguajes de programación estándar, sobre todo C y antes FORTRAN, Pascal y otros.

Aplicaciones interactivas con interfaces gráficas.

Requieren gran potencia de cálculo. Utilizan bases de datos tridimensionales, centralizadas, asociativas e integradas.

Contienen toda la información producida durante la fase de diseño y la de

fabricación.

Aplicaciones complejas formadas por varios módulos y desarrolladas a lo largo de

muchos años.

Su aprendizaje requiere mucho tiempo y esfuerzo para llegar a ser productivo.

Se producen actualizaciones frecuentes.

El software de CAD/CAM tiene una estructura genérica formada por módulos comunes que

se complementan con módulos de aplicaciones específicos: Sistema Operativo: Manejo de cuentas, ficheros, directorios, editores.

Módulo Gráfico: funciones de modelado geométrico, construcción, edición y manipulación

de entidades geométricas, dibujo de planos y documentación. Módulo de aplicaciones: Distintos módulos según área (mecánica, arquitectura,

animación, electricidad etc.)

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Aplicaciones típicas en mecánica:

Aplicaciones de diseño: modelado, calculo de masas, ensamblaje, tolerancia,

elementos finitos, análisis de mecanismos, animación, s imulación y análisis de

inyección de plásticos y moldes.

Aplicaciones fabricación: planificación de procesos, control numérico, programación

y simulación de robots y tecnología de grupos.

Módulo de programación: Herramientas de programación estándar para cálculos y gráficos.

Módulo de comunicaciones: Vital para la integración, para conectar los diversos módulos del sistema y para transferir información entre sistemas. Los usuarios del

software CAD/CAM se pueden clasificar en tres grupos:

Operadores: Son la mayoría de usuarios incluyendo ingenieros, diseñadores,

delineantes, etc. Suelen ser especialistas en unos pocos módulos y cuentan con el soporte del administrador del sistema y del proveedor (hot-line).

Programadores de aplicación: Desarrollan pequeñas aplicaciones y las enlazan con

los módulos existentes pero no pueden modificar el código fuente. Personalizan las aplicaciones para adaptarlas a las necesidades particulares de una empresa. Suelen

ser programadores que además son usuarios expertos del sistema. Utilizan los

módulos de programación del sistema. Trabajan en grandes empresas que utilizan mucho un sistema o en empresas de servicios.

Programadores del sistema: Son los que crean y desarrollan el sistema completo. Son conocedores de la estructura interna del software, de la estructura de la base de

datos y del s istema de gestión de la misma.

Deben tener conocimientos de gráficos, ingeniería y por supuesto de programación.

Trabajan en empresas proveedoras de sistemas o en grupos de I+D.

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Estándares.

El uso de estándares resulta necesario para conseguir que las aplicaciones sean

independientes de los dispositivos. Esto supone las siguientes ventajas:

Portabilidad SW.

Portabilidad gráficos.

Portabilidad del texto.

Portabilidad B.D.

Existen varios tipos de estándares relevantes para los sistemas de CAD/CAM.

Estos se pueden agrupar en estándares gráficos, de intercambio de datos y de

comunicaciones. Todos ellos se estudiaran con detalle en un tema posterior. Los trabajos relativos a estándares comenzaron en 1974 en el GSPC (Graphics Standards

Planning Committee). El objetivo de este comité era el de que las aplicaciones se ajustaran

al siguiente diagrama:

La aplicación invoca las funciones gráficas a través de la interface A .

Dichas funciones realizan las tareas requeridas por la aplicación a través de la interface B

mediante llamadas a los controladores de dispositivos.

Algunos de los estándares desarrollados son los siguientes:

GKS: Graphic Kernel System.

PHIGS: Programmers Hierarchical Interactive Graphics System.

IGES: Initial Graphics Exchange Specification.

DXF: Data Exchange File.

VDA: Verbung Der Automobileindustrie.

STEP: Standard for Transfer and Exchange of Product Data.

MAP: Manufacturing Automation Protocol.

TOP: Technical and Office Protocol.

X Window, OpenGL, DirectX.

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Otros conceptos.

SISTEMAS DE COORDENADAS:

De trabajo (SCT).

Del mundo real (SCMR).

De pantalla (SCP).

. SCT: Para facilitar introducción coordenadas.

Planta.

Alzado.

Perfil.

Usuario.

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SCMR: S.C. almacenado en B.D.

Cartesianas (x,y,z). Cilíndricas (r, ,z).

Esféricas (r, , ).

SCP: Sistema 2D dependiente del dispositivo.

MODELADO: Abstracción o representación de un fenómeno.

Modelos geométricos permiten reemplazar modelos reales.

Prototipos no necesarios. Modelo geométrico: representación completa de un objeto que incluye información

geométrica y no geométrica.

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PROCESO DE MANUFACTURACION.

Meta: Convertir ideas en productos económicos y fiables.

El diseño determina la apariencia, funcionalidad y además la fabricación.

