Procediments de fabricació/Màquines

Màquines: Control Numèric, Disseny i Fabricació Assistit per Ordinador (CAD/CAE/CAM)

---

Tractament tèrmic         Metrologia

---

del llibre Procediments_de_fabricació

Control Numèric

Torn CNC

Es considera de Control Numèric per Computador, també anomenat CNC (en anglès Computer Numerical Control) (també Control Numèric Continu Continuous Numerical Control) a tot dispositiu capaç de dirigir el posicionament d'un òrgan mecànic mòbil mitjançant ordres elaborades de forma totalment automàtica a partir d'informacions numèriques en temps real. Entre les operacions de maquinat que es poden realitzar en una màquina CNC es troben les de tornejat i de fresat. Sobre la base d'aquesta combinació és possible generar la majoria (si no són totes) les peces d'indústria. Aquest és, sens dubte, un dels sistemes que ha revolucionat la fabricació de tot tipus d'objectes, tant en la indústria metal·lúrgica com en molts altres àmbits productius.

Principi de funcionament

Per a mecanitzar una peça s'usa un sistema de coordenades que especificaran el moviment de l'eina de tall. El sistema es basa en el control dels moviments de l'eina de treball en relació amb els eixos de coordenades de la màquina, usant un programa informàtic executat per un ordinador. En el cas d'un torn, fa mancada controlar els moviments de l'eina en dos eixos de coordenades: l'eix de les X per als desplaçaments laterals del carro i l'eix de les Z per als desplaçaments transversals de la torre. En el cas de les fresadores es controlen els desplaçaments verticals, que corresponen a l'eix Z. Per a això s'incorporen servomotors en els mecanismes de desplaçament del carro i la torreta, en el cas dels torns, i en la taula en el cas de la fresadora; depenent de la capacitat de la màquina, això pot no ser limitat únicament a tres eixos.

Aplicacions

Gràfic aproximat en escales logarítmiques del cost unitari de mecanització en funció del nombre de peces a mecanitzar per lot.

 Màquines tradicionals.

 Màquines de control numèric.

 Màquines especials o de transferència (transfert).

A part d'aplicar-se en les màquines-eina per a modelar metalls, el CNC s'usa en la fabricació de molts altres productes d'ebenisteria, fusteria, etc. L'aplicació de sistemes de CNC en les màquines-eina han fet augmentar enormement la producció, al mateix temps que ha fet possible efectuar operacions de conformat que era difícil de fer amb màquines convencionals, per exemple la realització de superfícies esfèriques mantenint un elevat grau de precisió dimensional. Finalment, l'ús de CNC incideix favorablement en els costos de producció al propiciar la baixa de costos de fabricació de moltes màquines, mantenint o millorant la seva qualitat.

Programació del control numèric

Es poden utilitzar dos mètodes, la programació manual i la programació automàtica.

Programació manual

En aquest cas, el programa peça s'escriu únicament per mitjà de raonaments i càlculs que realitza un operari. El programa de mecanitzat comprèn tot el conjunt de dades que el control necessita per a la mecanització de la peça. AL conjunt d'informacions que correspon a una mateixa fase del mecanitzat se li denomina bloc o seqüència, que es numeren per a facilitar la seva recerca. Aquest conjunt d'informacions és interpretat per l'intèrpret d'ordres. Una seqüència o bloc de programa ha de contenir totes les funcions geomètriques, funcions màquina i funcions tecnològiques del mecanitzat. De tal manera, un bloc de programa consta de diverses instruccions. El començament del control numèric ha estat caracteritzat per un desenvolupament anàrquic dels codis de programació. Cada constructor utilitzava el seu particular. Posteriorment, es va veure la necessitat de normalitzar els codis de programació com condició indispensable perquè un mateix programa pogués servir per a diverses màquines amb la condició de que fossin del mateix tipus.

Programació automàtica

En aquest cas, els càlculs els realitza un computador, que subministra en la seva sortida el programa de la peça en llenguatge màquina. Per aquesta raó rep el nom de Fabricació assistida per computadora.

Tecnologies CAD/CAE/CAM

CAE (Enginyeria Assistida per Computadora)

Anàlisi no lineal estàtic d'una estructura 3D sotmèsa a deformacions plàstiques

Enginyeria assistida per ordinador (CAE, de l'anglès Computer Aided Engineering) es el conjunt de programes informàtics que permeten analitzar i simular els dissenys d'enginyeria realitzats amb l'ordinador, o creats d'una altra forma i introduïts a l'ordinador, per valorar les seves característiques, propietats, viabilitat i rendibilitat. La seva finalitat es optimitzar el seu desenvolupament i costos de fabricació i reduir al màxim les proves per obtenir el producte desitjat. La majoria es presenten com mòduls o extensions d'aplicacions CAD, que incorporen:

• Anàlisi cinemàtica.
• Anàlisi d'elements finits (FEM, Finite Elements Method).
• Aplicacions de control numèric (CNC, Computered Numeric Control).
• Exportació de fitxers "STL" (Estereo-litografia) per màquines de prototipat ràpid.

