Texto de introducción al cad cam

PROYECTO CEPRA VII
“Plataforma Para un Laboratorio Virtual de
Simulación de Procesos de Operación de
Máquinas-Herramientas CNC”
RECOPILACIÓN DE INFORMACÍON Y APUNTES DE
INTEGRACIÓN CAD-CAM

INTEGRACIÓN CAD – CAM

ÁLVARO AGUINAGA B., Ph.D. Msc. Ingeniero Mecánico
Autor
EDGAR CANDO, MsC. Ingeniero Mecánico
Colaborador

Quito, febrero 2014

INTEGRACIÓN CAD-CAM - Álvaro Aguinaga B. Ph.D. Msc. Ing.

1

INTRODUCCIÓN
La máquina herramienta ha jugado un papel fundamental en el desarrollo
tecnológico del mundo hasta el punto que no es una exageración decir que la
tasa del desarrollo de máquinas herramientas gobierna directamente la tasa del
desarrollo industrial.
Dado el alto nivel de competitividad en el mercado nacional e internacional, las
compañías necesitan abatir sus tiempos de diseño y manufactura. El control
numérico se introdujo en los procesos de fabricación por la necesidad de
fabricar productos que no se podían conseguir en cantidad y calidad suficientes
sin recurrir a la automatización del proceso de fabricación, por la necesidad de
obtener productos hasta entonces imposibles o muy difíciles de fabricar, por ser
excesivamente complejos para ser controlados por un operador humano y por
la necesidad de fabricar productos a precios suficientemente bajos.
Inicialmente, el factor predominante que condicionó todo automatismo fue el
aumento de productividad. Posteriormente, debido a las nuevas necesidades
de la industria aparecieron otros factores no menos importantes como la
precisión, la rapidez y la flexibilidad.
La aplicación de los sistemas computacionales para el diseño y la manufactura
han tenido un amplio desarrollo y se han extendido a diversos sectores
productivos. El Control Numérico por Computadora (CNC) se obtiene
describiendo las operaciones de la máquina en términos de los códigos
especiales y de la geometría de formas de los componentes, creando archivos
informáticos especializados o programas de piezas.
La creación de estos programas de piezas es una tarea que, en gran medida,
se realiza hoy día por software informático especial que crea el vínculo entre
los sistemas CAD y CAM.
CAD/CAM, es el proceso en el cual se utilizan las computadoras personales
comunicadas con los controladores de las máquinas de producción para
mejorar la fabricación, desarrollo y diseño de los productos. Éstos pueden
fabricarse más rápido, con mayor calidad, precisión y a menor precio, con la
aplicación adecuada de tecnología informática.
"La simulación es el proceso de diseñar un modelo de un sistema real y llevar a término
experiencias con él, con la finalidad de comprender el comportamiento del sistema o
evaluar nuevas estrategias -dentro de los límites impuestos por un cierto criterio o un
conjunto de ellos - para el funcionamiento del sistema". 1
1

http://es.wikipedia.org/wiki/Simulaci%C3%B3n


2

La simulación de procesos de máquinas-herramientas CNC tiene como objetivo permitir
a los usuarios, realizar prácticas sin comprometer la integridad de los equipos. En este
contexto un simulador de este tipo, sustentado de un programa de integración CADCAM open sourse es una herramienta fundamental en el desarrollo de la producción de
equipo por arranque de viruta.

DESARROLLO HISTÓRICO
Años 50 y 60:
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Un ordenador ocupa una habitación y cuesta cientos de millones
Primera pantalla gráfica en el MIT
Concepto de programación de control numérico
Primeras máquinas herramienta
Cada compañía desarrolla su propio y peculiar sistema de CAD (GM)
Lápiz óptico: inicio de los gráficos interactivos
Aparición comercial pantallas de ordenador
Utilizado por la industria del automóvil, aeronáutica y compañías muy
grandes

Años 70:
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Los minicomputadores son cabinas y cuestan millones de dólares.
CAD significa Computer Aided Drafting
Aparecen los primeros sistemas 3D (prototipos)
Potencia de los sistemas limitada
Modelado de elementos finitos, control numérico

Años 80:
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Incremento de potencia
Se extiende la funcionalidad de las aplicaciones CAD
Superficies complejas y modelado sólido
Los sistemas de CAD son caros todavía
Se incrementa el interés en el modelado 3D frente al dibujo 2D
Nace Autocad y los PC´s
Menor precio y mayor funcionalidad de los sistemas
El mercado del CAD se generaliza en las empresas

Años 90:


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Automatización completa procesos industriales
Integración técnicas diseño, análisis, simulación y fabricación
Integración CAD-CAM
Nuevas tecnologías como el CIM

Actualmente:
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Internet, Intranets y Extranets lo conectan todo.
Uso de sistemas inteligentes y robotizados.
El precio del software y hardware cae.
La potencia aumenta.
Gran cantidad de aplicaciones.

