Este documento describe los sistemas CAD, CAE, CAM y CNC utilizados en procesos de manufactura. El CAD se utiliza para el diseño asistido por computadora, el CAE para simulaciones de ingeniería, el CAM para generar programas de control numérico y el CNC para controlar máquinas herramienta mediante software. También se proporciona información sobre la historia y aplicaciones de estos sistemas en la fabricación de piezas.

1. PROCESOS DE
MANUFACTURA
Nombre : Maria rdz
Grupo : 5ª

2. SISTEMA CAD

3. ¿QUÉ ES CAD ?
• El diseño asistido por computadoras (diseño asistido por ordenador en España), más conocido por sus siglas inglesas CAD (computer-aided design), es el uso de un
amplio rango de herramientas computacionales que asisten a ingenieros, arquitectos y diseñadores. El CAD es también utilizado en el marco de procesos de
administración del ciclo de vida de productos.
• También se puede llegar a encontrar denotado con las siglas CADD (computer-aided design and drafting), que significan «dibujo y diseño asistido por computadora».
• Estas herramientas se pueden dividir básicamente en programas de dibujo 2D y de modelado 3D. Las herramientas de dibujo en 2D se basan en entidades
geométricas vectoriales como puntos, líneas, arcos y polígonos, con las que se puede operar a través de una interfaz gráfica. Los modeladores en 3D añaden
superficies y sólidos.
• CAD fue principalmente inventado por un francès, Pierre Bézier, ingeniero de los Arts et Métiers ParisTech. El ingeniero desarrolló los principios fundamentales de la
CAD con su programa UNISURF en 1966.
• El usuario puede asociar a cada entidad una serie de propiedades como color, capa, estilo de línea, nombre, definición geométrica, material, etc., que permiten
manejar la información de forma lógica. Además se pueden renderizar los modelos 3D para obtener una previsualización realista del producto, aunque a menudo se
prefiere exportar los modelos a programas especializados en visualización y animación, como Autodesk Maya, Bentley MicroStation, Softimage XSI o Autodesk 3ds
Max y la alternativa libre y gratuita Blender, capaz de modelar, animar y realizar videojuegos.

4. • Elementos de los sistemas CA
• Dibujo realizado con software CAD.
• El proceso de diseño en CAD consiste en cuatro etapas.
• Modelado geométrico. Se describe como forma matemática o analítica a un objeto físico, el diseñador construye un modelo geométrico emitiendo comandos que
crean líneas, superficies, cuerpos, dimensiones y texto; los comandos introducidos dan a origen a una representación exacta en dos o tres dimensiones del objeto.
El representado en línea abarca todas las aristas del modelo que se pueden considerar como líneas llenas dando como resultado una imagen ambigua ya que
algunas veces las formas son complicadas y para facilitarlo se pueden usar los colores para distinguir las líneas de las piezas y tener una mejor visualización. Sus
estructuras se representan en 2, 2 ½ y 3 dimensiones. Cuando hablamos de 2 ½ se utiliza la transformación de la extrusión (sweept), moviendo el objeto de 2-D a
lo largo del eje z.1
• Análisis y optimización del diseño. Después de haber determinado las propiedades geométricas, se analiza el modelo virtual para rectificar que no haya errores en
el modelado (dimensiones, formas, etc.).
• Revisión y evaluación del diseño. En esta etapa se comprueba si existen interferencias entre componentes de cierto mecanismo que impidan su correcto
funcionamiento o deficiencias estructurales en el caso de cuerpos sólidos. Esta etapa es de gran utilidad, ya que ayuda a evitar problemas posteriores en la
producción del producto, ya sea en el ensamble o en el uso de la pieza. Existen programas de animación y simulación dinámica para el cálculo y análisis de las
propiedades físicas (esfuerzos, deformaciones, deflexiones, vibraciones) de los objetos que ayudan a determinar si el objeto cumple con los requerimientos de
diseño y de manufactura.
• Documentación y dibujo (drafting). Por último, en esta etapa se realizan planos técnicos y de trabajo. Se representan diferentes vistas de la pieza, a escala,
incluyendo perspectivas.1 Además de planos del diseño la documentación puede incluir una memoria descriptiva con aspectos no gráficos que sean necesarios
para su manufactura, esta clase de datos se suelen agregar en el pie de plano.