Relación diseño-fabricación:

Cambios en el diseño repercuten en la fabricación (incremento de coste)

Diseño supone hasta 80% de recursos y coste.

Desarrollo:

Diseño: Tecnología y herramientas de diseño(CAD)

Fabricación: Máquinas de Control Numérico.

Automatización depende de la integración CAD/CAM.

Tecnologías y desarrollos distintos han confluido en el proceso de integración CAD/CAM Ciclo de producción.

Pasos conversión información diseño en producto:

1. Clasificación e identificación de partes: Clasificación y codificación para optimizar

gestión. Tecnología de grupos (OPTIZ, CODE, KK-3, MICLASS) aplicada a diseño de piezas y a planificación de procesos.

2. Planificación de procesos:

Identificación de la secuencia de procesos.

Planificar y/o ordenar compra de material.

Diseño y adquisición de herramientas.

Planificación producción e inspección.

1. Adquisición de nuevas herramientas: Para que estén disponibles para la fabricación.

2. Planificación y compra de material: Asegurar que lista de materiales (etapa de diseño) este en stock (MRPII sistema gestión recursos materiales).

3. Programación Control Numérico: Generación programas N.C. Integración CAD/CAM.

4. Planificación producción:

Donde se fabrican las piezas.

Disponibilidad de materias primas.

Herramientas. 1. Fabricación: Según tolerancias y requerimientos (material, acabado)

2. Inspección: Control de calidad. Se usan técnicas de control estadístico:

Interno (empresa).

Externo (cliente).

Otras actividades: Ensamblaje y/o distribución

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Sistemas de fabricación.

Combinación de recursos materiales (materia prima y herramientas) y humanos

condicionados por requerimientos de diseño. Clasificación:

Continuos (transformación).

Discretos (ensamblado).

Evolución hacia sistemas cada vez más flexibles.

Tipos:

1. Linea de transferencia: Volumen de producción grande, piezas idénticas, inflexible. 2. Sistema de fabricación especial, similar a 1 con menor volumen de producción y

cierto grado de flexibilidad.

3. Sistemas de fabricación flexibles: (FMS) Medio volumen de fabricación y flexibilidad. La mayoría de las funciones del sistema

están asistidas por ordenador (control máquinas, gestión material, planificación

producción). 1. Celula de fabricación:

Muy flexible, máquinas completamente automáticas y robots

2. Stand-alone y máquinas de C.N.: Los más flexibles, poca producción, (piezas individuales), se adaptan a cambios en

el diseño automáticamente.

Proceso de Fabricación.

“Design for manufacturing”

Tener en cuenta en etapa diseño aspectos de fabricación.

Tipos procesos de fabricación: (materia prima producto)

a) Eliminación de material: metales, plásticos. Mecánica, térmica, química y

electroquímica.

b) Formación de material: metales, plásticos, cerámica Utilización de moldes.

c) Deformación: metales. Forja, plegado.

d) Unión de material: metales. Soldadura, pegado.

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Requerimientos para la integración.

Integración CAD/CAM CIM.

Principal Objetivo CIM B.D. integrada para soportar el proceso de diseño y

fabricación en el ciclo de producción.

Tecnologías relacionadas con la B.D. central: CAD, CAM, FMS, gestión de producción y

ensamblado automático. Problemas asociados a integración CAD/CAM:

Tecnología Hw y Sw (tiempos de respuesta)

Tipos de datos diferentes.

BD relacional en gestión producción.

BD jerárquica en CAD.

Aplicaciones desarrolladas con diferentes lenguajes. Gestión de producción Cobol, Basic.

Diseño C, Fortram.

Integración se prevé como el futuro y se esta trabajando en mejorarla. Importante utilizar información CAD para programación NC.

Tecnología CAD/CAM genera tres tipos de dibujos:

Dibujos de diseño: generales (ensamblado)

Dibujos detallados: componente, tolerancias, acabado.

Dibujos de programación NC: generación a partir de dibujos detallados, geometría

más requerimientos de mecanizado. Organizado en capas.

Consideraciones utilización de dibujos CAD para NC:

1. Exactitud datos numéricos: representación, manipulación

2. Especificación tolerancias 3. Separación de las anotaciones y geometría en capas

4. Uso de estructura de capas estándar

5. Concordancia entre precisión diseño y de las máquinas 6. Evitar entidades duplicadas y solapadas

7. Especificar requerimientos dimensiones (2D, 3D) 8. Introducción entidades en orden para trayectoria de herramienta

(semiautomático.)

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Planificación de procesos.

Convertir datos de diseño en instrucciones de fabricación requeridas para convertir materia

prima en pieza terminada. Evaluar especificaciones de diseño: geometría, dimensiones y tolerancias,

acabado para Generar plan de procesos = secuencia de operaciones:

Planificación de cortes sobre piezas.

Preparación de tocho.

Velocidades.

Herramientas.

Ensamblado.

Estimación tiempos.