NUEVOS PROCESOS DE MANUFACTURA
Producir es un proceso de transformación por el que los materiales brutos se
convierten en productos acabados, que tienen un valor en el mercado, con una
combinación de mano de obra, maquinarias, herramientas especiales y
energía.


4

Las Tecnologías de Fabricación estudian los procesos de conformado que
sufre un material desde que ha sido elaborado en bruto hasta que sale
transformado en un producto acabado.


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Computer integrated manufacturing (CIM) o manufactura integrada por
computador es el lado de ésta que reconoce que los diferentes pasos en el
desarrollo de productos manufacturados están interrelacionados y pueden ser
ajustados de manera más eficiente y efectiva con el uso de computadores.
A pesar de que CIM implica integrar todos los pasos de un proceso de
manufactura, en la práctica muchas compañías han logrado grandes beneficios
al implementar sistemas CIM parciales, es decir, en solo algunas áreas de la
empresa. De hecho, se cree que aún no existe ninguna empresa que haya
logrado una integración total del sistema. Sin embargo, se sabe con certeza
que ése es el próximo paso a seguir.
CIM incluye todas las actividades desde la percepción de la necesidad de un
producto; la concepción, el diseño y el desarrollo del producto; también la
producción, marketing y soporte del producto en uso. Toda acción envuelta en
estas actividades usa datos, ya sean textuales, gráficos o numéricos. El
computador, hoy en día la herramienta más importante en la manipulación de
datos, ofrece la real posibilidad de integrar las ahora fragmentadas operaciones
de manufactura en un sistema operativo único. Este acercamiento es lo que se
denomina manufactura integrada por computador.
En el sistema CIM existen cinco dimensiones fundamentales:
•
•
•
•
•

Administración general del negocio
Definición del producto y del proceso
Planificación y control del proceso
Automatización de la fábrica
Administración de las fuentes de información


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Cada una de estas cinco dimensiones es un compuesto de otros procesos más
específicos de manufactura, los cuales han demostrado una afinidad entre
ellos. La primera dimensión rodea a las otras cuatro, y la quinta es el corazón
del proceso. Respecto de esta última, existen dos aspectos: el intangible, el
cual es la información misma, y el tangible, el cual incluye los computadores,
dispositivos de comunicación, etc.
La implementación de este sistema por parte de algunas empresas busca, por
una lado, aumentar la productividad y, por otro, mejorar la calidad de los
productos. Un reciente estudio aporta información sobre los beneficios que ha
traído el CIM a empresas que lo han implementado. En la siguiente tabla se
presentan algunos de los resultados:
Beneficios de la implementación de un sistema CIM
Reducción en costos de diseño

15 - 30 %

Reducción en tiempo perdido

30 - 60 %

Incremento de la calidad del producto

2 - 5 veces el nivel anterior

Incremento en el aprovechamiento de los 3 - 35 veces
ingenieros respecto de la extensión y profundidad
de sus análisis
Incremento de la productividad de las operaciones 40 - 70 %
de producción
Incremento de la productividad de las máquinas

2 - 3 veces

Reducción de trabajo en el proceso

30 - 60 %

Reducción de los costos de personal

5 - 20 %

El CAD (Computer Aided Design), o diseño asistido por computador, permite al
diseñador crear imágenes de partes, circuitos integrados, ensamblajes y
modelos de prácticamente todo lo que se le ocurra en una estación gráfica
conectada a un computador Estas imágenes se transforman en la base de un
nuevo diseño, o en la modificación de uno previamente existente. A éstas se le
asignan propiedades geométricas, cinéticas, del material entre otras,
mejorando así el diseño sobre papel. Se logra así una mayor velocidad en el
diseño, al existir la posibilidad de corregir, encargándose el computador de
recalcular el dibujo. Existen sistemas CAD especiales para aplicaciones
mecánicas, electrónicas y de arquitectura, los cuales permiten una mejor
interrelación con sus respectivos sistemas CAE.


