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Información tecnológica

versión On-line ISSN 0718-0764

Inf. tecnol. v.15 n.2 La Serena  2004

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-07642004000200016 

  Información Tecnológica-Vol. 15 N° 2-2004, págs.: 91-94

INGENIERIA MECANICA

Criterios para Seleccionar Sistemas de Diseño y Manufactura Asistidos por Computadora (CAD/CAM)

Criteria for the Selection of Computer Aided Design and Manufacturing Systems (CAD/CAM)

 

R.R. Martínez

Univ. Autónoma de Cd. Juárez, Inst. de Ingeniería y Tecnología, Dpto. de Ingeniería Industrial y Manufactura, Av. del Charro N° 610 Norte, 32310 Cd. Juárez, Chihuahua-México (e-mail: reneramon2001@yahoo.com.mx)

Resumen

Este estudio tiene como objetivo presentar en forma clara los principios fundamentales que se requieren para tener un criterio sobre las bondades e inconvenientes de los sistemas Diseño y Manufactura Asistidos por Computadora (CAD/CAM). La inquietud nació por algunos p


roblemas presentados en la primera adquisición de un sistema de CAD/CAM. Se adaptó a una máquina de Control Numérico por Computadora (CNC) las dos modalidades de CAM, el primero con el sistema de CAD integrado y la otra con interacción en AutoCAD. Del análisis se determinó la indiferencia de usar un software de CAD desarrollado por la misma compañía del CAM. El resultado de estos experimentos y observaciones proporciona una herramienta fundamental para seleccionar un sistema de CAD/CAM eficiente.


Abstract

The objective of this study was to present in clear form the fundamental principles required to obtain a criterion of the advantages and disadvantages of computer aided design and manufacturing systems (CAD/CAM). The idea for setting these selection criteria were obtained during the initial acquisition of a CAD/CAM system. A Numerical Control by Computer (CNC) machine was adapted to two modalities of CAM, the first with an integrated CAD system and another with AutoCAD interaction. From the analysis it was determined that it was immaterial whether or not the use of CAD software was from the same company that produced the CAM software. The results of these experiments and observations provide a fundamental tool for selecting an efficient CAD/CAM system.

Keywords: CAD/CAM, design systems, compatibility criteria, manufacture, machining


INTRODUCCIÓN

Wenbin et al., (2002) recomienda para sobre-vivir en esta severa competencia de mercado, que la operación de la industria debe ser ágil desde el diseño hasta el mantenimiento. Por otro lado, y debido al cambio experimentado en las necesidades del mercado de consumo en los últimos años, se ha requerido de la innovación de nuevas tecnologías en las máquinas de Control Numérico por Computadora (CNC), como los sistemas de Dibujo y Manu-factura Asistidos por Computadora (CAD/-CAM). Chérif et al. (2004) dice; que todos los sistemas de CAD/CAM son, hoy en día capaces de generar una trayectoria de la herramienta de corte, para la pieza de trabajo considerada en el sistema de CAD. La capacidad de generar una trayectoria de herramientas en un Control Numérico (NC), es ahora común en los sistemas de CAD/CAM, pero la tecnología usada para la programación y control de una máquina de NC es basada en normas estándares de décadas anteriores, paralelamente con estos desarrollos de maquinado se tiene un significativo progreso con el rápida evolución de los sistemas de CAD/-CAM con sofisticada capacidad de programación de códigos de control numérico altamente configurables (Newman et al., 2003).

La parte de CAM es conocida mayormente como Manufactura Asistida por Computadora, pero en realidad es conveniente cambiar la palabra Manufactura por Maquinado quedando como Diseño y Maquinado Asistidos por Computadora (Dee, 1996).

Es muy sabido que el poder de estos sistemas es enorme, por ejemplo, la facilidad con que se puede realizar un cambio de especifi-caciones para modificar el producto, el cambio se efectúa y automáticamente las modificaciones se desarrollan en todo el sistema asociado con el modelo. Hay muchas variables asociadas con la implantación de un sistema de CAD/CAM y desafortunadamente muchas compañías desconocen los beneficios de un sistema de esta naturaleza, tales como los que a continuación se mencionan (Stover, 1984):

Incremento de la productividad de diseño: con el uso de algunos comandos dentro de un paquete de CAD, se puede elaborar automáticamente las vistas de un diseño. Presionando otra tecla obtenemos la rotación del dibujo de una posición a otra, y de igual forma si se teclean otros comandos como copiar, mover, borrar, estirar, etc., se modifica rápidamente el diseño, representando con esto un potencial que pudiera considerarse ilimitado.