Estimación costos.

Conexión entre departamentos ingeniería y producción. Similar al diseño conceptual de la etapa de diseño.

2 niveles de planificación:

Alto nivel: Identificar elementos a mecanizar (superficies), agruparlos, ordenar

grupos tiempo, herramientas para cada grupo. Bajo nivel: Detallar pasos alto nivel; máquinas, avance, velocidad, anclajes, coste,

tiempo estimado.

CAPP Computer Aided Process Planning

Manual

CAPP variante

CAPP generativa

Manual

Basada en experiencia y conocimiento proceso producción.

Pasos: 1. Identificación estructura básica y dificultades potenciales de fabricación (tipos de

anclajes, etc.)

2. Determinación envoltura pieza 3. Elección tocho óptimo (¼” > pieza).

4. Identificación features pieza 5. Elección método preparación tocho (grafo de preparación)

6. Consideración de métodos posibles para generar cada elemento.

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7. Ordenación por preferencias (coste, precisión, seguridad, volumen producción, etc.).

8. Generación plan considerando interacción entre elementos. 9. Precondiciones (datums y anclajes) y postcondiciones. Grafo de interacción.

10. Integración del grafo de preparación con el grafo de interacción: grafo de

planificación. 11. Chequeo del plan.

12. , costes, tiempos, etc.)

CAPP Variante

Método manual ineficaz. Benefic ios CAPP: Automatización, almacenamiento y control informático (creación y

modificación).

CAPP variante extensión de manual asistida por ordenador. Nuevos planes se obtienen editando los anteriores.

Componentes: 1. Codificación y clasificación: Tecnología de grupos. Familia = grupo piezas con

planes similares. 2. Creación y mantenimiento de la BD:

Patrones de trabajo: relacionan planes globales con planes específicos.

Documentación: descripción estándar de los planes.

Datos fabricación: herramientas, anclajes, etc..

Datos sintéticos: costes y tiempos.

1. Procesador lógico: Genera planes. Asegura que diferentes personas construyan planes idénticos con la ayuda del ordenador, Alto y bajo nivel.

2. Producción de documentación:

Hoja de métodos.

Hoja de ruta.

Hoja de herramientas.

1. Mantenimiento de ficheros: Almacenamiento, recuperación y edición.

CAPP Generativa

Método completamente automático.

Toma información geométrica y de fabricación y utiliza métodos de búsqueda y decis iones lógicas.

No necesita tener planes maestros. Tipos:

Planificación adelante: Parte del tocho y elimina partes necesarias para obtener la

pieza. Problema restricciones; el resultado de un paso afecta al siguiente (vuelta atrás).

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Planificación atrás: Parte de la pieza terminada e invierte las operaciones (pre y

postcondiciones), para obtener el tocho (rellena). Sin problemas de restricciones.

Componentes:

Esquema de codificación: relaciona y define todas las características geométricas (tamaño, posición, tolerancia) con los procesos de fabricación (máquina, herramienta, anclaje, etc.)

Lógica de decisión: estructura de la lógica de planificación y datos.

Determina operaciones pertinentes, máquina, etc.

Diagrama de flujo.

Árbol de decisión.

Sistemas expertos.

Programación de piezas.

Hoja de métodos instrucciones fabricación máquinas.

Procesada por el ordenador NC.

Tecnología NC se basa en control de máquinas herramienta y movimiento de herramienta mediante programas de NC.

Evolución.

Hardware: generaciones máquinas NC

1. Tecnología tubos de vacío 2. Circuitos de estado sólido

3. Circuitos integrados – ROM 4. Displays + almacenamiento de programas (CNC)

5. Comunicaciones (DNC)

Software: Similar a los avances producidos en CAD y modelado geométrico. Máquina herramienta NC:

MCU (machine control unit)

DPU (data processing unit)

CLU(control loop. Unit)

MCU realiza dos funciones:

DPU: Lectura de programas NC y procesamiento de los mismos para

pasar datos a CLU. CLU: Conversión de datos en señales control, indica a DPU que lea

nuevas instrucciones, control de los dispositivos asociados a la máquina

(velocidad, posición, etc.)

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Movimiento de las máquinas.

Diferentes tipos de movimientos entre máquina y piezas.

Mover solo la herramienta o herramienta y pieza.

Distintos tipos de motores: DC, hidráulicos y paso a paso. Eje de movimiento: eje donde se produce movimiento relativo entre la pieza y la

herramienta.

Ejes primarios: X, Y y Z sistema de coordenadas de la máquina (de

origen fijo o ajustable).

Ejes secundarios: U,V y W

Movimientos rotación sobre ejes paralelos a X,Y,Z : a,b,c

Número de ejes: 2 ejes: movimiento sobre 2 ejes. 3º independiente.

2½ ejes: movimiento 2D en un plano inclinado. Eje herramienta paralelo a Z.

3 ejes: movimiento 3D. Eje herramienta paralelo a Z.

