¿Qué es CAM (Fabricación asistida por ordenador)?
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Fabricación asistida por computadora (CAM):la introducción completa para la mente del principiante
En un mundo lleno de cosas físicas, ya sean productos, piezas o lugares, la fabricación asistida por computadora (CAM) lo hace todo posible. Somos los que le damos el poder de vuelo a los aviones o el estruendo de los caballos de fuerza a los automóviles. Cuando necesita algo hecho, no solo diseñado, CAM es su respuesta. ¿Qué sucede detrás de escena? Sigue leyendo y lo descubrirás.
¿Qué es CAM? La fabricación asistida por computadora (CAM) es el uso de software y maquinaria controlada por computadora para automatizar un proceso de fabricación.
Según esa definición, necesita tres componentes para que funcione un sistema CAM:
- Software que le dice a una máquina cómo fabricar un producto generando trayectorias.
- Maquinaria que puede convertir la materia prima en un producto terminado.
- El posprocesamiento convierte las trayectorias en un lenguaje que las máquinas pueden entender.
Estos tres componentes se unen con toneladas de trabajo y habilidad humanos. Como industria, hemos pasado años construyendo y refinando la mejor maquinaria de fabricación que existe. Hoy en día, no hay ningún diseño demasiado difícil de manejar para cualquier taller de maquinistas capacitado.
Proceso CAD a CAM
Sin CAM, no hay CAD. CAD se centra en el diseño de un producto o pieza. Cómo se ve, cómo funciona. CAM se enfoca en cómo hacerlo. Puede diseñar la pieza más elegante en su herramienta CAD, pero si no puede hacerlo de manera eficiente con un sistema CAM, entonces es mejor que patee rocas.
El inicio de todo proceso de ingeniería comienza en el mundo del CAD. Los ingenieros harán un dibujo en 2D o 3D, ya sea un cigüeñal para un automóvil, el esqueleto interno de un grifo de cocina o la electrónica oculta en una placa de circuito. En CAD, cualquier diseño se denomina modelo y contiene un conjunto de propiedades físicas que utilizará un sistema CAM.
Cuando un diseño está completo en CAD, se puede cargar en CAM. Esto se hace tradicionalmente exportando un archivo CAD y luego importándolo al software CAM. Si está utilizando una herramienta como Fusion 360, tanto CAD como CAM existen en el mismo mundo, por lo que no es necesario importar/exportar.
Una vez que su modelo CAD se importa a CAM, el software comienza a preparar el modelo para el mecanizado. El mecanizado es el proceso controlado de transformar la materia prima en una forma definida a través de acciones como cortar, taladrar o taladrar.
El software de fabricación asistida por computadora prepara un modelo para el mecanizado trabajando a través de varias acciones, que incluyen:
- Comprobar si el modelo tiene errores de geometría que afectarán el proceso de fabricación.
- Crear una trayectoria para el modelo, un conjunto de coordenadas que la máquina seguirá durante el proceso de mecanizado.
- Configurar cualquier parámetro requerido de la máquina, incluida la velocidad de corte, el voltaje, la altura de corte/perforación, etc.
- Configurar el anidamiento donde el sistema CAM decidirá la mejor orientación para una pieza para maximizar la eficiencia del mecanizado.
Una vez que el modelo está preparado para el mecanizado, toda la información se envía a una máquina para producir la pieza físicamente. Sin embargo, no podemos simplemente darle a una máquina un montón de instrucciones en inglés. Necesitamos hablar el lenguaje de la máquina. Para hacer esto, convertimos toda nuestra información de mecanizado a un lenguaje llamado G-code. Este es el conjunto de instrucciones que controla las acciones de una máquina, incluida la velocidad, la velocidad de avance, los refrigerantes, etc.
El código G es fácil de leer una vez que comprende el formato. Un ejemplo se ve así:
G01 X1 Y1 F20 T01 S500
Esto se desglosa de izquierda a derecha como:
- G01 indica un movimiento lineal basado en las coordenadas X1 e Y1.
- F20 establece una velocidad de avance, que es la distancia que recorre la máquina en una revolución del husillo.
- T01 le dice a la máquina que use la herramienta 1 y S500 establece la velocidad del husillo.
