¿Qué es un sistema CAD/CAM?

El proceso de diseño de  un sistema CAD/CAM

Antes de entender cómo funciona un sistema CAD/CAM, es conveniente recordar cómo se desarrollaban habitualmente los procesos de diseño. El diseño se define habitualmente como la actividad técnica y creativa encaminada a idear objetos útiles y/o estéticos que pueden llegar a producirse o fabricarse de forma unitaria o en serie. Podemos pensar en el diseño como el proceso por el cual se traza o delinea la concepción futura de una figura, un edificio o un objeto con un fin en concreto. El término diseño tiene también tiene una amplia connotación gráfica, pero no se limita sólo al dibujo.

El término CAD proviene del acrónimo inglés Computer Aided Design, que se traduce como Diseño Asistido por Computador (DAC), o Diseño Asistido por Ordenador (DAO), aunque el acrónimo inglés es el más utilizado. Si el proceso de diseño asistido por ordenador CAD se apoya en herramientas informáticas que permiten la fabricación de las piezas diseñadas, se habla entonces de CAM (Computer Aided Manufacturing).

Pasos A Seguir En El Proceso De Diseño

Definición

Consiste en especificar las propiedades y características relevantes del sistema o producto que se desea diseñar.

Modelado

Es el paso más importante del proceso de diseño. Consiste en crear un modelo del sistema o del producto a diseñar, que represente y satisfaga las necesidades y especificaciones requeridas. Este proceso de modelado es realizado por un ingeniero que debe realizar la modelización, utilizando modelos existentes o basándose en técnicas de modelado actuales para crear un nuevo modelo.

Dibujos de detalle

En este paso pasamos a representar los objetos o estructuras que se desean fabrican mediante representación gráfica, ya sea mediante planos 2D o archivos 3D. Estos planos deben poseer el detalle suficiente como para que su construcción sea realizable y no se presenten dificultades en el proceso de fabricación.

Por ese motivo, antes de pasar al proceso de fabricación, se debe generar una cantidad importante de planos (o descripciones gráficas en general) que sirvan para describir el modelo con el suficiente detalle como para permitir la fabricación de prototipos con los que validar el diseño. En algunos casos, este paso puede suponer un porcentaje importante del esfuerzo del diseño.

Elaboración de prototipos

Cuando los objetos diseñados han sido pensados para someterse a un proceso de fabricación, es habitual construir o fabricar previamente prototipos antes de iniciar una producción en serie. Los prototipos proporcionan varias ventajas, ya que permiten detectar errores en el modelo, o visualizar mejoras aplicables al producto final antes de que comience la producción.

Los prototipos no tienen por qué ser un ejemplar completo del elemento a fabricar, pudiendo utilizarse únicamente para validar determinadas partes o propiedades físicas. En ocasiones se pueden realizar las modificaciones que encontremos oportunas sobre este modelo.

Pruebas

Tras la construcción de un prototipo, se suelen realizar pruebas sobre él para validar el modelo. Las pruebas pueden ser de muy diverso tipo según el campo de aplicación. En nuestro caso, dentro del mecanizado, destacaremos las propiedades físicas. Estas pueden ser ensayos de tracción, compresión, etc.

Si tras estas pruebas no se aprecian fallos en el prototipo, este modelo es aprobado para su fabricación en serie. Por el contrario, si se detectan fallos o elementos mejorables, se suele volver al paso de modelado. Se puede volver al punto de definición si el problema es grave.

Documentación

Una vez validado el diseño se pasa a documentarlo. La documentación debe contener la información suficiente como para poder construir el modelo sin necesidad de buscar otro tipo de información. La documentación puede estar formada por información muy diversa, como la descripción del sistema y de sus componentes, esquemas de instalación, de montaje, de uso, listas de componentes, etc.

Aplicaciones de un sistema CAD/CAM

El proceso de diseño puede acelerarse mediante el uso de herramientas informáticas que faciliten las diversas fases (modelado, prototipado, pruebas, etc.). Cuando esto ocurre, se dice que tenemos un sistema de diseño asistido por computadora, es decir, un sistema CAD.