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El CAE (Computer Aided Engineering), o ingeniería asistida por computador, es
la tecnología que analiza un diseño y simula su operación para determinar su
apego a las condiciones de diseño y sus capacidades. Hoy en día, CAE es casi
dos tecnologías separadas: una es la aplicada a la mecánica y otra a la
electrónica. Ambas realizan extensos análisis respecto de las leyes físicas, así
como de los estándares de la industria. El CAE mecánico, en particular, incluye
un análisis por elementos finitos (FEA, finite element analysis) para evaluar las
características estructurales de una parte y programas avanzados de
cinemática para estudiar los complejos movimientos de algunos mecanismos.
El CAE electrónico, asimismo, permite verificar los diseños antes de fabricarlos,
simular su uso y otros análisis técnicos para evitar perder tiempo y dinero.
El CAPP (Computer Aided Process Planning), o planificación de procesos
asistida por computador, es un sistema experto que captura las capacidades de
un ambiente manufacturero específico y principios manufactureros ingenieriles,
con el fin de crear un plan para la manufactura física de un pieza previamente
diseñada. Este plan especifica la maquinaria que se ocupará en la producción
de la pieza, la secuencia de operaciones a realizar, las herramientas,
velocidades de corte y avances, y cualquier otro dato necesario para llevar la
pieza del diseño al producto terminado. Para usar el CAPP más efectivamente
en un entorno CIM, el diseño debería provenir electrónicamente de un
ambiente CAD. Debido a que el CAPP determina cómo una pieza va a ser
hecha, aporta en gran medida a la optimización del proceso y a la disminución
de los costos, si tiene oportunidad de manejar los procesos de más de un
diseño. El CAPP tiene dos tipos básicos: el variante y el generativo. El variante
es el más comúnmente usado y desarrolla un plan modificando un plan
previamente existente, eligiendo éste usando criterios de tecnología de grupos
y de clasificación. El generativo incorpora el concepto de inteligencia artificial,
usando sus conocimientos sobre las capacidades de la planta. Basado en la
descripción de la pieza (geometría y material) y sus especificaciones, el
computador elige el método óptimo para producir la pieza y genera
automáticamente el plan.
CAM es el acrónimo de ‘Computer Aided Manufacturing’ o producción asistida
por computadora. Se trata de la tecnología implicada en el uso de
computadores para realizar tareas de: modelación geométrica, planificación,
programación, inspección, ensamblado y embalaje de la producción.
El término CAM se puede definir como el uso de sistemas informáticos para la
planificación, gestión y control de las operaciones de una planta de fabricación
mediante una interfaz directa o indirecta entre el sistema informático y los
recursos de producción.
La manufactura física de un producto envuelve un número de tecnologías
interrelacionadas. Luego de haber usado el CAD y el CAE para crear y analizar
el diseño y usando el CAPP para organizar el plan y controlar los pasos


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individuales de manufactura, el conglomerado manufacturero debe ahora
controlar el procesamiento de los materiales que serán parte de un producto o
una pieza.
El proceso productivo es complejo. Los materiales, las herramientas y
componentes deben ser llevados a lugares específicos en determinados
períodos de tiempo, operaciones que deben ser supervisadas y controladas.
Progresos y errores en la línea de producción deben ser reportados, por lo
menos, a la administración de manufactura automáticamente.
Difiriendo de la etapa de diseño, la manufactura física está relacionada no solo
con software, sino también con hardware; es por esto que el proceso se
complica, especialmente si las máquinas no acompañan la modernidad del
conjunto. Se han desarrollado nuevos tipos de máquinas, para así lograr
mejores resultados.
La manufactura física puede ocupar tres tipos de subsistemas, los que se
detallan a continuación:
•

•

Maquinaria para manufactura: Incluye máquinas herramientas, sistemas
flexibles de manufactura (FMS, flexible manufacturing systems), equipos
de ensamblaje automático, líneas de transferencia y equipos de
inspección. Los sistemas flexibles de manufactura son difíciles de
diferenciar con los de celdas flexibles. En ambos existen pequeños
grupos de máquina herramientas unidas por equipamiento de manejo de
materiales, todo controlada por computadores bajo el mando de un
computador central, el cual puede procesar piezas en orden aleatorio. La
implementación exitosa del concepto de celdas flexibles envuelve
mejoras no solo al nivel de integrar físicamente el sistema, sino también
al relacionar el flujo de información, lo cual le permite operar
eficientemente el equipo que posee.
Maquinaria auxiliar para manufactura: Es la maquinaria que mejora la
eficiencia de las máquinas herramientas y equipo de ensamble
coordinando los movimientos de materiales y la colocación y el
desmonte de las piezas en las máquinas, de tal manera que el flujo
productivo no se detenga. Entre estas máquinas se pueden destacar los
sistemas de almacenamiento automático (AS / RS, automated storage /
retrieval system), los cuales manejan cargadores para pallets o bins,
conociendo la ubicación exacta de cada materia prima y llevándola al
lugar donde es requerida, ayudando además en el manejo de inventario;
los vehículos guiados automáticamente (AGV, automatic guided
vehicles), los cuales son pequeños camiones sin conductor que operan
bajo control computacional y se guían por cables en el piso o cintas
reflectantes en las paredes, y permiten flexibilidad en sus recorridos, al
tener contacto con las otras partes del sistema; y los robots, los cuales