Una vez que el código G se carga en la máquina y un operador presiona el botón de inicio, nuestro trabajo está terminado. Ahora es el momento de dejar que la máquina haga el trabajo de ejecutar el código G para transformar un bloque de materia prima en un producto terminado.
Máquinas CNC de un vistazo
Hasta este punto, hemos hablado de la maquinaria en un sistema CAM como simples máquinas, pero eso realmente no les hace justicia. Ver una fresadora Haas deslizarse a través de un bloque de metal como si fuera mantequilla siempre me pone una sonrisa en la cara. Sin estas máquinas, mi trabajo sería imposible.
Todos los centros de fabricación modernos utilizarán varias máquinas de control numérico por computadora (CNC) para producir piezas de ingeniería. El proceso de programación de una máquina CNC para realizar acciones específicas se denomina mecanizado CNC.
Antes de que surgieran las máquinas CNC, los centros de fabricación eran operados manualmente por maquinistas veteranos. Por supuesto, como todas las cosas que tocan las computadoras, pronto siguió la automatización. Actualmente, la única intervención humana requerida para hacer funcionar una máquina CNC es cargar un programa, insertar materia prima y luego descargar un producto terminado.
En el taller de Autodesk Pier 9, tenemos una muestra decente de máquinas CNC, que incluyen:
Enrutadores CNC
Estas máquinas cortan piezas y tallan una variedad de formas con componentes giratorios de alta velocidad. Por ejemplo, un enrutador CNC utilizado para trabajar la madera puede facilitar el trabajo de cortar madera contrachapada en piezas de gabinetes. También puede abordar fácilmente grabados decorativos complejos en el panel de una puerta. Los enrutadores CNC tienen capacidades de corte de 3 ejes, lo que les permite moverse a lo largo de los ejes X, Y y Z.
Cortadores de agua, plasma y láser
Estas máquinas utilizan láseres precisos, agua a alta presión o un soplete de plasma para realizar un corte controlado o un acabado grabado. Las técnicas de grabado manual pueden tardar meses en completarse a mano, pero una de estas máquinas puede completar el mismo trabajo en horas o días. Los cortadores de plasma son útiles para cortar materiales conductores de electricidad como metales.
Fresadoras
Estas máquinas trituran una variedad de materiales como metal, madera, compuestos, etc. Las fresadoras tienen una enorme versatilidad con una variedad de herramientas que pueden cumplir con requisitos específicos de materiales y formas. El objetivo general de una fresadora es eliminar la masa de un bloque de material en bruto de la manera más eficiente posible.
Tornos
Estas máquinas también trituran las materias primas como una fresadora. Lo hacen de manera diferente. Una fresadora tiene una herramienta giratoria y material estacionario, mientras que un torno gira el material y corta con una herramienta estacionaria.
Máquinas de Descarga Eléctrica (EDM)
Estas máquinas cortan la forma deseada de la materia prima a través de una descarga eléctrica. Se crea una chispa eléctrica entre un electrodo y la materia prima, y la temperatura de la chispa alcanza entre 8000 y 12 000 grados centígrados. Esto permite que un EDM funda casi cualquier cosa en un proceso controlado y ultrapreciso.
El elemento humano de la fabricación asistida por computadora (CAM)
El elemento humano siempre ha sido un tema delicado desde que CAM apareció en escena en la década de 1990. En la década de 1950, cuando John T. Parsons introdujo por primera vez el mecanizado CNC, operar hábilmente las máquinas requería una enorme cantidad de entrenamiento y práctica. El siguiente video de NYC CNC muestra un gran ejemplo de cómo las máquinas manuales son diferentes de las máquinas CNC de hoy:
En los días del mecanizado manual, ser maquinista era una insignia de honor que requería años de entrenamiento para perfeccionarse. Un maquinista tenía que hacerlo todo:leer planos, saber qué herramientas usar, definir avances y velocidades para materiales específicos y cortar cuidadosamente una pieza a mano. No se trataba solo de destreza manual precisa. Ser maquinista era, y sigue siendo, tanto un arte como una ciencia.
En estos días, el maquinista moderno está vivo y bien, ya que humanos, máquinas y software se combinan para hacer avanzar nuestra industria. Habilidades que solía llevar 40 años dominar ahora se pueden conquistar en una fracción del tiempo. Las nuevas máquinas y el software CAM nos han dado más control que nunca para diseñar y fabricar productos mejores y más innovadores que nuestros antepasados, lo cual admitirán... a regañadientes.