Si el proceso de diseño se apoya en herramientas informáticas que permiten la fabricación de las piezas diseñadas, se habla entonces de CAM (Computer Aided Manufacturing). Cuando las herramientas informáticas se utilizan para ayudar (o sustituir) a las tareas de análisis de algunos procesos de ingeniería, se habla de CAE (Computer Aided Engineering). Ejemplos de CAE serían las herramientas capaces de calcular estructuras, analizar la durabilidad de piezas, o calcular la resistencia aerodinámica o hidrodinámica de un objeto.

Para fabricar cualquier componente o modelo nos tenemos que ayudar de un sistema CAD, es casi siempre necesario para realizar CAM o CAE. Es por esto que muchas veces se habla de sistemas CAD/CAM o CAD/CAE, aunque algunas veces se habla de sistemas CAD para referirse a los tres conceptos. Los sistemas CAD/CAM/CAE se emplean en prácticamente todos los campos de la ingeniería.

Los sistemas CAD/CAM/CAE en ingeniería industrial y manufactura son un elemento esencial en cualquier empresa de mecanizado. Con el apoyo de estos sistemas podemos fabricar prácticamente cualquier pieza. Con estos sistemas cada día van mejorando sus funciones y haciendo más sencilla la programación de cualquier máquina CNC.

La importancia de los sistemas CAD en la actualidad es tal, que, sin la ayuda de estas aplicaciones, los masivos niveles producción industrial actuales serían imposibles, y los procesos de diseño se detendrían.

Elementos de un sistema CAD/CAM

Una herramienta CAD es un sistema software que aborda la automatización global del proceso de diseño de un determinado tipo de objeto. El sistema informático se emplea en la mayor parte de las fases del proceso de diseño, siendo el dibujo el punto en el que más se han empleado. El éxito o fracaso de un sistema CAD radica en permitir la reducción del tiempo invertido en el ciclo de diseño y/o aumentar la calidad del resultado final.

Esto se consigue fundamentalmente por el uso de sistemas gráficos interactivos, 2D y 3D que permiten realizar las modificaciones en el modelo y observar inmediatamente los cambios producidos en el diseño.

En los sistemas CAD es esencial obtener una buena representación del modelo. Esto permite la utilización de métodos numéricos para realizar simulaciones, o incluso pruebas que sustituyan a la construcción de prototipos. Esto es de una importancia vital en la ingeniería porque el ciclo de diseño se ve modificado y mejorado cuándo se emplea un sistema CAD, ya que se incluye una etapa de simulación entre la fase de creación del modelo y la fase de generación de bocetos.

Esta pequeña modificación supone una reducción importante en la duración del proceso de diseño, ya que permite adelantar el momento en que se detectan algunos errores de diseño,
con el consiguiente ahorro económico.  Este nuevo ciclo de diseño, empleando herramientas CAD, se puede entender como una continua sucesión de modificación-simulación-visualización del modelo.

Funciones de un sistema CAD/CAM

1. Definición interactiva del objeto.
2. Visualización múltiple.
3. Cálculo de propiedades y simulación.
4. Modificación del modelo.
5. Generación de planos y documentación.
6. Conexión con CAM.

Componentes de un sistema CAD/CAM

Modelo

Constituye el núcleo de un sistema CAD. Es la representación digital del objeto/idea/actividad que se está diseñando o estudiando. Debe contener toda la información necesaria para describirlo, tanto a nivel geométrico (modelado geométrico) como de otras propiedades o características físicas (modelado físico).

Las propiedades que añadamos al modelo determinarán el uso que podremos hacer de él y establecerán las limitaciones del sistema CAD. El modelo es siempre el elemento central del sistema CAD. En cuanto al modelado geométrico, éste se ocupa de la representación de objetos mediante elementos geométricos.

Para modelar objetos de los que solamente interese su contorno, (carrocerías, fuselajes, envases etc.) se suelen emplear modelos de representación mediante superficies. Para objetos sólidos (piezas mecánicas, envases, moldes, etc.), se utilizan técnicas jerárquicas de división del espacio, o modelos 3D.

