Contexto

Sistemas CAM

La manufactura asistida por computadora, o CAM por sus siglas en inglés (Computer Aided Manufacturing), tiene sus origines en los años cuarenta, cuando Jonh T. Parson del MIT desarrolla un sistema para mover los ejes de una maquina fresadora acorde a unas coordenadas establecidas previamente; más adelante, en los años cincuenta, la fuerza aérea de los EU patrocina las investigaciones en el MIT para continuar el desarrollo de los sistemas CAM.

En el año de 1957, Douglas Rose (del MIT) desarrolla el lenguaje de programación APT (Automatic Programmed Tooloing), el cual provee la metodología para la programación de la geometría de la parte y parámetros de maquinado, posteriormente se desarrollan los lenguajes APT II y APT III.

En los años sesenta, los sistemas CAD se unen a los sistemas CAM y surgen los sistemas CAD/CAM. Diez años después, en la década de los setenta, se lleva a cabo la primera conferencia en el MIT sobre sistemas CAD/CAM. A finales de esta década los sistemas CAD/CAM son utilizados en programas formales tanto por la NASA como por las fuerzas armadas de los Estados Unidos.

En los ochenta y principios de los noventa, se dieron grandes avances en el desarrollo de la creación de computadoras, comunicación y transferencia de información, todo esto facilitó la interacción de los sistemas CAM y los sistemas CAD a la industria manufacturera.

Posterior a los años noventa, las empresas ven en los sistemas CAM una estrategia de manufactura que no puede ser omitida, ya que gracias a esta tecnología se pueden desarrollar productos con mayor calidad en menor tiempo y con menores costos; por lo que se esparce a nivel mundial la adopción de esta tecnología. Actualmente, los procesos de manufactura auxiliados por computadora es una necesidad para aquellas empresas que deseen ser competitivas en un ambiente global de negocios.

Explicación

12.1 Marco teórico de los sistemas CAM

La manufactura asistida por computadora o CAM se define como el uso eficiente de la computadora para la planeación y programación de máquinas, así como el control del proceso de fabricación. Los sistemas CAM están asociados fuertemente a las funciones de ingeniería de manufactura como procesos de programación de control numérico.

La manufactura asistida por computadora tuvo sus orígenes para el control numérico, pero hoy en día los sistemas CAM se han extendido a muchas otras áreas de la empresa, como en sistemas donde intervengan brazos robóticos, en sistemas automáticos para el almacenaje de materiales, en sistemas inspección por medio de sistemas de visión, en sistemas automáticos para el maneo de materiales, entre muchas otras áreas.

En general, los sistemas CAM son todos aquellos procesos de manufactura que son soportados por procesos de cómputo que auxilian a la programación de las máquinas y controlan sus procesos.

Así, la aplicación de los sistemas CAM pueden ser divididos en dos categorías:

Haz clic en cada clasificación para conocerla a detalle.

Planeación de la manufactura

Planeación de la manufactura

Las aplicaciones de los sistemas CAM en la planeación de la manufactura son aquellos donde los procesos de cómputo son utilizados indirectamente para apoyar el proceso de producción, es decir, no existe una conexión directa entre la computadora y el proceso. En la planeación de la manufactura, las computadoras son utilizadas fuera de línea para generar información en la administración de las actividades de producción, las siguientes actividades son ejemplo de los sistemas CAM en esta categoría:

  • Planeación del proceso asistida por computadora (CAPP). Es un software que analiza la mejor forma de fabricar un artículo con base en las características de su diseño, forma, materiales y secuencia de fabricación. Los sistemas CAPP también analizan y sugieren las mejores tecnologías (máquinas), así como la cantidad necesaria para la manufactura del producto.

  • Generación de programas CNC. Los sistemas CAM toman la información de un CAD para generar un programa con las operaciones necesarias para fabricar una pieza en un centro de maquinado, también puede generar programas para otro tipo de máquinas que utilicen control numérico, como tornos, máquinas de electroerosión, máquinas de corte por agua o plasma, entre otras.

  • Sistemas de cálculo de parámetros de mecanizado. Los sistemas CAM auxilian a determinar los parámetros ideales de mecanizado de piezas, con lo que se asegura tener un acabado de calidad y prolongar la vida de la herramienta disminuyendo los costos de fabricación.