Análisis de diseño: este es otro punto importante que puede ser manejado automáticamente por los atributos integrados en un sistema de CAD/CAM. Esto es conveniente para las diferentes aplicaciones de diseño mecánico, por ejemplo en prototipos de nuevas piezas o en tuberías de plantas, donde los dibujos son muy complejos y se les tiene que anexar las especificaciones requeridas.

Incremento de productividad para ingeniería: virtualmente la mayor parte de las tareas de ingeniería pueden automatizarse. Por ejemplo el modelado de una pieza puede ser muy útil y poderoso para emular y analizar el diseño, de igual forma se pueden manipular las figuras primitivas que existen dentro del software, que son entidades gráficas como esferas, conos y otras figuras en 3 dimensiones. Otra de las sofisticadas herramientas de modelado de estos sistemas es la que permite la construcción de figuras con álgebra boleana para modelos sólidos.

Análisis de elementos finitos: tal vez lo más difícil de todas las tareas de ingeniería puede ser la conducta sofisticada que presenta un análisis de elementos finitos. Para este proceso las partes son reducidas a elementos físicos discretos con los cuales se puede analizar independientemente con respecto a esfuerzos y desplazamientos requeridos. De esta manera pequeñas porciones de cada parte pueden ser analizadas basándose en cargas y esfuerzos, los cuales serán el tema para cuando la pieza es manufacturada o puesta en uso.

Costo: La industria que requiere de sistemas de CAD/CAM entiende ampliamente la importancia y la magnitud de una inversión de CAD/ CAM. Para explicar como una industria puede probar y aceptar los costos de sistemas de CAD/CAM, se comenzará con la siguiente fórmula básica:

Beneficio - Costo = Ganancia Neta (1)

En un ambiente de preventa, para el venddor no es difícil cuantificar los costos asociados con un sistema de esta naturaleza, pero el comprador deber considerar todos los aspectos cuantificables tales como Amortización, interés, mano de obra, mantenimiento, preparación del lugar, hardware y software además de los costos de entrenamiento, dedicación de los gerentes a estos sistemas y los servicios de agencia de asesoría.

Si realmente se piensa realizar la compra de un sistema de CAD/CAM, se debe solicitar a los proveedores soporte para preparar un análisis de beneficios de productividad de estos paquetes y tener presente que las necesidades sean cubiertas con los atributos y resultados. Dichos resultados se indican enseguida y fueron obtenidos, al desarrollar experimentos y observaciones en la manufactura de un prototipo.

Se advierte de una manera muy especial, no caer en las siguientes ideas erróneas acerca del CAD/CAM (Amirouche,1993):

  • Es un evento que se genera de la noche a la mañana.
  • Provee soluciones mágicas.
  • Permite soluciones rápidas a los problemas existentes.
  • Permite la fácil transferencia de datos entre sistemas.
  • Disuelve la burocracia y elimina el papeleo.
ANÁLISIS DE ATRIBUTOS

Cabe mencionar que esta comparación es meramente introductoria y considerando lo costoso de estos sistemas. Se analizaron los atributos e inconvenientes de dos sistemas, por razones obvias y únicamente para efectos de este trabajo, no se mencionará el nombre de ellos ni de las compañías a que pertenecen, de forma similar se menciona que el objetivo no es encontrar cual es el mejor, sino cuales deben ser los criterios para seleccionar un sistema de CAD/CAM, por lo tanto la referencia será SinCAD, que interactúa con el sistema de AutoCAD y ConCAD, cuando tiene integrado su propio CAD. Los resultados del análisis de atributos obtenidos al desarrollar experimentos y observaciones con estos dos sistemas se muestran continuación:

Procesos de maquinado: estos sistemas apoyan la programación de máquinas de CN para diferentes procesos, los más importantes se muestran en la tabla 1.

Tabla 1: Diagrama de procesos de maquinado
 


Línea de procesos 
ConCAD 
SinCAD 

Fresado 
Torneado 
Troquelado 
Electroerosionado 
Taladrado 

Maquinado simultáneo: las trayectorias de herramientas que generan los procesos de CAD/ CAM pueden también variar desde cortes lineales simples hasta ciclos de cortes complejos (de cinco ejes). Para este estudio se considerará únicamente el proceso de fresado para ambos sistemas, como se muestra en la tabla 2.