6 ejes: movimiento 3D y orientación simultánea de la herramienta.

Estructura MCU:

NC

CNC

DNC

PTP: máquina más simple (taladro), operaciones en puntos concretos. No siempre en contacto con la pieza a lo largo de su trayectoria.

Trayectoria continua: Pieza en contacto con herramienta durante toda la

trayectoria. Control posición y velocidad más exacto, MCU más compleja. Pueden usarse también como PTP.

NC: DPU lector de cinta perforada. Cada vez que se mecaniza una pieza se

debe leer la c inta.

CNC: DPU es una ROM con un display, el programa NC se lee una vez.

Capacidad de diagnostico para mantenimiento y reparación de la máquina.

Cada máquina con su programa. Sin realimentación. Incapaz generación

informes (ratios producción, trabajo en curso, rechazos, etc.).

DNC: Host + máquinas CNC + red

Host almacena programas NC y los carga en cada una de las máquinas. Realimentación. Generación de informes. Diferentes niveles jerárquicos de

ordenadores y redes. Ventaja: centraliza la información de control del sistema.

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Procedimiento para la programación NC.

Generar trayectoria de herramienta y condiciones de corte.

Entorno CAD/CAM generación trayectorias, verificación y postproceso

(utilizando BD CAD).

Postproceso transforma lenguaje de alto nivel (p.e. APT, ISO, COMPACT II) en

lenguaje bajo nivel (máquinas NC). Software NC permite:

Definir herramientas (librerías)

Generación de trayectorias

Verificación (secuencias de animación)

Estimación tiempos y costes

Generación automática de programa APT

Postproceso

Conceptos programación NC.

Sistema coordenadas de la máquina: Cartesianos, especificado por fabricante,

herramienta Z. Adaptar orientación de la pieza a la máquina.

Matemáticas para el calculo de trayectorias: Importante especificación del centro de intersecciones de cortes. Conocimientos: trigonometría, relaciones

ángulos, geometría analítica. Fuerzas de las máquinas: Elección velocidad y paso adecuados. Alta velocidad

y paso: superficies rugosas y roturas herramienta. Tablas según ratio de

eliminación de material y potencia.

Programación de cortes

Programación de herramienta: Considera diámetro herramienta. La

trayectoria se define teniendo en cuenta la distancia entre el eje de la

herramienta y el lugar de corte. Solo sirve para un diámetro de herramienta.

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Programación de pieza: Genera trayectoria para herramienta de radio 0.

Se utilizan offsets para cada diámetro de herramienta.

Programación absoluta: todas las posiciones y movimientos se definen respecto a un origen dado.

Programación incremental: los movimientos se definen desde posición de herramienta inmediatamente anterior.

Posicionamiento rápido: en vacío a máxima velocidad.

Interpolación lineal: trayectoria recta permitiendo movimiento sobre los ejes a diferentes velocidades. Interpolación circular: trayectoria circular

Subrutinas estándar: librería de funciones fijas o variables.

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FABRICACIÓN DE UN TROQUEL.

Proceso de proyección.

En este proceso es importante tomar ciertos factores, que quedaran plasmados en la

fabricación para así lograr un troquel de alta productividad y el mejor pr oducto.

Proceso de corte.

La división o partición de los materiales con herramientas de cortantes es un operación

parecida a la de cizallamiento. El material es primeramente aplastado o recalcado en virtud

de la acción penetrante del punzón, es decir que las minúsculas partículas de material se corren en la dirección del esfuerzo cortante (fig. 1).

Figura 1.

Al mismo tiempo el material de la tira se repliega desde fuera hacia la superficie de corte;

se producen redondeamientos de contracción cuya magnitud depende del material de la

tira y de su espesor. Al seguir penetrando el punzón el material empieza a fluir. Cuando el material ha sobrepasado el límite de alargamiento (limite de fluencia) el material se rasga,

se rompe en las superfic ies de corte.

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Estos tres procesos pueden distinguirse con toda claridad en la superficie de corte,

especialmente en el caso de materiales gruesos. En virtud del recalcado la arista de corte se ve redondeada, en la zona de fluencia de la superfic ie de corte se presenta

relativamente lisa y brillante, mientras que ya en la zona de ruptura se ve una superficie

áspera de desgarramiento.

En la operación de arranque del material se forma una rebaba (fig.2). La posic ión de la

rebaba es diferente en la pieza cortada según sea el procedimiento empleado (seccionar, agujerar o cortar).

Para el trabajo posterior o para el empleo de la pieza terminada tiene frecuentemente importancia decisiva en que sitio se ha formado la rebaba.

Figura 2.

Configuración de las aberturas de las matrices de corte.

Las aberturas o perforaciones de las matrices tienen que presentar una mayor salida a

partir de la arista cortante con objeto de que las partes cortadas puedan atravesarlas y caer fácilmente. En el caso de las matrices para materiales de espesor inferior a los 3 mm la

abertura se trabaja hacia abajo con ángulo de 0.5°. Para materiales más gruesos lo que se

hace, por el contrario, es conservar la abertura a ángulo recto a partir de la arista cortante en 3 a 5 milímetros y ensancharla después hacia abajo con un ángulo de unos 3° (fig.3).

