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Investigación Unidad 1. Semestre enero-junio 2021. Clase: Herramientas para el diseño mecatrónico. Docente: Isidro Rodríguez García.

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE REYNOSA. Materia: Herramientas para el diseño mecatrónico. Nombre del Profesor: Isidro Rodríguez García. Carrera: Ing. Mecatrónica. Nombre del Alumno: Edson Alberto Tejeda Hernández. N° de Control: 18580931. “Investigación: Unidad 1- Introducción al CAD/CAE”

Reynosa, Tamaulipas, 01 de febrero de 2021.

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Investigación Unidad 1. Semestre enero-junio 2021. Clase: Herramientas para el diseño mecatrónico. Docente: Isidro Rodríguez García.

Contenido Introducción al CAD/CAE......................................................................................................... 3

1.

1.1. 1.2.

Introducción........................................................................................................................ 3 Conceptos fundamentales sobre: CAD/CAM/CAE/CIM.....................................................4

1.2.1.

CAD................................................................................................................................ 4

1.2.2.

CAM................................................................................................................................ 4

1.2.3.

CAE................................................................................................................................ 5

1.2.4.

CIM................................................................................................................................. 5

1.3.

Descripción de software y hardware utilizado en CAD/CAM/CAE/CIM............................7 -

1.3.1 Tecnología CAD/CAM/CAE.......................................................................................8

-

1.3.2 Sistema CIM.............................................................................................................. 9

-

1.3.3 Etapas de los sistemas CAD/ CAM...........................................................................9

-

1.3.4 Programación en CAD/ CAM.....................................................................................9

-

1.3.5 Flujo de información en sistema CAD/ CAM............................................................10

-

1.3.5 Procesadores...........................................................................................................11

-

1.3.6 Softwares comerciales de tecnología CAD/ CAM....................................................12

AutoCAD................................................................................................................................... 12 1.3.6.1 NC Vision...................................................................................................................... 12 1.3.6.2 CATIA............................................................................................................................ 12 1.3.6.3 AUTOSPOT (Automatic System for Positioning Tools)..................................................12 -

1.3.7 Sistema CAE...........................................................................................................13

-

1.3.8 El espacio coordenado............................................................................................ 13

-

1.3.8.1 Sistema de coordenadas polares.........................................................................14

-

1.3.9 Técnicas de programación..........................................................................................14 1.3.9.1 Programación manual................................................................................................... 15 1.3.9.2 Programación conversacional.......................................................................................15 1.3.9.3 Programación usando sistemas de CAD/ CAM.............................................................16 -

1.3.9.4 Diseño de producto asistido por ordenador..........................................................16

- 1.3.9.5 Documentación.......................................................................................................... 17 1.4.

Alcances del Software (SolidWorks, Inventor…)..................................................................17

Fuentes de información.................................................................................................................... 18

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1. Introducción al CAD/CAE. 1.1. Introducción. El equipo de computo se conoce como un potencial recurso tecnológico que, desde su invención, marcó diferencia en cuanto a las múltiples actividades que el operador puede desarrollar con este. Actividades, que van desde tareas muy sencillas, hasta procesos manualmente complejos, que han sido llevadas a cabo en ordenadores con cantidades de tiempo cada vez menor, esto, se traduce en practicidad, confiabilidad y precisión, dado que, la calidad del trabajo se torna mejor cuando es realizada por medio de un computador. Dichas virtudes no han pasado desapercibidas por el importante sector industrialcomercial que mueve al mundo, pues día a día son mas los procesos productivos en donde se involucra al sistema inteligente para ejecutar las actividades operativas. Esto puede ir desde la simple concepción de la idea, hasta la entrega de un producto terminado; se recurre al uso del equipo de computo mediante los distintos softwares y demás paquetes informáticos necesarios para tal fin. Para producir, se necesita de un proceso de transformación por el cual, la materia prima o materiales brutos se convierten en productos acabados para percibir un valor en el mercado, empleando para ello una combinación de mano de obra, maquinarias, herramientas especiales y energía. La primera época de la automatización estuvo marcada por la aplicación de dispositivos capaces de controlar una secuencia de operaciones y el comienzo del estudio sobre la regulación automática. A nivel empresarial, se desarrolló el concepto de producción continua, tanto para la fabricación de productos continuos, como para los de tipo discreto. La segunda época, desde Segunda Guerra Mundial hasta nuestros días, se ha caracterizado por la aparición de la microelectrónica y con ello, la de los computadores, ya su vez por el gran avance de la Teoría de Control. Gracias a esto, la introducción de los robots industriales en la fabricación de series pequeñas y medianas ha incrementado sustancialmente la flexibilidad y autonomía de la producción.