¿Qué significa todo esto para el elemento humano de la fabricación? El papel de un maquinista tradicional está cambiando. Hoy estamos viendo un entorno de maquinistas modernos con tres roles típicos:
- El Operador. Este individuo carga las materias primas en una máquina CNC y pasa las piezas completas por el proceso de embalaje final.
- El operador de configuración. Esta persona realiza la configuración inicial de una máquina CNC, incluida la carga de un programa de código G y la configuración de herramientas.
- El programador. Este individuo toma el dibujo para un modelo CAD y decide cómo hacerlo con sus máquinas CNC disponibles. Su trabajo consiste en definir trayectorias, herramientas, velocidades y avances en el código G para realizar el trabajo.
En un flujo de trabajo típico, el programador entregará su programa al operador de configuración, quien luego cargará el código G en la máquina. Una vez que la máquina esté lista para rodar, el Operador fabricará la pieza. En algunas tiendas, estos roles pueden combinarse y superponerse a las responsabilidades de una o dos personas.
Fuera de las operaciones diarias de la máquina, también está el ingeniero de fabricación en el personal. En una configuración de taller nueva, esta persona normalmente establece sistemas y determina un proceso de fabricación ideal. Para configuraciones existentes, un ingeniero de fabricación supervisará la calidad del equipo y del producto mientras se encarga de otras tareas administrativas.
El impacto de la CAM
Tenemos que agradecer a John T. Parsons por introducir un método de tarjeta perforada para programar y automatizar maquinaria. En 1949, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos financió a Parsons para construir una máquina automatizada que pudiera superar a las máquinas NC manuales. Con algo de ayuda del MIT, Parsons pudo desarrollar el primer prototipo de NC.
A partir de ahí, el mundo del mecanizado CNC empezó a despegar. En la década de 1950, el ejército de los Estados Unidos compró máquinas NC y las prestó a los fabricantes. La idea era incentivar a las empresas a adoptar la nueva tecnología en su proceso de fabricación. Durante este tiempo, también vimos al MIT desarrollar el primer lenguaje de programación universal para máquinas CNC:código G.
La década de 1990 trajo la introducción de CAD y CAM a la PC y ha revolucionado por completo la forma en que abordamos la fabricación en la actualidad. Los primeros trabajos de CAD y CAM estaban reservados para aplicaciones automotrices y aeroespaciales costosas, pero hoy en día, el software como Fusion 360 está disponible para talleres de fabricación de cualquier forma y tamaño.
Desde sus inicios, CAM ha aportado un montón de mejoras al proceso de fabricación, entre las que se incluyen:
- Capacidades de máquina mejoradas. Los sistemas CAM pueden aprovechar la maquinaria avanzada de 5 ejes para producir piezas más sofisticadas y de mayor calidad.
- Mejora de la eficiencia de la máquina. El software CAM actual proporciona trayectorias de máquina-herramienta de alta velocidad que nos ayudan a fabricar piezas más rápido que nunca.
- Uso de material mejorado. Con maquinaria aditiva y sistemas CAM, podemos producir geometrías complejas con un desperdicio mínimo, lo que significa menores costos.
Por supuesto, estos beneficios tienen algunas compensaciones. Los sistemas y la maquinaria de fabricación asistida por computadora requieren un costo inicial masivo. Por ejemplo, un Haas VF-1 cuesta alrededor de $ 45k por la puerta; ahora imagine un piso de producción completo de esos. También está el problema de la rotación. Dado que la operación de máquinas se está convirtiendo en un oficio menos calificado, es difícil atraer y retener buenos talentos.
CAM es el Hombre
CAM no se trata solo de controlar máquinas en un taller. Se trata de reunir software, máquinas, procesos y personas para construir piezas realmente geniales. Si es la primera vez que se sumerge en el mundo de CAM, le recomiendo que se acerque a una tienda local para obtener un recorrido interno. Siente el zumbido de las máquinas CNC en tus pies o desliza tu mano sobre una pieza recién sacada de la máquina. Es una experiencia increíble que espero que las futuras generaciones puedan disfrutar. CAM tiene que ver con el toque humano.
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