5. SISTEMA CAE

6. QUE ES CAE
• CAE / Ingeniería Asistida por Computadora
• Ingeniería asistida por computadora (CAE) es el uso de software computacional para simular desempeño y así poder hacer mejoras a los diseños de
productos o bien apoyar a la resolución de problemas de ingeniería para una amplia gama de industrias. Esto incluye la simulación, validación y
optimización de productos, procesos y herramientas de manufactura.
• Un proceso típico de CAE incluyen pasos de pre-procesado, solución y post-procesado. En la fase de pre-procesado, los ingenieros modelan la
geometría y las propiedades físicas del diseño, así como el ambiente en forma de cargas y restricciones aplicadas. En la fase de post-procesado, los
resultados se presentan al ingeniero para su revisión.
• Las aplicaciones CAE soportar una gran variedad de disciplinas y fenómenos de la ingeniería incluyendo:
• Análisis de estrés y dinámica de componentes y ensambles utilizando el análisis de elementos finitos (FEA)
• Análisis Termal y de fluidos utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD)
• Análisis de Cinemática y de dinámica de mecanismos (Dinámica multicuerpos)
• Simulación mecánica de eventos (MES)
• Análisis de control de sistemas
• Simulación de procesos de manufactura como forja, moldes y troquelados
• Optimización del proceso del producto

7. • - Facilidad, comodidad y mayor sencillez en la etapa de diseño.
• - Rapidez, exactitud y uniformidad en la fabricación.
• - Alto porcentaje de éxito.
• - Eliminación de la necesidad de prototipos.
• - Aumento de la productividad.
• - Productos más competitivos.
• - Fácil integración, sin problemas adicionales, en una cadena de fabricación.
• - Se obtiene un producto económico, de óptima calidad y en el menor tiempo posible.

8. SISTEMA CAM

9. • La ingeniería CAM hace referencia concretamente a aquellos sistemas informáticos que ayudan a generar los programas de Control Numérico necesarios
para fabricar las piezas en máquinas con CNC. A partir de la información de la geometría de la pieza, del tipo de operación deseada, de la herramienta
escogida y de las condiciones de corte definidas, el sistema calcula las trayectorias de la herramienta para conseguir el mecanizado correcto, y a través de
un postprocesado genera los correspondientes programas de CN con la codificación especifica del CNC donde se ejecutarán. En general, la información
geométrica de la pieza proviene de un sistema CAD, que puede estar o no integrado con el sistema CAM . Si no está integrado, dicha información
geométrica se pasa a través de un formato común de intercambio gráfico. Como alternativa, algunos sistemas CAM disponen de herramientas CAD que
permiten al usuario introducir directamente la geometría de la pieza, si bien en general no son tan ágiles como las herramientas de un sistema propiamente
de CAD .
• Algunos sistemas CAM permiten introducir la información geométrica de la pieza partiendo de una nube de puntos correspondientes a la superficie de la
pieza, obtenidos mediante un proceso de digitalizado previo . La calidad de las superficies mecanizadas depende de la densidad de puntos digitalizados. Si
bien este método acorta el tiempo necesario para fabricar el prototipo, en principio no permite el rediseño de la pieza inicial.
• La utilización más inmediata del CAM en un proceso de ingeniería inversa es para obtener prototipos, los cuales se utilizan básicamente para verificar la
bondad de las superficies creadas cuando éstas son criticas. Desde el punto de vista de la ingeniería concurrente es posible, por ejemplo, empezar el
diseño y fabricación de parte del molde simultáneamente al diseño de la pieza que se quiere obtener con el molde, partiendo de la superficie externa de la
pieza mientras aún se está diseñando la parte interna de la misma.

10. CNC

11. • El control numérico por computadora, de ahora en adelante CNC, es un sistema que permite controlar en todo momento la posición de un elemento
físico, normalmente una herramienta que está montada en una máquina. Esto quiere decir que mediante un software y un conjunto de órdenes,
controlaremos las coordenadas de posición de un punto (la herramienta) respecto a un origen (0,0,0 de máquina), o sea, una especie de GPS pero
aplicado a la mecanización, y muchísimo más preciso. Así pues,el CNC controla todos los movimientos de la herramienta cuando estamos fabricando, y
no solo controla las coordenadas que hemos visto, sino también, la manera de desplazarse entre ellas, su velocidad, y algunosparámetros más. Un CNC
es un equipo totalmente integrado dentro de máquinas-herramienta de todo tipo, de mecanizado, de corte, por láser, cortadoras, etc. Y de todas ellas
espero ir hablando en este blog.
• La pregunta lógica ¿para qué sirve el CNC? Pues como hemos dicho, nos permite controlar en todo momento cuales son los movimientos de una
herramienta, así que nos servirá para obtener piezas con determinadas medidas, para crear programas que nos repitan con gran precisión piezas
iguales, también se utiliza, y mucho, para verificar las medidas de algo que ha sido fabricado.
• Sin ir más lejos, el otro día vi en la televisión imágenes de la factoría de Ferrari, donde todos los chasis de sus vehículos (el chasis es la estructura
interior, el esqueleto) eran comprobados mediante robots, para verificar la calidad y seguridad de sus vehículos, ya que Ferrari fabrica sus coches de
manera semi-artesanal. ¿Cómo hacían esto? Pues colocando el coche en una bancada, y mediante varios robots que tienen una especie de aguja en la
punta (llamada palpador), y que siguen unas órdenes marcadas por un CNC; el robot va a una coordenada, por ejemplo la (432,1450,45) y sabe que
cuando pase a la coordenada (432,1450,46) tiene que estar tocando el chasis, si el palpador detecta que ha habido contacto, da el visto bueno, sino
detecta contacto, avisa de un posible error.