Sistema de edición

Permite la creación y edición del modelo, bien a nivel geométrico o bien especificando propiedades abstractas del mismo. En cualquier caso, la edición debe ser siempre interactiva, para facilitar la exploración de posibilidades. Las técnicas de interacción gráfica son la manera de permitir la comunicación entre el hombre y la máquina. Los paradigmas de interacción nos permiten seleccionar modelos (objetos virtuales) y realizar acciones sobre ellos.

Sistema de visualización

Se encarga de generar imágenes del modelo. Nos interesa poder realizar distintas representaciones del modelo, bien porque exista más de una manera de representarlo gráficamente, o bien para permitir visualizaciones rápidas durante la edición.

Después con imágenes mucho más elaboradas nos sirven para validar el diseño. Las técnicas de visualización empleadas pueden variar según el modelo que se quiera representar. Estas pueden variar desde simples técnicas de dibujo de líneas bidimensionales, como por ejemplo representaciones de circuitos eléctricos. Los sistemas de visualización hoy en día para sistemas CAD son muy potentes, pudiendo simular cualquier tipo de movimiento de forma muy precisa y realista.

Además, permite el cálculo de propiedades del modelo y la realización de simulaciones. Incluye todos aquellos procesos automáticos que el sistema CAD es capaz de realizar y que facilitan enormemente el proceso de diseño. Estos procesos son profundamente dependientes del tipo de aplicación/área de conocimiento para el que se emplee y diseñe el sistema CAD.

Sistema de documentación

Se encarga de la generación de la documentación del modelo. A menudo, el sistema CAD es capaz de generar gran cantidad de información de modo automático sobre el modelo.

Base de datos CAD

Proporciona el soporte para almacenar de forma permanente la información de los diferentes objetos diseñados. El diseño de bases de datos para sistemas CAD plantea una serie de problemas específicos, por la naturaleza de la información y por las constantes necesidades de cambio de la estructura, dada la naturaleza dinámica de un sistema CAD.

Video del sistema CAD/CAM Hypermill utilizando varias estrategias de fresado

Consideraciones en la selección de un sistema CAD/CAM

Debido al gran abanico de soluciones de software CAM disponibles en el mercado, la selección de la solución adecuada para nuestra necesidad puede parecer complicado. En este apartado quiero darte las bases para que puedas evaluar y seleccionar la solución de software CAM correcta para tu empresa.

Considera un paquete completo

Las soluciones de Software CAM generalmente está disponible en tres configuraciones: Integración total CAM/CAD, Software CAM con algunas funciones CAD y Software CAM sin funciones CAD.

Integración total CAD/CAM

 En este paquete la herramienta CAM está integrada dentro del software de diseño CAD, gracias a la integración total con el software de diseño se tienen todas las capacidades de diseño y programación CAM en una sola interface.

Algunos de los beneficios de este paquete:

• Un flujo de trabajo simple de diseño en manufactura.
• Todas las funcionalidades de diseño para la edición de piezas, sujeciones.
• Generalmente se mantiene asociatividad con el modelo.
• No existen problemas de traducción de información.

Algunas de las soluciones más conocidas en el mercado son: Open Mind HyperMill, Siemens Nx, Camworks, Tebis.

Paquete CAM con algunas capacidades CAD

Estos paquetes incluyen algunas herramientas de edición y creación geométrica que apoya la definición para la manufactura. Generalmente incluyen capacidades de modelado de bocetos, superficies y sólidos.

Algunos de los beneficios de este paquete:

• Poseen herramientas especializadas que aplican a sectores específicos.
• Generalmente para empresas que poseen un foco muy fuerte en CAM.
• Las herramientas CAD están enfocadas en la manufactura, como la creación de diseño de electrodos.

Una de las soluciones más conocidas es Featurecam de Autodesk.

Paquetes CAM solamente

Estos paquetes están enfocados a capacidades CAM solamente, generalmente poseen funciones mínimas de diseño, que se usan por ejemplo en la definición de límites.

Algunos de los beneficios de este paquete:

• El taller de mecanizado esta solamente enfocado a CAM.
• Las herramientas de programación son muy poderosas, relacionado con la edición y flexibilidad en trayectorias obtenidas.