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1.2. Conceptos fundamentales CAD/CAM/CAE/CIM.

sobre:

1.2.1.CAD. Acrónimo de Computer Aided Design), comprende los sistemas informáticos (software) para el diseño asistido por computadora cuya codificación permite generar modelos en ambiente 2D y 3D con muchas, si no todas, de las características de un determinado producto, a fin de obtener una representación de gran precisión del objeto deseado. Básicamente el principio de operación de los sistemas CAD consiste en la interacción del usuario (diseñador) con el software en un lenguaje informático a través de los dispositivos periféricos de entrada, procesamiento y salida de datos (hardware), provistos por el ordenador. En síntesis, se implica la integración de métodos computacionales y de ingeniería en un sistema basado en un ordenador. Esto requiere una base de datos, algoritmos de representación, subsistemas de comunicación para entrada y salida de datos, entre otros. A su vez, el CAD puede combinarse a otras tecnologías (CAM, CAE) para permitir el desarrollo integral de un proyecto desde su fase de diseño hasta su producción en línea, con lo que se consigue un importante ahorro de tiempo, mínima intervención humana y mayor precisión de diseño.

1.2.2.CAM. Las siglas CAM corresponden al acrónimo de Computer Aided Manufacturing (Fabricación Asistida por Ordenador). Por CAM se entiende la utilización de ordenadores para tareas técnicas de elaboración de planos de mecanizado de piezas o cuerpos sólidos, incluyendo programación por Control Numérico (CN) para su posterior proceso de fabricación o montaje. El principal objetivo del CAM es pues, proveer información e instrucciones para la automatización de máquinas en la creación de partes, ensambles y circuitos; utilizando como punto de partida la información de la geometría creada por el CAD. En el terreno industrial la combinación de los sistemas CAD/CAM se refiere a la generación automática de código CNC. En tal sentido, los sistemas CAD/CAM han permitido grandes logros en la manufactura de piezas maquinadas tanto por su aplicación en componentes de 4

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geometrías complejas como en la disminución dramática del tiempo de generación de los programas de CNC.

1.2.3.CAE. Ingeniería Asistida por Computadora (de sus siglas en ingles CAE, Computer Aided Engineering), corresponde al uso de software computacional para simular desempeño y así poder realizar mejoras a los diseños de producto o bien apoyar a la resolución de problemas de ingeniería para una amplia gama de industrias. Esto incluye el diseño, 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 inicial, 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. La finalidad del CAE es ayudar al ingeniero de diseño en todas las etapas del desarrollo del producto, englobando los conceptos CAD/ CAM/ CAE. Las aplicaciones CAE soportan 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 - Simulación mecánica de eventos - Análisis de control de sistemas - Simulación de procesos de manufactura - Optimización del proceso del producto. Los beneficios aportados por software de tipo CAE se refieren a reducción del tiempo y costo de desarrollo de productos, con mayor calidad y durabilidad de este.

1.2.4.CIM. Manufactura Integrada por Computadora (Computer Integrated Manufacturing), es un método de manufactura en el cual el proceso entero de producción es controlado por una computadora. 5

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Típicamente, depende de procesos de control de lazo cerrado, basados en entradas en tiempo real desde sensores. CIM es una filosofía y estrategia de producción, caracterizada por integrar toda la información de las distintas áreas de una empresa a través de sistemas informáticos y la utilización de equipos electrónicos para el control, supervisión y gestión de los procesos. En síntesis, CIM incluye todas las actividades que se realizan para la fabricación de un producto, desde la percepción de la necesidad, la concepción, el diseño y su desarrollo, pasando por su producción, marketing y soporte del producto en uso, bajo los lineamientos de la Automatización para gobernar el proceso industrial de forma óptima. Antes que apareciera el término CIM, en las fábricas se manejaban otros como Control Numérico (NC), Control Numérico Computarizado (CNC), Control numérico distribuido (DNC), diseño asistido por computadora (CAD), Manufactura asistida por computadora (CAM), diseño y manufactura asistida por computadora (CAD/ CAM), Ingeniería asistida por computadora (CAE), entre otros. CIM se estructura sobre los cimientos de estas tecnologías.

Esquema Funcional del sistema CIM. A pesar de que CIM implica integrar todos los pasos de un proceso de manufactura, en la práctica muchas compañías han logrado grandes beneficios al implementar sistemas CIM parciales, es decir, en solo algunas áreas de la empresa.

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1.3. Descripción de software y hardware utilizado en CAD/CAM/CAE/CIM.

Características y diferencias entre los sistemas CAD/CAE/CAM/CIM De lo anterior se puede notar que los sistemas mencionados guardan una estrecha relación en cuanto a su integración para los procesos productivos donde se apliquen, no obstante, no deben malinterpretarse como un sistema global, a pesar de que como se indicó en apartados anteriores la tecnología CAE y CIM pueden abarcar muchos o incluso la totalidad de los sistemas en un proceso automatizado, pero en la mayoría de los casos es común una integración parcial de las tecnologías citadas, ello debido a los altos costos implícitos en su adquisición. En la actualidad ha tomado cada vez mayor auge la combinación de 7

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las tecnologías CAD/ CAM y CAD/CAM/CIM en los ciclos productivos de las empresas.