9

•

son una de las tecnologías más versátiles en la tecnología CIM, al
funcionar como cualquiera de los anteriores, además de estar equipados
con equipos que le permiten "ver" e incluso decidir.
Controles para máquinas manufactureras: El control computacional
permite a las máquinas manufactureras comunicarse y coordinar sus
actividades con otros sistemas basados en computadores dentro del
ambiente CIM. Existe una gran variedad de tipos de controles, todo
depende de la capacidad del microprocesador. Los tres más conocidos
son:

CNC (Computer numerical control), o control numérico por computador, cuya
función básica es controlar la operación de una máquina herramienta a través
de una serie de instrucciones codificadas que representan el camino que
llevará la herramienta, la profundidad de corte, cambio de herramientas, etc.
asociados con la operación. El control computacional ha cambiado la
tecnología de la manufactura más que ningún otro adelanto por sí solo, pues
introdujo el concepto de automatización que hoy manda en la industria.
DNC (Distributed numerical control), o control numérico directo, que es un
concepto que abarca unir un computador a varias máquinas CNC para
controlarlas y también recibir información de ellas, para así poder manejar de
mejor manera la administración de la manufactura. Esta información puede ser
conteo de piezas, tiempo de desuso de la máquina o información sobre el
control de calidad.
PLC (Programmable logic controllers), o controlador lógico programable, que
son elementos de control bastante importantes en un ambiente de
automatización. Los PLC son computadores específicamente diseñados para
aguantar condiciones adversas de temperatura, suciedad y ruido eléctrico.
Están preparados para ser programados como relés de escala lógica, de tal
manera que hasta un electricista los pueda programar y mantener. La gran
aceptación de estos controladores provocó mejoras en su diseño,
agregándoseles varias funciones y subrutinas, haciéndolos cada vez más
parecidos a los computadores.
En el ciclo del producto se puede establecer el ámbito de actuación del CAD,
CAE y CAM.
CICLO DEL PRODUCTO


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CAD, CAM y CAE son tecnologías que tratan de automatizar ciertas tareas del
ciclo de producto y hacerlas más eficientes. Se están consiguiendo cada vez
más todos los beneficios potenciales de integrar las actividades de diseño y
fabricación del ciclo de producto. También ha aparecido una nueva tecnología
llamada la fabricación integrada por ordenador o CIM (Computer Integrated
Manufacturing). Esta tecnología tiene el objetivo de aunar las islas de
automatización conjuntándolas para que cooperen en un sistema único y
eficiente. El CIM trata de usar una única base de datos que integre toda la
información de la empresa y a partir de la cual se pueda realizar una gestión
integral de todas las actividades de la misma, repercutiendo sobre todas las
actividades de administración y gestión que se realicen en la empresa, además
de las tareas de ingeniería propias del CAD y el CAM. Se dice que el CIM es
más una filosofía de negocio que un sistema informático.
Sin importar cuán eficientes sean las operaciones de corte, ensamblaje y
movimiento de materiales, mientras no exista una buena coordinación y
planificación no existirá real eficiencia. La tecnología CIM que mejora la
administración de la manufactura son los sistemas MRP II (manufacturing
resource planning) o planeación de insumos de manufactura y, más
recientemente, JIT (just in time) o justo a tiempo.
El MRP II ha sido llamado el sistema nervioso central de la empresa
manufacturera. Contenidos en estos sistemas se encuentran los módulos de
software que planean y organizan las operaciones de manufactura, permiten
explorar mejores alternativas para la producción y los insumos, monitorean si