61



Figura 3.

Constituyen una excepción las matrices para herramientas cortantes totales, para

herramientas de precisión y para herramientas cortantes de repaso cuyas aberturas no deben tener ángulo de salida.

Las aberturas en las matrices para punzones delgados de agujerar, lo mismo que para los punzones de cortar de las herramientas cortantes totales, tiene que ser ejecutadas con

especial cuidado. Los agujeros redondos se rascan desde abajo con un escariador cónico

de cinco aristas que puede fabricarse uno mismo con acero redondo de precisión. El taladro libre de las aberturas en las placas cortantes o en los punzones de cortado

empleando una gran broca constituye una práctica incorrecta por que las rodajas grasientas

de desperdicio se pegan entre si y se ladean con facilidad y se acuñan en el taladro grande. (fig.4).

Figura 4.

62



Es una equivocación generalizada la de para obtener un corte limpio y sin “rebabas” las

hojas cortantes deberán estar situadas muy juntas. La realidad es que deberá haber una separación cuidadosamente controlada entre dichas

hojas cortantes. La razón de esta necesidad se observa en la figura 5.

Si las hojas están demasiado juntas, las grietas que corren desde el punto de contacto no coinciden, y por lo tal motivo no se tendrá lugar un corte limpio. El metal en exceso tiende a

separar las hojas, y es arrastrado hacia abajo para formar una “rebaba” en el filo de corte.

Esto da lugar asimismo a un desgaste de las hojas, las cuales quedan prontamente embotadas.

Cuando se aplica la holgura correcta, las fracturas coinciden, lográndose un corte limpio y

con un mínimo de rebabas. Esto reduce al mismo tiempo el desgaste de las hojas

cortantes.

Una separación excesiva da de nuevo lugar a que las fracturas no coincidan,

produciéndose ahora una separación por la que el metal es arrastrado. Esto se traduce en un radio en el reborde exter ior del material que esta s iendo cortado, y una rebaba

considerable en el reborde interior de dicho material.

Para un corte correcto, la separación deberá ser cuidadosamente escogida, manteniendo

además bien afiladas las hojas de corte. En la figura 6 se observa un filo de corte correctamente preparado.

Este principio de corte es fundamental en cuanto a su aplicación a todas las operaciones de corte en prensa, las cuales pueden resumirse como sigue:

(a) Perforado. (b) Piezas en bruto.

(c) Recortado. (d) Cizallado.

(e) Desbastado.

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Figura 5.

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Figura 6.

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PERFORADO.

En esta operación los agujeros se producen en un componente mediante el empleo de un

punzón o granete, y un dado en la forma que se ve en la figura 7.

Figura 7.

Se observara que se corta el metal aplicando la misma acción de cizallado. En esta ocasión, sin embargo, el punzón ocupa el lugar de la hoja cortante superior, y el dado el

lugar de la inferior.

La función de los distintos componentes que forman la herramienta simple para perforar que aparece en la figura 8, son los siguientes:

El apoyo: Este se hace con acero grueso suave y sirve para soportar el dado duro, y algo

frágil, evitando que se rompa bajo la acción de la fuerza de corte que aplica el punzón; se

hace mayor que el dado para dar un apoyo adecuado en la bancada de la prensa, a la vez que sirve para sujetar las abrazaderas que sujetan firmemente la herramienta de la prensa.

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El dado: Este es habitualmente el miembro cortante inferior, y contiene siempre el perfil de

corte de hembra en la combinación formada por el punzón y el dado. Se hace con acero endurecido y templados para dados. Este acero para dados es una aleación de acero que

no solo da una larga vida entre reafiladas, si no que además se desplaza y distorsiona

mucho menos que la mayoría de los aceros durante el tratamiento térmico. Esto es esencial si ha de evitarse el costoso afilado de los punzones y dados una vez que

han sido endurecidos.

El dado tiene habitualmente de 25 a 35 mm de grueso, por lo menos, con el fin de que su fuerza sea adecuada.

El colocador: Este se hace habitualmente con “placa para calibrar”, y obtener una buena

resistencia al desgaste; incluso se puede endurecer y templar. Su propósito, como su

nombre implica, consiste en colocar el componente en relación con el punzón y el dado, de forma que el agujero que se perfora quede situado correctamente en el componente.

En la herramienta de corte que aparece en la figura 8, se sitúa el orificio en relación con el

perfil exterior de la pieza. En ocasiones se utiliza una espiga que sirve para determinar el sitio de un orificio en relación con otro u otros previamente perforados.

El espaciador: Este tiene como único objeto separar la base y el dado, de forma que el

componente pueda cargarse con facilidad y ser sacado más tarde. Para conseguir una

alineación correcto, esta pieza y el dado deberán estar juntas como resulte posible.