- 1.3.1 Tecnología CAD/CAM/CAE Cuando CAD y CAM son combinados en un paquete informático integrado, se alude a ellos con el acrónimo CAD/CAM. Este sistema integrado permite la consecución de un vínculo entre las computadoras, posibilita que todas las funciones a desempeñar estén alimentadas por una base de datos común que contiene planos, listas de materiales, hojas de ruta y algún otro dato necesario. El rendimiento de la fabricación puede ser mejorado si, al diseñar un determinado artículo, se tienen en cuenta al mismo tiempo las características del proceso de producción o sus fases, las capacidades de las máquinas, los cambios de herramientas, las necesidades de ajustes de soporte, el montaje, etc. Las tecnologías de fabricación estudian los procesos de conformado que sufre un material, desde que ha sido elaborado en bruto hasta que sale transformado en un producto acabado. Tal es el caso del sistema CIM, cuyas fases de estructuración se resumen a continuación.

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- 1.3.2 Sistema CIM CIM incluye todas las actividades desde la percepción de la necesidad de un producto, su concepción, diseño y desarrollo; así como también la producción, marketing y soporte de este. El diseño del producto puede realizarse en el computador con diversos sistemas, como son el CAD, CAE y el CAPP. El CAE como se indicó en apartados anteriores es la tecnología que analiza un diseño y simula su operación para determinar su apego a las condiciones de diseño y sus capacidades. Por su parte, el CAPP (Computer Aided Process Planning), o planificación de procesos asistida por computador, es un sistema experto que captura las capacidades de un ambiente manufacturero especifico y principios manufactureros ingenieriles, con el fin de crear un plan para la manufactura física de una pieza previamente diseñada. Este plan especifica la maquinaria que se ocupara en la producción de la pieza, la secuencia de operaciones a realizar, las herramientas utilizar, entre otros aspectos de interés.

- 1.3.3 Etapas de los sistemas CAD/ CAM De manera general, se puede decir que los sistemas CAD/ CAM ayudan al programador en tres áreas principales:  Evita realizar cálculos matemáticos manualmente  Permite programar automáticamente diferentes tipos de máquinas usando el mismo lenguaje básico  Ayuda con ciertas funciones básicas de maquinado

- 1.3.4 Programación en CAD/ CAM -

Los sistemas CAM o CAD/ CAM pueden variar drásticamente de uno a otro en cuanto a su operación, sin embargo, existen practicas muy similares que deben cumplirse independientemente del software que se esté utilizando. Estos pasos son:

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-

- El programa debe dar información general al sistema - Se debe definir la geometría de la pieza de trabajo - Se deben definir las operaciones de maquinado

- 1.3.5 Flujo de información en sistema CAD/ CAM.

Proceso CAD/ CAM Más explícitamente, en los sistemas CAD/ CAM el flujo de datos se desarrolla de la siguiente manera:

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Flujo de datos en sistema CAD/ CAM

- 1.3.5 Procesadores Los programas de CAD/ CAM realizan cálculos trigonométricos, elaboran las instrucciones de desplazamiento de todos los ejes, calculan velocidades de corte y del husillo, y genera todas las ordenes de accionamiento para el cambio de herramienta, cambio de piezas, refrigerante y muchas más. Pero estos datos no sirven por sí solos para su introducción a una máquina de CNC, sino que deben ser preparados con la sintaxis de una maquina en particular a través de un programa denominado Postprocesador. 11

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El postprocesador permite que un programa pueda ser corrido en una máquinaherramienta determinada de CNC. Puede existir un postprocesador para cada marca y modelo de control CNC, así el programa puede ser manejado por cualquier control CNC.

- 1.3.6 Softwares comerciales de tecnología CAD/ CAM. Los siguientes son algunos de los softwares de mayor uso en la industria para sistemas CAD/ CAM:

AutoCAD - Desarrollado por Autodesk - Permite el modelado en 2D y 3D bajo diversos estilos visuales. - Brinda gran precisión de diseño.

1.3.6.1 NC Vision - Desarrollado por Computevision - Posee un programa propio de CAD - Permite elegir entre distintos métodos de mecanizado - Biblioteca de herramientas - Genera trayectorias en función de los parámetros de corte especificados.

1.3.6.2 CATIA - Programa CAD con utilidades CAM - Es capaz de generar trayectorias completas NC Programmer - Basado en AutoCAD - El usuario debe marcar los puntos iniciales y finales de las trayectorias sobre el dibujo CAD.

1.3.6.3 AUTOSPOT (Automatic System for Positioning Tools) - Creado por IBM - Restringido a dos dimensiones: La herramienta se posiciona en X, Y - A continuación, se hace el mecanizado.

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- 1.3.7 Sistema CAE A continuación, se detalla los alcances posibles mediante esta tecnología, considerando los posibles puntos de partida para la misma.

- 1.3.8 El espacio coordenado Todo cuerpo que se requiera representar en un sistema CAD o CAE debe cumplir entre tantas reglas con un principio básico que rige todos los lenguajes programáticos: las referencias. Tales referencias no son más que la descripción de

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