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las operaciones se ajustan al plan previo y permiten proyectar resultados
-incluso financieros-. Se dice que ninguno de los sistemas actualmente
instalados de CIM que tenga el MRP II lo usa a cabalidad, puesto que su
capacidad de manejar información es demasiado elevada. La importancia de
estos sistemas es obvia; a través de los datos ellos generan, recolectan y
administran, estableciendo y manteniendo contactos con todas las locaciones y
oficinas en la empresa.
La producción JIT, relacionada a la anterior, ha hecho que muchas compañías
replanteen su estrategia de producción, debido a los grandes beneficios
obtenidos tras su implementación. Una de las máximas del JIT es la de
producir lo que y cuando se necesita, para eso reduce inventarios,
particularmente inventarios de productos a medio terminar, y con ello costos de
inventario. Partes compradas o materias primas son mandadas directamente a
la línea de producción, varias veces al día si es necesario. Esta filosofía
convierte el inventario en productos tan pronto como sea posible, y así echa
por tierra la filosofía de mantener un buen inventario de partes de recambio "en
caso de que se ocupen". Sin embargo, para que este sistema tenga éxito debe
existir una estrecha relación con los proveedores, además éstos deben
entregar un producto de calidad porque el JIT no permite perder tiempo en
revisar las partes entrantes. Si los proveedores poseen una tecnología similar
se evitan una serie de burocracias al hacer pedidos, pues las órdenes van de
computador a computador. Si este sistema es bien aplicado, el JIT puede
significar reducciones de hasta un 75% en el inventario y lograr así mejoras
equivalentes en la calidad del producto.
CONTROL NUMÉRICO EN LAS MÀQUINAS HERRAMIENTAS
En principio, contrariamente a lo que se pudiera pensar, el Control Numérico de
Máquinas Herramientas no fue concebido para mejorar los procesos de
fabricación, sino para dar solución a problemas técnicos surgidos a
consecuencia de] diseño de piezas cada vez más difíciles de mecanizar.
En 1942, la "Bendix Corporation" tiene problemas con la fabricación de una
leva tridimensional para el regulador de una bomba de inyección para motores
de avión. El perfil tan especial de dicha leva es prácticamente imposible de
realizar con máquinas comandadas manualmente.
La dificultad provenía de combinar los movimientos del útil simultáneamente
según varios ejes de coordenadas, hallando el perfil deseado. Se acordó
entonces confiar los cálculos a una máquina automática que definiera gran
número de puntos de la trayectoria, siendo el útil conducido sucesivamente de
uno a otro.


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En 1947, Jhon Parsons, constructor de hélices de helicópteros, americano,
concibe un mando automático. La idea de utilizar cartas perforadas
(comportando las coordenadas de los ejes de los agujeros) en un lector que
permitiera traducir las señales de mando a los dos ejes, permite a Parsons
desarrollar su sistema Digitón.
En esta época, la U.S. Air Force estaba preocupada con la fabricación de
estructuras difíciles de trabajar por copiado susceptibles de ser modificadas
rápidamente. Gracias a su sistema, Parsons obtiene un contrato y el apoyo del
Massachusetts Institute of Technologie".
El Gobierno americano apoya la iniciativa para el desarrollo de una fresadora
de tres ejes en contorneado mandado por control digital.
En 1953, después de cinco años de puesta a punto, el M.I.T. utiliza por primera
vez el nombre de "Numerical Control".
En 1956, la U.S.A.F. hace un pedido de 170 máquinas de Control Numérico a
tres grandes constructores americanos:
•
•
•

Cincinnati Milling Machine Company,
Giddin & Levis,
Kearney & Trecker.

Paralelamente a esta evolución, ciertos constructores se interesan por el
desarrollo de máquinas más simples para trabajos, tales como taladrado,
mandrinado y punteado, que no requieren ningún movimiento continuo, pero sí
un posicionamiento preciso.
De esta forma se ha visto que la necesidad industrial de la aeronáutica fue la
que creó la demanda de sistemas continuos complejos. El paso de complejos a
simples revolucionó los procesos de fabricación.
En 1960, también en el M.I.T. se realizaron las primeras demostraciones de
Control Adaptable (un perfeccionamiento del Control Numérico que permite,
además, la autorregulación de las condiciones de trabajo de las máquinas). A
finales de 1968 tuvieron lugar los primeros ensayos de Control Numérico
Directo (DNC).
En general, el incremento en la utilización de máquinas herramientas con CN
se debe a que un gran número de problemas, que se consideraban bien
resueltos por los métodos de trabajo clásicos, que pueden tener una respuesta
ventajosa desde el punto de vista técnico mediante la utilización de dichas
máquinas.


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Hoy día este tipo de maquinarias está siendo implementado en casi todo tipo
de fábricas, se encontró que en el año 2000 el 85 % de la producción industrial
del mundo se realizaba con este tipo de máquinas.
El control numérico (CN) es una forma de automatización programable en la
cual, en base a una serie de instrucciones codificadas (programa), se
gobiernan todas las acciones de una máquina o mecanismo haciendo que este
desarrolle una secuencia de operaciones y movimientos previamente
establecidos por el programador.
También es apropiado para volúmenes de producción bajos o medios, dado
que es más fácil escribir nuevos programas que realizar cambios en los
equipos de procesado.

Los elementos básicos de un sistema de CN son:
•

El programa de instrucciones, que consta de una serie de sentencias
ejecutadas paso a paso que directamente dirigen el equipo de procesado.
El programa se escribe en un lenguaje especial (código).

•

El control numérico (CN), es la unidad que debe interpretar las instrucciones
contenidas el programa, convertirlas en señales que accionen los
dispositivos de las máquinas y comprobar su resultado.