Armazón: Cuando el punzón penetra en el componente se produce una relación contraria,

en el filo de corte, y el componente se encoge bajo el punzón. Puede quedar tan ajustado que la fuerza necesaria para sacar el punzón del componente pueda llegar a ser hasta un

25% de la fuerza de corte.

Por tal razón la base debe estar razonablemente proporcionada y anclada mediante pernos de alta resistencia a la tensión y de las proporciones adecuadas. La base deberá estar

diseñada igualmente para sacar el componente del aparato sin necesidad de darle vuelta, ya que de otra forma podría quebrarse el punzón. La práctica actual favorece el empleo de

bases gruesas que se ajustan mucho al punzón. Así se guía y se apoya el punzón cuando

este corta el componente, lográndose una buena alineación con el dado.

El punzón: Este se hace también de acero para dados y se templa habitualmente de forma

que quede ligeramente más suave que el dado. Así se consigue que resulte más rígido, con lo cual puede soportar mejor el impacto repetido del corte. Para evitar fallas por fatiga del

punzón deberá tenerse cuidado para lograr que el cambio de diámetro entre el diámetro de corte, el diámetro del cuerpo, y la cabeza (si esta se requiere), sea gradual y este bien

graduado.

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El porta punzón: Como su nombre indica, esta pieza sujeta el punzón al miembro móvil de

la prensa (el ariete. Se la hace habitualmente con acero suave, y cuenta con un resalte para que la fuerza aplicada por el ariete sea transmitida en forma positiva hacia el punzón.

Figura 8.

Para obtener una perforación limpiamente cortada el filo de corte del punzón y del dado

deben estar bien aguzados y, deberá haber una separación correcta entre el punzón y el

dado. En la siguiente tabla nos muestra la holgura correspondiente a materiales comunes. Esta holgura deberá multiplicarse por dos al aplicarla a los diámetros. El efecto de la

holgura entre el punzón y el dado se traduce en un orificio ligeramente conico.. El punzón

se hace del tamaño que se requiere para el orificio y la holgura se aplica al dado.

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Cuando se requieren orificios precisos, el diámetro del punzón debe aumentar ligeramente,

para compensar el encogimiento que se produce cuando el punzón se retira el punzón de dicha perforación. La perforación se aumenta en el dado aplicando la holgura

correspondiente al diámetro aumentado del punzón. Alternativamente, la perforación puede

afinarse mediante un juego de punzón y dados muy ajustados, una vez que se ha llevado a cabo la perforación original un poco por debajo del tamaño requerido. Esta última técnica

deja la perforación con sus lados paralelos, aun cuando el costo aumenta por este

procedimiento adicional. En el trabajo de aviación se perforan y escarian los orificios a su tamaño para eliminar cualquier material deformado que quedase en e l reborde del corte.

Esto reduce la posibilidad de falla por fatiga. Para lograr que el material que se recorta, copel, se desprenda libremente del dado, sé conifica el agujero de este en la forma que se

ve en la figura 7. Cuando se trate de orificios circulares puede utilizarse un escariador

cónico.

MATERIAL HOLGURA DEL DADO (El doble para su diámetro)

Aluminio 1/60 del grueso del material.

Latón 1/40 del grueso del material.

Cobre 1/50 del grueso del material.

Acero 1/20 del grueso del material.

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Piezas en bruto.

La pieza de metal cortada es la que se conserva, eliminándose la tira o lamina ya

perforada. La figura 9 muestra una herramienta simple para producción de piezas en bruto.

El principio mediante el cual se corta el metal también es el mismo que en el caso de las herramientas para perforar, aplicándose las mismas holguras al punzón y el dado. Sin

embargo la herramienta para producción de piezas en bruto cuenta con tiras guía para

orientar el material que esta siendo cortado. Por otra parte, la herramienta para la producción de estas piezas cuanta también con una parada para controlar el espaciado de

piezas en bruto que se va cortando de la tira de metal. Esta tira es alimentada a mano, haciendo avanzar el operador la tira hasta el punto de parada una vez que cada

componente ha sido cortado. Es evidente que el punzón y el orificio del dado de una

herramienta para producir partes en bruto es mucho mayor que las aplicadas a la herramienta de perforación, y que la fuerza requerida para cortar estas piezas puede llegar

a ser muy grande.

Figura 9.

Para facilitar la carga de las herramientas, y aumentar la eficiencia de corte, en ocasiones

el punzón y el dado se talla formando un ligero ángulo. E l ángulo de corte se aplica en la

forma que se indica en la figura 11 y es esencial cuando el material a cortar es grueso. Para compensar el empuje lateral que pueda crear el ángulo de corte, este se hace en forma

simétrica alrededor de la línea central. El ángulo de corte ayuda a aplicar en forma

progresiva la carga de corte a las herramientas, reduciendo la carga de choque inicial. En las operaciones de producción de piezas en bruto la holgura se aplica al punzón y no al

dado.