Una de las soluciones más conocidas en el mercado es Powermill de Autodesk.

Mecanizado de 5 ejes simultáneos con Tebis

Considera un buen soporte técnico

Debemos poner atención en la capacidad del proveedor para brindar soporte en a sus clientes, es por esto que debemos preguntarnos:

• ¿Cuántas personas de desarrollo y soporte hay para este producto?
• ¿El desarrollador posee recursos para continuar con el desarrollo?
• ¿El personal desarrollador y soporte de producto entienden y cuentan con experiencia en mecanizado?
• ¿Con que frecuencia el desarrollador entrega actualizaciones a la comunidad?
• ¿Por parte del desarrollador dan una formación técnica a sus operarios con la compra del software?
• ¿El software cuenta con recursos suficientes para realizar una programación sencilla sin rodeos?

Considera que tipo de piezas vas a mecanizar antes de elegir un sistema CAD/CAM

Una vez determinado el tipo de piezas que vas a mecanizar, esta información te ayudará para determinar que paquete de software de CAM se va adaptar mejor a tus expectativas. En general todos los paquetes de mecanizado tienen estos grupos:

• Fresado de 2 ejes: Donde la máquina CNC mueve simultáneamente X e Y pero no Z. Contorneado simple y cajeras por ejemplo.
• Fresado de 3 ejes: Van desde piezas pequeñas y simples hasta un molde complejo. Normalmente la máquina se moverá en X, Y y Z simultáneamente, esta configuración es la más común.
• Torneado 2 ejes: Generalmente para tornos CNC, en donde se fabrican piezas de geometrías de revolución, en estas máquinas se mueven los ejes X y Z.
• Torneado de 3 ejes: Tornos CNC con herramienta motorizada, donde se fabrican piezas de geometrías de revolución y además se añada una herramienta motorizada que puede ser una broca, una fresa, etc. Esta dispone de 3 ejes X, Y y Z.
• Fresadora de 4 o 5 ejes: Cuando la máquina posee ejes de rotación habilitados, generalmente A, B o C.
• Torneado suizo: Estos son máquinas enfocadas a alta producción de piezas (generalmente de tamaño pequeño). Generalmente cuenta con torretas que complementa las operaciones de torneado con operaciones de fresado.

Asegúrate de hacer una prueba en máquina antes de elegir un sistema CAD/CAM/CAE

Es uno de los elementos más importante al escoger un software CAM. Configurar una prueba de corte en la máquina junto con tus datos CAD (para asegurar la importación adecuada), con tu máquina. De esta manera podrás asegurar un acercamiento al postprocesador y observar cual es el comportamiento del software CAM.

Al momento de realizar la demostración tienes que considerar los siguientes elementos:

• Trata de configurar la prueba con los tipos de piezas que más fabriques en tu taller o también la puedes configurar para fabricar la pieza más compleja que sueles fabricar.
• Evalúa el software en piezas pequeñas, vea como trabaja la máquina guiada por el software a velocidades rápidas en distancias cortas. Visualiza el acabado superficie y la calidad del mecanizado.

Resumen

En conclusión, seleccionar un sistema CAD/CAM puede parecer difícil. Empieza evaluando el tipo de integración que quieras, luego analiza las capacidades que necesitas en tus máquinas y finalmente trata de configurar con tu proveedor una prueba en máquina. Lo que buscamos con los sistemas CAD/CAM es una programación rápida, sencilla y segura.  Contar con experiencia en mecanizado es vital antes de utilizar cualquier software de estas características.

Bajo mi opinión personal estos softwares son esenciales en cualquier taller de mecanizado, aunque se este abusando de ellos para operaciones sencillas dónde se puede programar a pie de máquina sin problemas. Todos sabemos que es el nuevo mecanizado de la industria 4.0.

Aquí te dejo unos enlaces dónde explico los sistemas CAD/CAM  más usados en la industria manufacturera:

Tebis    Hypermill    Powermill    CamWorks    Fusion 360    MasterCam    Fikus VisualCam    GibbsCam    Siemens NX    Catia    SolidCam    Cimatron    TopSolid