•

El equipo de procesado, es el componente que realiza el trabajo útil, y lo
forman la mesa de trabajo, las máquinas herramienta así como los motores
y controles para moverlas.


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A medida que el desarrollo de la microelectrónica y la informática se aplica a
los controladores numéricos, se potencian extraordinariamente las funciones
que permiten desarrollar, simplificándolos a la vez, los procedimientos de
programación y operación de las máquinas, de tal manera que los CNC –
control numérico con ordenador - que se construyen hoy día sólo conservan de
los primitivos CN los principios básicos de funcionamiento.
Paralelamente, las máquinas herramienta han ido evolucionando hacia la
incorporación en una sola máquina de varias operaciones elementales de
mecanizado que tradicionalmente se efectuaban en máquinas diferentes, y
hacia la incorporación de cambiadores automáticos de piezas y herramientas,
apareciendo los centros de mecanizado que permiten obtener una pieza
acabada, o casi acabada, en una sola estación de trabajo.
En función de las capacidades de proceso y de memoria de los CNC han
evolucionado también las técnicas y lenguajes de programación. Desde los
primeros programas lineales en lenguaje máquina a la programación asistida
por ordenador, gráfica e interactiva, existe un amplio espectro de sistemas y
lenguajes de programación.
El control numérico se monta sobre todo tipo de máquina herramienta
convencional, tanto de arranque de viruta como de trazado y deformación. Así,
lo encontramos en tornos, fresadoras, rectificadoras, taladradoras,
mandrinadoras, dobladoras, plegadoras, punzadoras, máquinas de trazar,
punteadoras, máquinas de soldar, de oxicorte, de medir, etc. Sin embargo, el
control numérico ha promocionado el desarrollado de dos tipos de máquinas
múltiples:
•

El centro de mecanizado, para piezas prismáticas, en el que sobre pieza fija
una o más torretas con herramientas giratorias permiten efectuar
operaciones de fresado, taladrado, mandrinado, escariado, etc. Si lleva
incorporada mesa giratoria pueden efectuarse operaciones de torno vertical.

•

El centro de torneado, dotado de una o más torretas, con herramientas
motorizadas que, además de las clásicas operaciones de torneado permiten
efectuar fresados, taladrados, escariados, etc., tanto axiales como radiales.

Las características de precisión exigidas en estas máquinas en condiciones
duras de utilización, han modificado las características de diseño de las
mismas. En el aspecto estructural se busca una mayor rigidez y ausencia de
vibraciones, lo que lleva a la utilización de bastidores de chapa soldada y de
hormigón en vez de la clásica fundición.


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En el diseño de la cadena cinemática se busca disminuir los juegos,
rozamientos, vibraciones e inercia de las masas móviles para mejorar la
precisión y repetibilidad del posicionamiento de la herramienta, aumentando la
rigidez de las guías y utilizando materiales de bajo coeficiente de fricción o
sistemas hidrostáticos o de rodadura, husillos a bolas para la transmisión
de¡ movimiento sin holguras, etc.
Otros puntos en los que se ha mejorado son la estabilidad y uniformidad
térmica con potentes sistemas de refrigeración de herramienta, pieza e incluso
máquina, y la evacuación de virutas.
Sobre las funciones desarrolladas por las máquinas convencionales las
máquinas a control numérico incorporan básicamente:
•
•
•
•
•
•

Sistemas de posicionado de la herramienta.
Sistemas de medición del desplazamiento.
Sistemas de medición de piezas y herramientas.
Sistemas de control de condiciones de mecanizado.
Sistemas de cambio de herramientas.
Sistemas de cambio de pieza.

INTRODUCCIÓN AL CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO
El CNC tuvo su origen a principios de los años cincuenta en el Instituto de
Tecnología de Massachusetts (MIT), en donde se automatizó por primera vez
una gran fresadora. En esta época las computadoras estaban en sus inicios y
eran tan grandes que el espacio ocupado por la computadora era mayor que el
de la máquina.
CNC significa "control numérico computarizado". En una máquina CNC, a
diferencia de una máquina convencional o manual, una computadora controla
la posición y velocidad de los motores que accionan los ejes de la máquina.
Gracias a esto, puede hacer movimientos que no se pueden lograr
manualmente como círculos, líneas diagonales y figuras complejas
tridimensionales.
La programación de los controles numéricos ha sufrido una gran evolución en
los últimos años. Si bien se habla todavía de programación manual y
programación automática o asistida por ordenador, la realidad es que hoy día,
al contar los controles con un microordenador incorporado, la programación
manual dispone de muchas de las facilidades reservadas hasta hace poco a la
programación automática.
Sería quizás más adecuado efectuar otra clasificación:

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La programación a pie de máquina, apoyada en los lenguajes y facilidades de
que disponen los CNC.
La programación en oficina técnica, apoyada en equipos y software propio
dentro de técnicas de CAD - CAM de fabricación asistida por ordenador.
La programación a pie de máquina, en general más simple y realizada por el
mismo operario, es adecuada para fabricaciones especiales de series muy
pequeñas o unitarias tipo matricería, en las que se requiere un elevado grado
de interactividad entre la preparación y ejecución del trabajo.
La programación en la oficina técnica puede hacerse también en los lenguajes
de máquina propios de cada CNC, y efectuar posteriormente la puesta a punto
a pie de máquina. Pero a medida que se amplía el parque de máquinas de
control numérico y la cantidad de piezas a programar, se tiende a la utilización
de lenguajes de tipo general que independicen la programación de la pieza de
la máquina que posteriormente realizará el mecanizado.
Ambos sistemas se basan en un núcleo común de conceptos de programación
de control numérico, desarrollados para la programación manual de los
mismos. Posteriormente se han ido añadiendo más funciones, ampliando sus
facilidades de cálculo y permitiendo la utilización de técnicas informáticas de
programación.
En una máquina CNC una computadora controla el movimiento de la mesa, el
carro y el husillo. Una vez programada la máquina, ésta ejecuta todas las
operaciones por sí sola, sin necesidad de que el operador esté manejándola.
Esto permite aprovechar mejor el tiempo del personal para que sea más
productivo. El término "control numérico" se debe a que las órdenes dadas a la
máquina son indicadas mediante códigos numéricos. Un conjunto de órdenes
que siguen una secuencia lógica constituyen un programa de maquinado. Al
principio hacer un programa de maquinado era muy difícil y tedioso, pues había
que planear e indicarle manualmente a la máquina cada uno de los
movimientos que tenía que hacer. Era un proceso que podía durar horas, días,
semanas. Aún así era un ahorro de tiempo comparado con los métodos
convencionales.
Actualmente muchas de las máquinas modernas trabajan con lo que se conoce
como "lenguaje conversacional" en el que el programador escoge la operación
que desea y la máquina le pregunta los datos que se requieren. Cada
instrucción de este lenguaje conversacional puede representar decenas de
códigos numéricos. Por ejemplo, el maquinado de una cavidad completa se
puede hacer con una sola instrucción que especifica el largo, alto, profundidad,
posición, radios de las esquinas, etc. Algunos controles incluso cuentan con


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graficación en pantalla y funciones de ayuda geométrica. Todo esto hace la
programación mucho más rápida y sencilla.
También se emplean sistemas CAD/CAM que generan el programa de
maquinado de forma automática. En el sistema CAD (diseño asistido por
computadora) la pieza que se desea maquinar se diseña en la computadora
con herramientas de dibujo y modelado sólido. Posteriormente el sistema CAM
(manufactura asistida por computadora) toma la información del diseño y
genera la ruta de corte que tiene que seguir la herramienta para fabricar la
pieza deseada; a partir de esta ruta de corte se crea automáticamente el
programa de maquinado, el cual puede ser introducido a la máquina por la
correspondiente interface de comunicación. Hoy día los equipos CNC con la
ayuda de los lenguajes conversacionales y los sistemas CAD/CAM, permiten a
las empresas producir con mucha mayor rapidez y calidad sin necesidad de
tener personal altamente especializado.
Las ventajas, dentro de los parámetros de producción de las máquinas CNC y
los sistemas CAD-CAM son:
 Posibilidad de fabricación de piezas imposibles o muy difíciles. Gracias
al control numérico se han podido obtener piezas muy complicadas
como las superficies tridimensionales necesarias en la fabricación de
aviones.
 Seguridad. El control numérico es especialmente recomendable para el
trabajo con productos peligrosos.
 Precisión. Esto se debe a la mayor precisión de la máquina herramienta
de control numérico respecto de las clásicas.
 Aumento de productividad de las máquinas. Esto se debe a la
disminución del tiempo total de mecanización, en virtud de la
disminución de los tiempos de desplazamiento en vacío y de la rapidez
de los posicionamientos que suministran los sistemas electrónicos de
control.
 Reducción de controles y desechos. Esta reducción es debida
fundamentalmente a la gran fiabilidad y repetitividad de una máquina
herramienta con control numérico. Esta reducción de controles permite
prácticamente eliminar toda operación humana posterior, con la
subsiguiente reducción de costos y tiempos de fabricación.