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Figura 10.

Figura 11.

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Distribución de la producción.

Para evitar desperdicios es importante determinar la posición de las piezas en bruto en

relación con la tira del material que se utiliza. La figura 12 muestra algunos ejemplos de la

distribución que alternativamente puede darse a dichas piezas.

En ocasiones, la distribución de las piezas en bruto en la tira no viene únicamente dictada

por la economía. Cuando la tira ha siso laminada, hay una orientación visible del grano, la que se produce en la dirección del laminado. Si la pieza en bruto ha de ser doblada en una

operación posterior, resultara esencial que se coloque la tira de manera que la línea de doblez quede perpendicular al grano, ya que de otra forma se producirían fracturas, como

se muestra en la figura 14.

Figura 12.

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Figura 14.

Cizallado y recortado.

Las herramientas para cizallar son muy simples, y se utilizan para cortar a lo largo las tiras

de material. Se asemejan a una guillotina angosta, y se utilizan cuando el filo de corte es

una línea recta. En la figura 15 se muestra un ejemplo de una herramienta para cizallar. Las cizallas se usan también para cortar tiras de material cuando los extremos hayan de ser

recortados en curva. En la figura 16 se muestra otro ejemplo de un troquel de recortado.

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Figura 15.

Figura 16.

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Desbardado.

La rugosidad en la pieza en bruto que se ha producido es, con frecuencia, algo inevitable

en determinadas operaciones, resultando necesario dejar material excedente en la pieza

para tener en cuenta dicha circunstancia. En forma alternativa, en ocasiones es necesario formar dos componentes respaldados entre si para equilibrar la carga en la herramienta y

evitar que resbale la pieza en bruto. El material excedente, o la trabazón que sujeta a los

dos componentes espalda contra espalda, tienen que ser recortada después de haber dado forma. Las herramientas utilizadas para las operaciones de desbardado se asemejan a las

herramientas para perforar o para producir piezas en bruto. La figura 17 muestra la secuencia de operaciones para producir refuerzos metálicos para las equinas de las cajas

de madera y las herramientas utilizadas para separarlas mediante desbardado.

Figura 17.

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FUEZA CORTANTE.

La fuerza cortante necesaria para cortar una pieza depende de la magnitud de la superficie

de cizallamiento (mm2) y de la resistencia al cizallamiento del material (kp/mm2 ó N/mm2).

Se calcula la superficie S a cortar determinando la longitud de la línea de corte I y multiplicándola por el espesor del material.

Para obtener la fuerza cortante F, se multiplica la superficie calculada por la res istencia τB.

.

Si nos es desconocida la resistencia al esfuerzo cortante de un material se pondrá en su

lugar los 4/5 de su resistencia a la tracción (únicamente valido para chapas de acero, aleaciones de cobre para forja y aleaciones de aluminio.)

El calculo de la fuerza cortante es necesario para determinar que prensa debe emplearse para el corte de una pieza.

La prensa que se emplea tiene que tener una fuerza de al menos 150kN.

En el caso de herramientas cortantes fuertemente cargadas, por ejemplo cuando se trata

de cortar chapas gruesas, puede atenuarse la dureza del golpe de la prensa mediante una forma de “tejado a dos aguas” o también de forma ondulada del punzón o dela matriz.

Las herramientas hay que achaflanarlas de tal forma que la pieza cortada quede recta. Al

cortar formas exteriores se da por eso al achaflanado a la matriz, mientras que al agujerar es el punzón el que se achaflana. De este modo resulta curvado únicamente el desperdicio.

La inclinación de la superficie de trabajo en el punzón o en la matriz debe ser

aproximadamente de 0.6 a 0.9 del espesor de la chapa. En estas cifras, las más pequeñas corresponden al corte de materiales mas agrios y las mayores al corte de materiales mas

tenaces. El bisel del corte no debe ser en los punzones mayor a 5° por que en caso contrario podrían deteriorarse los bordes cortantes a causa de a aparición de esfuerzos

laterales.

La abertura en una matriz achaflanada tiene que tener superfic ies paralelas por lo menos

en una magnitud igual al achaflanado de la matriz. Si la abertura empezara a ampliarse a

partir del borde cortante se tendría que, por ejemplo, con una herramienta para cortar discos se obtendrían piezas no redondas.

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En virtud de la “forma de tejado” o de la forma ondulada de las superficies de trabajo de las

herramientas cortantes se obtiene además una notable disminución de la fuerza necesaria. Sin embargo el trabajo efectuado por la prensa es el mismo que en el caso de una

superficie de trabajo plana pero se reparte en un recorrido mayor del punzón. En virtud del

corte de estirado obteniendo con esto, se disminuye el desgaste de la herramienta y de la prensa.

El calculo de la fuerza de corte de cada punzón es también necesario cuando t iene que determinarse si conviene dotar a una herramienta cortante de una placa de presión

templada.

