SOFTWARE CAD/CAM

CAD/CAM

CAD significa Diseño Asistido por Computadora (en inglés Computer-Aided Design). Este tipo de software se utiliza, como su nombre lo indica, para diseñar por medio de un ordenador, proceso que facilita el desarrollo y la realización de productos en comparación con un diseño trazado a mano.

Por este medio se pueden lograr resultados más precisos, además de un ahorro considerable en cuestiones de tiempo y costo. Tener un modelo bidimensional o tridimensional en la computadora ayuda en gran medida a los diseñadores a mejorar sus diseños y modificarlos tantas veces como sea necesario reduciendo el posible margen de error.

Existen diferentes tipos de software CAD; los hay para trabajar sobre diseño de objetos (programas de dibujo vectorial) y sobre diseño gráfico (programas de dibujo por pixeles), pueden ser también solamente 2D o 3D o combinar ambos. En el 2D las herramientas sirven para crear líneas, arcos y polígonos, mientras que en el 3D se pueden crear también sólidos y superficies.

En un post anterior (CNC) habíamos referido tres programas de dibujo vectorial para la creación de los archivos de corte en un robot CNC, que son CorelDRAW, AutoCAD y Adobe Illustrator, pero hay una gran cantidad de software que podemos utilizar para hacerlo, entre ellos DraftSight (muy parecido a AutoCAD), SolidWorks y Trimble (antes Google) SketchUp.

 

                                                                                                                                                              

CAM significa Manufactura Asistida por Computadora (en inglés Computer-Aided Manufacturing). Este es el software que se utiliza para el control y la programación de los robots CNC, tornos, fresadoras, centros de mecanizado, máquinas de ensamblaje de componentes en circuitos, bordadoras, entre otras. Se complementa con la geometría generada en el CAD. El uso de este tipo de software CAD/CAM ha tomado gran importancia debido a que, correctamente programados, pueden optimizar la utilización de la máquina y, por supuesto, aumentar el rendimiento.

El software CAM supone condiciones mejores de trabajo, debido a su interfaz fácil de manejar y a la posibilidad de ver gráficamente las trayectorias de mecanizado que se realizarán mediante una simulación del proceso; el usuario indica las herramientas que serán utilizadas para el trabajo, el tipo de material, etc., y el código (G-Code) se genera automáticamente (por medio del postprocesador).

Al igual que con los programas CAD, el usuario puede corregir y modificar su diseño tantas veces como lo requiera, considerando, por medio de la visualización en el CAM, el corte de la fresa a utilizar, las sujeciones, el orden de maquinado de las piezas, la trayectoria que seguirá la herramienta, la velocidad y el avance, consiguiendo detectar a tiempo posibles errores o colisiones que se puedan dar durante el mecanizado. Anteriormente habíamos hablado de ArtCAM, pero hay una considerable cantidad de programas CAM para infinidad de aplicaciones, entre ellos MasterCAM (más enfocado a metalmecánica), SolidCAM (de SolidWorks), ó Vectric.

POSTPROCESADORES

Por medio del CAM se hacen las instrucciones de desplazamiento, el cálculo de velocidades de corte y husillo y las órdenes necesarias para un maquinado, sin embargo, estos datos solos no sirven para ser introducidos a una máquina CNC, deben ser primero preparados con la sintaxis correcta para la máquina en particular que será utilizada, y esto se hace a través de un programa llamado POSTPROCESADOR.

El postprocesador viene, por lo general, dentro del CAM, y se encarga de convertir los datos introducidos previamente, al código necesario para mover el CNC y que la rutina pueda ser corrida. Este programa es enviado por medio de una comunicación serial (puerto) y puede haber uno para cada marca y modelo de control CNC.

ROUTERS Y SPINDLES

ROUTER

Los routers (también conocidos como fresadoras) son máquinas-herramienta que se utilizan para realizar mecanizados por arranque de viruta. Cortan mediante cilindros de acero o carburo llamados fresas, las cuales están provistas de dientes cortantes.

 

 Se emplea para hacer cortes de superficies tanto planas como curvas, para hacer ranuras, grabados y limpieza de áreas.
Actualmente los routers están equipados con un mecanismo de control de velocidad variable para reducir las revoluciones por minuto (RPM), comúnmente con un rango de 8000 a 24000 RPM, y pueden tener una potencia desde 1 ¾ hasta 3 caballos de fuerza (HP).
La importancia de los caballos de fuerza es proporcional a la fuerza que necesitará la herramienta para cortar determinado material; todo material implica cierta resistencia, y se necesita un diferente grado de fuerza para cortar madera que para cortar metales, por ejemplo.
Las revoluciones por minuto también dependerán tanto del material que se esté cortando (porque ciertos materiales pueden vibrar a altas velocidades o quemarse a bajas velocidades), como de la fresa que se utilice (en cuestiones de diámetro y de longitud, por la vibración que tiene una fresa larga en comparación con una fresa corta, y porque una fresa con un diámetro grande alcanzará más velocidad que una fresa de diámetro pequeño). Esto también se considera con un Spindle.

SPINDLE

Un Spindle es una versión mejorada del Router, por así decirlo. Tienen un sistema bifásico o trifásico y es enfriado por aire o por agua, característica que permite que trabaje durante un mayor tiempo ininterrumpido. Los Spindles utilizan variadores de frecuencia (drivers), los cuales le proporcionan un nivel de voltaje que es determinado por una señal de modulación por ancho de pulso (PWM, en inglés Pulse Width Modulation), frecuencia que viene de una interface de puerto paralelo o USB y que es convertida por un pin del puerto asignado en el software de operación del robot, como Mach3. Otro pin del puerto paralelo se asigna al sentido de giro del Spindle, para que pueda girar en sentido horario o anti-horario.