Avantatges dels sistemes CAE

• Facilitat, comoditat i major senzillesa en l'etapa de disseny.
• Rapidesa, exactitud i uniformitat en la fabricació.
• Alt percentatge d'èxit.
• Eliminació de la necessitat de prototips.
• Augment de la productivitat. Productes més competitius.
• Fàcil integració, sense problemes addicionals, en una cadena de fabricació.
• S'obté un producte econòmic, d'òptima qualitat i en el menor temps possible.

CAD (Disseny Assistit per Computadora)

Un model CAD d'un ratoli

Computer-Aided Design (CAD), o "Disseny assistit per ordinador", és l'ús d'ordinadors per a assistir en el disseny d'un producte. Els programes de software actuals van des de sistemes de dibuix tècnic 2D fins a modelatge de sòlids i superfícies 3D.

Introducció

El CAD es fa servir per a dissenyar, desenvolupar i optimitzar productes, que poden ser bens utilitzats per consumidors finals o bens intermedis fets servir per altres productes. El CAD és també molt utilitzat al disseny d'eines i maquinària utilitzada en la manufactura de components, i el disseny tècnic de tot tipus de construccions, des del tipus residencial petit (cases) fins a les estructures comercials i industrials més grans (hospitals i fàbriques). El CAD es fa servir principalment per a fer detallats models 3D d'enginyeria i/o dibuixos 2D de components físics, però també es fa servir a través del procés d'enginyeria des del disseny conceptual i extern dels productes, passant per l'anàlisi dinàmic i de forces de muntatges, fins a la definició dels mètodes de manufactura dels components. El CAD ha esdevingut una tecnologia especialment important, dintre de l'àmbit del Tecnologies assistides per ordinador (Computer Aided Technologies), amb beneficis com ara costos de desenvolupament de productes més baixos i cicles de disseny altament reduïts. El CAD permet als dissenyadors fer un disseny visual i desenvolupar treball a la pantalla, imprimir-lo i guardar-lo per a posteriors edicions, estalviant temps als seus dibuixos.

Característiques

• CAD 2D: substitutiu bàsicament del tauler de dibuix, la representació dels objectes és bidimensional; la informació geomètrica que disposa l'ordinador és bidimensional, és a dir, està continguda en un plànol.

• Modelatge geomètric 3D: descripció analítica de la volumetria, contorn i dimensions de l'objecte o sistema, incloent relacions geomètriques i fins i tot algebraiques entre els diferents components; (x,i,z).

CAM (Fabricació Assistida per Computadora)

La fabricació assistida per ordinador, també coneguda com a CAM (Computer Aided Manufacturing), implica l’ús d'ordinadors i tecnologia de càlcul per ajudar en totes les fases de la fabricació d'un producte, incloent la planificació del procés i la producció, mecanitzat, administració i control de qualitat, amb una mínima intervenció humana. Forma part de les tecnologies assistides per ordinador. Degut als seus avantatges, es combina el disseny assistit per ordinador (CAD) i la fabricació assistida per ordinador (CAM) en els sistemes CAD/CAM. Aquesta combinació permet la transferència d’informació des de l’etapa de disseny a l’etapa de planificació per la fabricació d’un producte, sense necessitat de tornar a capturar manualment les dades geomètriques de la peça.

Aplicacions dels Sistemes CAD/CAE/CAM

Principals aplicacions CAE

Simulació numèrica d'un accident de trànsit a la CAE

• Càlcul de propietats físiques: volum, massa, centre de gravetat, moments d'inèrcia, etc.
• Anàlisi tensional i càlcul mecànic i estructural: lineal i no lineal.
• Anàlisi de vibracions.
• Simulació del procés d'injecció d'un motlle: anàlisi dinàmica i tèrmic del fluid injectat (injecció virtual)
• Simulació de processos de fabricació: mecanitzat, conformat de xapes metàl·liques, soldadures, anàlisis de fixacions (fabricació virtual)
• Simulació gràfica del funcionament del sistema: Càlcul d'interferències, estudis aerodinàmics, acústics, ergonòmics, etc. (prototipado virtual)

Principals aplicacions CAD

Disseny CAD d'uns pistons

• Indústria de l'Arquitectura, Enginyeria i Construcció (AEC)
• Enginyeria mecànica
• Automatització de disseny electronic (EDA)
• Enginyeria elèctrica
• Planificació del procés de fabricació
• Disseny industrial
• Disseny de roba i textil
• Disseny de jardins
• Disseny d'iluminació
• Medicina
• Disseny de producció

Principals aplicacions CAM

Algunes aplicacions característiques del CAD/CAM són les següents:

• Calendarització per a control numèric
• Control numèric computaritzat i robots industrials.
• Disseny de daus i motlles per a fosa en els quals, per exemple, es reprogramen toleràncies de contracció).
• Daus per a operacions de treball de metalls, per exemple, daus complicats per a format de làmines, i daus progressius per a estampat.
• Disseny d'eines i sopones, i elèctrodes per a electroerosió.
• Control de qualitat i inspecció; per exemple, màquines de mesurament per coordenades programades en una estació de treball CAD/CAM.
• Planeació i calendarització de procés.
• Distribució de planta.

Referències

• Producció Automatitzada amb sistemes CAD/CAE/CAM 1 (castellà)

• Enginyeria assistida per ordinador (CAE)

• Producció Automatitzada amb sistemes CAD/CAE/CAM 2 (castellà)

• Control numéric per computadora (castellà)

• Disseny assistit per computadora

• Fabricació assistida per ordinador