Tabla 2: Diagrama de maquinado simultáneo
 


Proceso 
No. de Ejes 
ConCAD 
SinCAD 
Fresado 

2 ½ 
3 ½ 
 
 
 

Maquinado en superficies: ambos paquetes computacionales pueden maquinar varias superficies seccionadas en una sola operación, eliminando la necesidad de separar un programa para cada superficie.

Simulación gráfica de la herramienta: las trayectorias de la herramienta son mostradas en forma gráfica por los dos sistemas de CAD/ CAM, permitiendo verificar que el ciclo de corte esté de acuerdo con las condiciones de diseño y que se pueda ejecutar el maquinado deseado, con las herramientas seleccionadas o con las que cuenta la máquina.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Resultados de la Aplicación Real muestran algunas diferencias entre estos dos sistemas de CAD/CAM, que deben ser consideradas al seleccionar estos sistemas, independientemente si esta integrado o no el CAD. Estas se detallan a continuación:

Manuales de procedimientos: Se elaboraron procedimientos para ambos sistemas con material de fácil aprendizaje de CAM para usuarios que no son expertos en esta área y se les proporcionó a estudiantes sin conocimientos de programación de máquinas de control numérico. El resultado que arrojó esta prueba, fue que los alumnos pudieron maquinar una pieza con asesoramiento mínimo, lo cual no sucedió con los manuales voluminosos y complejos que proporcionan las compañías fabricantes de estos sistemas.

Adaptación de los dos sistemas: ambos sistemas se instalaron con problemas serios en la adaptación con el sistema de CNC de la máquina. Uno de los problemas más relevantes fue con la codificación generada por el sistema de CAM.

CAD/CAM en el mismo software: realmente no se encontró ninguna inconveniencia de que el CAM trabaje dentro de su propio software de CAD o interactuando con AutoCAD, la ventaja probablemente se dará en la habilidad que tenga el usuario para utilizar el CAD.

Corte de contornos: uno de los sistemas realizó perfectamente los ciclos para corte de contornos ya sea exterior o interior, el otro sistema inició su trayectoria de corte fuera del contorno, de igual forma al terminar el corte, lo que implica entre otras cosas mayor consumo de material.

Ciclos para desbastar materia: cuando una pieza a desbastar contiene una isla o mamelón, un sistema lo desarrolló en un solo ciclo de corte, en cambio, con el otro, requirió dos ciclos de desbaste. El primer corte que realiza deja generalmente material en el contorno de la isla, por lo que es necesario realizar un segundo corte para eliminar ese material.

CONCLUSIONES

De lo presentado y discutido en el trabajo se puede deducir una serie de conclusiones, como sigue:

1) Se encontró que no existe diferencia al usar un software de CAD desarrollado por la misma compañía del CAM ó utilizar un sistema de CAM que interactué con AutoCAD en una máquina CNC.

2) El resultado del análisis de estos experimenmentos y observaciones, proporciona una herramienta fundamental para poder decidir por un sistema eficiente. Esto evitará la influencia, de deslumbrantes presentaciones de los proveedores.

3) El resultado favorable, que arrojó el entrenamiento con los estudiantes y los procedimientos para usuarios no expertos para manufacturar la pieza con un mínimo de asesoramiento, mostró que los procedimientos se deben de desarrollar de manera sencilla y a-migable para el fácil aprendizaje del usuario.

4) Se recomienda utilizar los sistemas de CAD/CAM. Por todos los atributos que presentan estos paquetes, con los cuales se pueden obtener ahorros substanciales de tiempo, materiales y mano de obra.

5) Para obtener mejores resultados, los usuarios deben contar con conocimientos básicos sobre máquinas-herramientas y de control numérico.

 

REFERENCIAS

Amirouche Farid M., Computer Aided Design and Manufacturing, U.S.A.: Editorial Prentice-Hall (1993).         [ Links ]

Chërif Mehdi y otros tres autores, Generic modeling of milling forces for CAD/CAM applications, International Journal of Machine Tools & Manufacture (44) 29-37 (2004).         [ Links ]

Dee Tony, A CAD-To-CAM Primer, U.S.A.: Modern Machine Shop: 69-74 (1996).         [ Links ]

Newman S.T. y otros tres autores, CAD/CAM solutions for STEP-compliant CNC, International Journal of Computer Manufacturing 16 (7-8) 590-597 (2003).         [ Links ]

Stover Richard N., An Analysis of CAD/CAM Applications, U.S.A .: Editorial Prentice-Hall, (1984).         [ Links ]

Wenbin Zhai y otros tres autores, An integrated Simulation Method to Support Virtual Factory Engineering, International Journal of CAD/-CAM: 2 (1) 39-44 (2002).

 
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