12. HISTORIA DEL CNC
• Su inicio fue en la revolución industrial en 1770 las maquinas eran operadas a mano, al fin se tiende mas y mas a la automatización ayudo el vapor,
electricidad y materiales avanzados.
• En 1945 al fin de la 2 guerra mundial se desarrollo la computadora electrónica.
• En los 50´s se uso la computadora en una maquina herramienta.
• No paso mucho tiempo hasta que la computación fue incorporada masivamente a la producción.
• En los 60´s con los chips se reduce el costo de los controladores
• Hacia 1942 surgió lo que se podría llamar el primer control numérico
• verdadero, debido a una necesidad impuesta por la industria aeronáutica para la realización de hélices de helicópteros de diferentes configuraciones.
• Desarrollo Histórico del Control Numérico.
• Los primeros equipos de CN con electronica de valvulas, reles y cableados,
• tenían un volumen mayor que las propias máquinas-herramientas, con una
• programación manual en lenguajes máquina muy complejo y muy lenta de programar.

13. TORNO CNC
• Torno de control numérico o torno CNC se refiere a una máquina herramienta del tipo
torno que se utiliza para mecanizar piezas de revolución mediante un software de
computadora que utiliza datos alfa-numéricos,1 siguiendo los ejes cartesianos X,Y,Z. Se
utiliza para producir en cantidades y con precisión porque la computadora que lleva
incorporado controla la ejecución de la pieza.2
• Un torno CNC puede hacer todos los trabajos que normalmente se realizan mediante
diferentes tipos de torno como paralelos, copiadores, revólver, automáticos e incluso los
verticales. Su rentabilidad depende del tipo de pieza que se mecanice y de la cantidad de
piezas que se tengan que mecanizar en una serie.

14. • Control numérico
• El primer desarrollo en el área del control numérico lo realizó el inventor norteamericano John T. Parsons junto con su empleado Frank L. Stulen,
en la década de 1940. El control numérico (CN) es un sistema de automatización para máquinas herramientas en que se utilizan números, letras y
símbolos. Cuando cambia la tarea a realizar, se cambia el programa de instrucciones.
• Los caracteres establecidos para estos programas están regidos por las normas DIN 66024 y 66025. Algunos de los caracteres son:
• N - corresponde al número de bloque o secuencia. Luego de la letra se coloca el número del o los bloques que se deben programar. El número de
bloques debe estar comprendido entre 1 y 999.
• X, Y, Z - corresponde a los ejes de coordenadas X, Y, Z de la máquina herramienta. En los tornos solo se utilizan las coordenadas X y Z. El eje Z
corresponde al desplazamiento longitudinal de la herramienta en las operaciones de cilindrado mientras que el X es para el movimiento transversal
en las operaciones de refrentado y es perpendicular al eje principal de la máquina. El eje Y opera la altura de las herramientas del CNC.
• G - son funciones preparatorias que informan al control las características de las funciones de mecanizado. Está acompañado de un número de
dos cifras para programar hasta 100 funciones.

15. CENTRO DE MAQUINADO CNC
• Un centro de mecanizado es una máquina altamente automatizada capaz de realizar múltiples operaciones de maquinado en una
instalación bajo CNC (control numérico computarizado) con la mínima intervención humana. Las operaciones típicas son aquellas
que usan herramientas de corte rotatorio como cortadores y brocas. Este sistema de mecanizado destaca por su velocidad de
producción como ventaja y los altos costos como desventaja.
• Centro de mecanizado.
• Existen centros de mecanizado de una gran variedad de tamaños, tipos, funciones y grados de automatización. Sus costos están
comprendidos en el rango de 50.000 hasta 1.000.000 de euros o más. Sus potencias nominales llegan a 75kW y las velocidades de
husillo de las máquinas más usadas tienen límites de 4000-8000 RPM. Algunas mesas inclinables son capaces de soportar piezas
de más de 7000 Kg de peso.
• En la actualidad se construyen muchas máquinas en forma modular, de tal modo que se pueden instalar y modificar diversos
equipos y accesorios periféricos, según se necesite en los cambios de productos a manufacturar.1