    • Cálculo de parámetros de mecanizado

  • Estándares de trabajo. Los estándares de trabajo están relacionados con que el tiempo de fabricación de una parte sea hecha por una máquina o un operario; el tener un tiempo estándar correcto ayuda a la programación de la producción de forma eficiente, al pago de salarios, al tiempo entre pedido de materia prima y control de inventarios, para ello existen diversos software CAM que permiten determinar los estándares de trabajo.

  • Estimación de costos. La tarea de estimar los costos de un nuevo producto pueden ser llevadas a cabo por sistemas CAM, por lo que se alimentan los datos (como los costos de mano de obra, materia prima, energía, estándares de trabajo, entre otros), esto permite al sistema CAM determinar el costo de fabricación de un producto.

  • Planeación de la producción y de inventarios. Existen en el mercado sistemas CAM que permiten planear inventarios, los sistemas pueden ser altamente automatizados y saber la cantidad de piezas en el almacén de materia prima, producto terminado o los inventarios de trabajos en procesos; asimismo, pueden realizar las requisiciones de compra en forma automática asegurando que nunca falte material.

  • Balanceo de líneas de ensamble asistido por computadora. Cuando se tiene una línea de ensamble es importante balancear la carga de trabajo entre las estaciones de trabajo con el objetivo de no generar cuellos de botella y asegurar un proceso fluido entre las estaciones. Los sistemas CAM analizan las cargas de trabajo y asignan tareas a cada estación, utilizando metodologías como COMSOAL, peso posicional, asignación de trabajo acorde a la tarea más corta, asignación de trabajo por tareas de mayor duración.

  • Programación de máquinas fuera de línea. Los sistemas CAM permiten programar de manera virtual diferentes tecnologías, esta programación virtual analiza los movimientos de las maquinas optimizando su proceso de trabajo para posteriormente convertirlos en programas que son enviados a las estaciones de donde se efectuara el trabajo.

Control de la manufactura

La segunda categoría de los sistemas CAM está ligada con el desarrollo de sistemas de cómputo, dirigidos a controlar un proceso de manufactura. El control de la manufactura administra físicamente las operaciones de la empresa, entre las funciones que puede desarrollar se encuentran las siguientes:

  • Monitoreo y control de la producción. Los sistemas CAM pueden implementarse en la manufactura celular, en celdas flexibles de manufactura o en sistemas flexibles de manufactura; en cualquiera de estos layouts, el sistema CAM envía información a cada máquina de lo que debe fabricar y en qué cantidad. Asimismo, el sistema CAM monitorea en tiempo real el trabajo efectuado por cada máquina y en ocasiones puede intervenir cambiando las órdenes de trabajo en casos de contingencias.

  • Control de calidad. Los sistemas CAM pueden monitorear en tiempo real el control de la calidad de un producto, tecnologías como los sistemas de visión capturan imágenes del producto que son analizadas por un software y verifican la calidad del producto, los sistema de visión también son capaces de llevar gráficas de control con límites de control, con la finalidad de monitorear la calidad y tomar medidas antes de que el proceso se salga de control.

    • Control de calidad
    Imagen obtenida de http://goo.gl/sfQZJg Sólo para fines educativos.

  • Control del piso de producción. Los sistemas CAM son capaces de tener comunicación con sensores y actuadores para controlar sus acciones, permitiendo hacer cambios en la producción en caso de ser necesario.

  • Control de inventarios. Los sistemas CAM auxilian el control de los inventarios, calculando la cantidad adecuada de las materias primas para la fabricación de partes y tratando de mantener la cantidad mínima de partes para disminuir los costos.

  • Sistemas de manufactura Just in Time. Los sistemas CAM apoyan a la implementación de estrategias como los sistemas justo a tiempo (Just in Time), el cual envía a las estaciones de trabajo solo el material necesario, con ello minimiza el transporte de materiales por la planta, ahorrando costos de fabricación.