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CAPITULO 2

PLANEACION DEL PROYECTO.

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INGENIERIA DE PROCESO.

Desarrollo de dimensiones de la placa conmemorativa.

Para el desarrollo de la pieza tenemos algunas restricciones en cuanto a las dimensiones.

En base a datos contemplados se desarrolla el prototipo.

Desarrollo.

Se toman las dimensiones del prototipo, para capturar estos datos y diseñar un modelo

computarizado en 2D y 3D en sus diferentes vistas.

Vista isométrica, (renderizada).

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Utilizando los siguientes instrumentos de medición:

Vernier digital.

Calibrador de alturas.

Mesa de mármol.

Y asistido por un programa CAD.

Se diseña el prototipo en el software para así revisar dimensiones y apariencias, se diseña

también el herramental para la obtención de la pieza, se revisan tolerancias, interferencias y

se realiza un simulación para su ensamble, también así para su funcionamiento.

Como resultado de todo esto se lleva a cabo la realización de planos para su fabricación,

también así se realizan los ajustes en la geometría para su fabricación de un software CAM.

En el anexo 1, se muestran las dimensiones de la pieza a fabricar, como así la de los componentes del herramental que formaran esta pieza.

Manufactura de las piezas del troquel con ayuda de un software CAM.

Con los datos de las piezas del troquel obtenidos por el departamento de diseño, se

maquinaran con un software CAM.

Este software realiza las funciones de programación de las rutas de la herramienta, asi como la simulación del desbaste, acabado; ahorrando tiempo en la programación, y con las

figuras tan complejas seria casi imposible programar estas rutas a pie de máquina.

En el software CAM se requieren que el programador inserte algunos datos como:

Velocidad de corte. Revoluciones por minuto de la herramienta.

Material a maquinar.

Avance. Profundidad de corte.

Herramientas que se utilizaran. Tolerancias de las rutas o puntos de maquinado.

Estrategia de maquinado.

Altura de seguridad.

Con estos datos en el software obtendremos las piezas necesarias para el herramental.

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Esta imagen representa el proceso de manufactura del dado de estampado del troquel con ayuda de un software CAM.

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CAPITULO 3.

EVALUACION DE RESULTADOS.

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Pruebas al troquel.

Mediante un software CAD se revisaron las interferencias posibles y algunos analisis por

carga o por choque.

En el esamblado del troquel se revisan las posiciones y se realizan pruebas para la

obtension de la pieza.

Se obtiene una pieza libre de rebabas y con las medidas especificadas.

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Conclusiones:

Por medio de este trabajo logramos concluir que en el diseño y en la elaboracion del troquel

se requieren de diferentes secciones d etrabajo, como son la del diseño del producto,

realizacion de planos de la pieza, diseño de las piezas que conformaran el herramental, realizacion de planos de los componentes que se fabricaran, selecion de los materiales,

programar maquinas de CNC para maquinar camponentes del herramental.

En esta obra se dan a conocer los conocimientos obtenidos en el seminar io SISTEMAS

DE CAD/CAM APLICADOS A EQUIPOS CNC.

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Glosario:

Avance Velocidad en la que una herrameinta de corte se dezplaza a lo largo de la

pieza de trabajo. CNC Control numerico computarizado. Escariado Proceso mediante el cual se utiliza una herramienta de corte con aristas

rectas para agrandar o alisar agujeros. Porta

herramientas Dispositivo que sirve para sujetar firmemente una herrameinta de corte.

CAD Diseño asistido por computadora. CAM Manufactura asistida por computadora.

Troquel Conjunto de herramientas para realizar diversos procesos como corte, estampado, embutido, etc.

Acero rapido Acero de grado herraminta que sirve para maquinar metales a alta velocidad.

Centro de maquinado

Maquina herrameinta de CNC cuyo husillo esta en posicion paralela al suelo.

Contorno Superficie o dimension curvada que se realiza en una pieza. Dado Componente de un troquel que tiene diversas funsiones como de

estampado o de corte.

Fuerza de corte

Energia necesaria para efectuar la accion de corte en cualquier pieza.

Punzon Herramienta que sirve en la operación de troquelado para la perforacion u obtencion de piezas.

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Bibliografia:

Engineering, Drawing & Desing.

Autor, Jay D. Helsel, Cecil Howard Jensen.

Editorial, McGraw Hill Science Engineering.

Mastering CAD CAM.

Autor, Ibrahim Zaid. Editorial, McGraw Hill Science Engineering.

Tecnologia de la fabricacion, tomo 2 “Tratamiento termico, procesos y maquinas

herramientas”

Autor, R.L. Timings. Editorial Alfaomega.

La construccion de herramientas. Autor, R. Lehnert

Editorial, Reverte, S.A.

Prontuario de Metales, “Tablas para la industria metalurgica”

Autor, Jutz, Scharkus, Lobert Editorial, Reverte, S.A.

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ANEXOS

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