 

 Hay Spindles pequeños de menos de 100 watts, hasta industriales que van por encima de los 18 kW, y sus rangos de velocidad de RPM pueden oscilar desde los 10000 hasta los 60000. La velocidad de trabajo se asigna generalmente desde el programa en que se crea el G-Code, como el ArtCAM, debido al comportamiento diferente de los materiales al ser cortados, aunque algunos Spindles cuentan con una entrada analógica para ajustar la velocidad manualmente.

MOTORES

SERVOMOTORES Y MOTORES PASO A PASO

MOTORES PASO A PASO

Este tipo de motor tiene como característica principal, el poder moverlos un paso a la vez por cada pulso aplicado. El paso puede variar desde 1.8 grados hasta 90 grados.

Están constituidos por dos partes esencialmente: una fija llamada estator, y una móvil llamada rotor.

Estator: construida a base de cavidades donde van depositadas las bobinas que forman el campo magnético giratorio

Rotor: construida mediante un imán permanente

Es un elemento que transforma impulsos eléctricos en movimientos de giro controlados, lo podemos hacer girar en el sentido que deseemos y el número de vueltas y grados que se necesiten.

Hay dos tipos básicos de motor paso a paso: bipolares (compuestos de dos bobinas) y unipolares (compuestos de cuatro bobinas).

 

SERVOMOTORES

Un servomotor es un dispositivo pequeño, similar a un motor de corriente continua, con un circuito integrado por dentro. Tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, a través de una señal codificada, y mantenerse estable en dicha posición. Son eficientes y no consumen mucha energía. Está conformado básicamente por un motor, una caja reductora y un circuito de control.

Un servo standard tiene 3kg por centímetro de torque, también potencia proporcional para cargas mecánicas, la corriente que requiere depende de su tamaño; controla un movimiento angular entre 0 y 180 grados. Hay tres tipos de servos: de corriente continua (CC), de corriente alterna (AC), y de imanes permanentes ó Brushless.

Los servos operan por control proporcional, lo cual quiere decir que el motor funciona solamente lo necesario para llevar a cabo determinada tarea. Mediante impulsos codificados enviados al motor, el eje se mueve para alcanzar una posición, basado en la duración del pulso.

TRANSMISIONES

Existen varios tipos de transmisión empleados en los robots CNC, cada uno con sus respectivas características y diferencias, así como sus pros y sus contras (en algunos casos).

Transmisión por husillo de bolas

Es un transmisor mecánico que convierte un movimiento rotativo en uno rectilíneo. Consta de un eje roscado de rodadura helicoidal y un rodamiento de bolas.

Como su movimiento es por rotación, es garantía una marcha suave, buena velocidad de trabajo controlada con precisión durante los desplazamientos, un mínimo rozamiento y baja fricción (traducido en una nula o insignificante pérdida de potencia). 

Está diseñada para una vida útil prolongada y tolera cargas mayores que las roscas de tuerca convencionales, solamente requieren un tercio de la potencia empleada para la transmisión de la misma fuerza con tornillos ordinarios.

Tiene una precisión de una centésima de milímetro.

Transmisión por piñón y cremallera

Consta de una rueda dentada (piñón), normalmente de forma cilíndrica, que describe un movimiento de rotación alrededor de su eje; y una pieza dentada (cremallera), que describe un movimiento rectilíneo en uno u otro sentido según la rotación del piñón. Funciona como un engranaje simple, lo cual significa que tanto el piñón como la cremallera deben tener el mismo paso circular.

Dan tanto precisión como solidez en desplazamientos largos y pueden ser una buena alternativa para routers de estructura robusta o con puentes sobredimensionados.

Tiene una precisión de dos centésimas de milímetro, menor si se compara con el husillo de bolas.

Transmisión por correa de caucho

Es un diseño sencillo, utiliza una correa como fusible mecánico y elemento absorbente de choques de transmisión, tiene la ventaja de no tener que engrasarla y la rapidez de acople y desacople, además de ser económica.

El usuario de este tipo de sistema debe ser consciente de que deberá reponer ininterrumpidamente la correa cada vez que esta se estire o se corte, y por períodos de tiempo proporcionales al uso de la máquina, perpetuando un costo fijo por mantenimiento, lo cual también compromete tiempo de actividad de la máquina.

Pasado un tiempo la elasticidad de la banda va reduciendo y deja de contraerse, provocando un incremento en la distancia entre los dientes y dejando como consecuencia la pérdida de exactitud en los desplazamientos. Además de sufrir más deterioro que los sistemas de husillo o cremallera ante el polvo, la humedad, los lubricantes, entre otros factores.

Este tipo de sistema es más estable en distancias cortas, cuando la correa es larga tiene cierta tendencia a vibrar, lo cual acorta considerablemente su vida útil, y también, las vibraciones sumadas a la fuerza que ejerce el continuo tensado de la correa sobre la punta de eje del motor puede inducir a la fatiga del material e incluso llegar a la rotura del eje por más robusto que sea.

Guías lineales de precisión y rodillos-guía

Tanto las guías prismáticas como las cilíndricas ofrecen la misma precisión. Están constituidas por un componente móvil (carro) que en su interior tienen una jaula donde se aprisionan las bolas que se deslizan sobre el componente fijo (perfil de acero).

Las guías lineales prismáticas son utilizadas para mejorar la distribución de la carga y no perder ni aceleración ni velocidad de trabajo en máquinas cuya estructura es más pesada y voluminosa, con la aplicación de una fuerza mínima por su bajo coeficiente de rozamiento.

Las mayores ventajas son la alta precisión, factor inferior de fricción y la utilidad de sus puntos de lubricación incorporados (alemites). Pueden instalarse en transmisiones de movimiento con tolerancia de hasta una centésima de milímetro.