12.2 Ventajas de los sistemas CAM

Los beneficios de los sistemas CAM incluyen los siguientes puntos:

  • Se acortan notablemente los tiempos de desarrollo, planificación y fabricación de los productos.
  • Mejora la calidad de los componentes y del producto terminado.
  • Se reducen los tiempos muertos.
  • Se facilita la valoración de soluciones alternativas para la reducción de precios o la mejora de las operaciones.
  • Se optimiza la distribución del grado de utilización de las máquinas.
  • Se incrementa la flexibilidad.
  • Los sistemas CAM pueden maximizar la utilización del equipamiento de producción, incluyendo maquinados de alta velocidad, maquinados en 5 ejes, máquinas multifuncionales y de torneado, maquinado de descarga eléctrica (EDM) e inspección de coordenadas (CMM).
  • Los sistemas CAM pueden ayudar a la creación, verificación y optimización de programas NC para una productividad óptima de maquinado, así como automatizar la creación de documentación de producción.
  • Los sistemas CAM avanzados, integrados con la administración del ciclo de vida del producto (PLM) proveen planeación de manufactura y personal de producción con datos y administración de procesos para asegurar el uso correcto de datos y recursos.
  • Los sistemas CAM y PLM pueden integrarse con sistemas de control numérico directo (DNC) para la entrega y administración de archivos a máquinas de CNC en el piso de producción.
  • Simulación de estrategias y trayectorias de herramientas para el mecanizado del producto diseñado, siempre partiendo de un modelo CAD.
  • Los sistemas CAM pueden generar la programación de soldaduras y ensamblajes robotizados.
  • Los sistemas CAM posibilitan la inspección asistida por computadora (CAI – Computer Aided Inspection).

Una aplicación o software CAM básico, debe incorporar al menos las funciones que se presentan a continuación:

  • Programación (obtener de manera automática el código de fabricación).

  • Posprocesado (traducir el código al lenguaje de la máquina que va a fabricar) interactivamente operaciones de fresado, torneado, taladrado incluso operaciones de máquinas de hilo. En algunos softwares, mediante archivos configurables se puede definir el procesador de la máquina disponible, pero no es lo más habitual.

Si se quiere disponer de un posprocesador (aplicación que traduce del lenguaje del CAM al lenguaje de la máquina) para una máquina, lo más habitual es acudir a la empresa distribuidora del CAM, ya que normalmente estas empresas o sus colaboradoras prestan servicio de generación de posprocesadores.

  • Configuración de librerías de herramientas.

  • Configuración de patrones que particularizan la interfaz del programa y especifican los parámetros de inicio de cada trabajo, los cuales pueden incluir herramientas, tipos de operaciones, métodos de trabajo, secuencias de operaciones.

  • Capacidad para importar y exportar los formatos CAD más básicos. Un mínimo de capacidad CAD.

  • Capacidad de simulación virtual de la fabricación. Detección de posibles problemas que se pueden presentar.

Algunos ejemplos de aplicaciones de Software CAM son los siguientes:

Nombre de software

Descripción

NX CAM y CAM Express

Softwares para programación de máquinas CNC de alta velocidad, fresas-torno y maquinados de 5 ejes. CAM Express provee una gran programación NC con un bajo costo de propiedad.

NX Tooling and Fixture Desing

Conjunto de aplicaciones para el diseño de moldes y dados.

Parasolid

Es un componente de software para modelado geométrico en 3D, permitiéndoles a los usuarios de aplicaciones basadas en Parasolid modelar partes y ensambles complejos. Es utilizado como la herramienta geométrica en aplicaciones de CAD, CAM y CAE.

D.Cube Components

Son seis librerías de software que pueden ser licenciadas por desarrolladores de software para integrarlas en sus productos. Proveen capacidades que incluyen el bosquejo parametrizado, diseño de partes y ensambles, simulador de movimiento, detección de colisiones, medidas de separación y visualización de líneas ocultas.

SiCube

Es un software de corte por láser CAM que genera trayectorias de manera automática para máquinas de oxi corte por láser a partir de un modelo 3D, de manera que se puede programar hasta 5 y 6 ejes simultáneos, y su salida está dado en códigos ISO.

Tecnomatix

Es un software para la administración de los procesos de manufactura, posee la capacidad de planear y controlar la producción, además incluye la manufactura de partes, la planeación de los ensambles, la planeación de los recursos, simulación de planta, desempeño humano, calidad, administración de la producción y administración de la manufactura.

Tecnomatix
Imagen obtenida de http://goo.gl/y0cTDJ Sólo para fines educativos.

12.3 Clasificación de los sistemas CAM

Los sistemas CAM están enfocados principalmente a procesos de mecanizado de partes por medio de NC, dependiendo del número de ejes que se estén utilizando para maquinar una pieza se tiene la siguiente clasificación:

Haz clic en cada clasificación para conocerla a detalle.

Maquinados en 2D

Maquinados en 2D

Los maquinados en dos dimensiones son utilizados por tornos, donde se tiene dos ejes coordenados que trabajan simultáneamente para maquinar las piezas. Los ejes con los que trabaja el torno son el eje X que es diametral y el eje Z que es longitudinal.

Maquinado en 2D
Imagen tomada de http://goo.gl/yNTJKe Sólo para fines educativos.

Maquinados en 2.5D

Maquinados en 2.5D

Los maquinados en 2.5D son aplicados en fresadoras, donde dos (X,Y) ejes trabajan simultáneamente y un tercer eje(Z) queda estático. Ejemplo de las operaciones que utilizan 3D son el careado, perfilado, contorneado y ranurado.

Maquinados en 2.5D
Imagen obtenida de http://goo.gl/cvM0jlSólo para fines educativos.

Maquinados en 3D

Maquinados en 3D

Los maquinados en 3D son empleados por fresadoras, en las cuales los tres ejes XYZ trabajan simultáneamente para producir una superficie, un ejemplo de operaciones en 3D son los contorneados superficiales, otra operación son el fresado de cavidades.

Maquinados en 3D
Imagen obtenida de http://goo.gl/qiyfTW Sólo para fines educativos

Maquinados en 4D

Maquinados en 4D

Este tipo de maquinados son realizados por torno-fresadoras, las cuales utilizan 3 ejes lineales (XYZ) que trabajan al mismo tiempo, además incorporan un 4 eje que es rotacional. Otro tipo de máquinas que incorporan estos 4 ejes, son fresadoras con tres ejes (XYZ) y con prensas rotativas que poseen el 4 eje rotacional.

Maquinados en 4D
Imagen obtenida de http://www.practicalmachinist.com Sólo para fines educativos.

Maquinados en 5D

Maquinados en 5D

Los maquinados 3n 5 dimensiones, son fresadoras con tres ejes lineales (XYZ) e incorporan una prensa con dos ejes rotacionales (A,B). También existen máquinas fresadoras donde el usillo tiene capacidad de moverse en el eje Z y rotar en A y B.

Maquinados en 5D
Imagen obtenida de http://www.fastechinc.net/millmain.html Sólo para fines educativos.

Otros dos tipos de clasificación de los sistemas CAM son los siguientes:

Con base al tipo de máquinas:

  • Tornos
  • Fresadoras
  • Máquinas de inspección por coordenadas
  • Máquinas punzonadoras
  • Maquinas por corte por agua, plasma o láser.
  • Máquinas electroerosionadoras
  • Máquinas de corte por hilo
  • Máquinas taladradoras

En base al tipo de procesos

  • Procesos de desbaste
  • Maquinados especiales
  • Procesos de corte
  • Mecanizado de engranes
  • Grabados
  • Aplicaciones
  • Procesos de acabados

Cierre

Los sistemas CAM han cambiado la forma de hacer las cosas en la industria, han mejorado la calidad de los productos, han reducido el tiempo de desarrollo de los productos y los costos de fabricación. Aunque los sistemas CAM comenzaron en la década de los cuarenta, fue hasta los años ochenta, con el desarrollo de los ordenadores, que los sistemas CAM se incorporaron de manera exitosa a los procesos de manufactura.

Los sistemas CAM pueden aplicarse desde dos perspectivas, la primera es para planear lo que se hará en un proceso de manufactura, la segunda es para controlar los procesos de manufactura. Como ejemplo de la planeación de la manufactura está el control de inventarios, la planeación del proceso, la planeación de la producción y la planeación de calidad; por otro lado, el control de la manufactura está dirigida de forma directa a las operaciones de manufactura, como el control numérico por computadora, la inspección en línea, el manejo de materiales o la programación de robots industriales.

Hoy existen cientos de softwares que pueden planear y controlar la manufactura y se siguen sumando más a la lista, ya que los desarrolladores de software están incorporando a sus sistemas nuevas estrategias de manufactura, además de estar creando nuevas interfaces de comunicación con las tecnologías emergentes.

¿Cómo crees que será el futuro de los sistemas CAM? ¿A qué grado crees que los trabajadores podrán ser remplazados en el futuro por softwares y máquinas que puedan planear y controlar la manufactura?

Checkpoint

Asegúrate de poder:

  • Comprender los dos alcances de los sistemas CAM.
  • Clasificar los sistemas CAM con base en las dimensiones en que se puede maquinar una pieza..
  • Conocer las ventajas de implementar un sistema CAM contra un trabajo manual.

Referencias