NORMAS DE CONTROLADORES CNC


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Existen diferencias entre los controladores que se encuentran en el mercado,
inclusive de un mismo fabricante debido a la variedad de modelos existentes.
Para entender el CNC, es necesario conocer las diferencias y similitudes que
presentan los diferentes controladores así como los estándares que utilizan
para su programación. Normalmente se siguen dos estándares mundiales:
•
•

ISO 6983 (International Standarization Organization)
EIA RS274 (Electronic Industries Association).

El flujo de procesamiento de una máquina CNC es el siguiente:

Todos los CNC siguen la misma norma de nomenclatura del movimiento y el
mismo sistema de la coordenada. Esto se define como la norma EIA 267-C.
Esta norma define el sistema de coordenada de máquina.
Las herramientas tienen muy diversos movimientos dependiendo del tipo de
máquina herramienta, pero ellos siempre usan el mismo sistema de
coordenadas.
El sistema de coordenadas de las máquinas CNC es el rectangular diestro, es
decir, el sistema cartesiano rectangular. Basado en la regla de la mano derecha
que se presenta a continuación:


19

En la mano derecha el dedo pulgar representa el eje de X, el dedo índice el eje
de Y; y el dedo corazón el eje de Z. La dirección de cada dedo representa la
dirección positiva del movimiento. La base de sus dedos es el punto de la
salida o el X0 Y0 Z0.
Para determinar el sentido de giro positivo (horario), se debe cerrar la mano
con el dedo pulgar señalando alguno de los ejes X, Y o Z en sentido positivo y
el rizo de los dedos representa el sentido de giro horario o rotación positiva
sobre cada eje.

El plano cartesiano queda definido por:


20

Por ejemplo en una fresadora, el plano cartesiano redefiniría así:

En las máquinas CNC se puede trabajar en coordenadas absolutas o
incrementales. Las coordenadas absolutas tienen como referencia el origen
absoluto de coordenadas y cualquiera sea la posición de la herramienta se

21

refiere a este origen, en cambio, en las coordenadas incrementales utiliza la
posición actual de la herramienta como punto de referencia (origen transitorio)
para el siguiente movimiento.
COORDENADAS ABSOLUTAS

COORDENADAS INCREMENTALES


22


23


24


25

Los Actuadores más importantes que se utilizan en las máquinas CNC son:
•

Motores DC

Los más empleados históricamente en operaciones de control de movimientos.
Flexibilidad control velocidad y par. Se controlan independientemente variando
el voltaje e intensidad. Tienen dificultades de regulación motores AC.
Tienen una amplia gama variación velocidad, rotación uniforme, buena calidad
mecanizado, baja inercia motor, arranque/paradas rápidos, posibilidad de
mecanizado a altas velocidades.
•

Motores AC

Mayoría de los motores industriales utilizados actualmente. Se caracterizan por
su simplicidad, bajo coste, robustez y no necesitan mantenimiento.
Antes tenían dificultad regulación velocidad (Depende de la frecuencia de la
alimentación). En este tipo de motores, tensión, intensidad, velocidad de giro y
par están relacionados todos entre ellos y era muy difícil controlarlos
independientemente.
El desarrollo de variadores de frecuencia, en la actualidad ha permitido un
control muy preciso tanto en posición como en velocidad, y una respuesta muy
rápida.
•

Motores paso a paso

Son los más utilizados en la actualidad en automatización. Es un dispositivo
electromecánico capaz de transformar una serie de impulsos eléctricos en
desplazamientos angulares fijos (pasos).
Los impulsos provocan
desplazamientos angulares. La secuencia de impulsos enviados finaliza
cuando se alcanza la posición deseada.
Se caracterizan por su alta precisión en el posicionamiento, sencillez de
control. (Se varía la velocidad variando la frecuencia de los impulsos de
mando), amplio rango de variación de velocidad y sencillez de fabricación y
bajo coste.
Los sensores aportan información acerca de la posición, velocidad o
información para su posterior tratamiento por la unidad de control, produciendo
a la salida una señal eléctrica relacionada con la entrada.


26

Los sensores más utilizados en las máquinas CNC son:
Sensores analógicos: La salida varía de forma continua y proporcional a la
posición o velocidad del elemento a controlar.
Sensores digitales. Se obtienen señales discretas en forma de impulsos de
tensión o corriente.


27


28


29


30


31

Las elevadas velocidades de corte hacen necesaria la intervención de
refrigerantes – lubricantes que son útiles para disipar el calor generado, reducir
la fricción y desgaste de herramienta y para facilitar la extracción de viruta.


32

•

Las herramientas usadas en las máquinas CNC, aunque tengan los mismos
criterios de utilización de las de máquinas convencionales deben cumplir
con características especiales.

PROGRAMACIÓN CNC
Un programa es una lista secuencial de instrucciones de maquinado que serán
ejecutadas por la máquina de CNC. A las instrucciones se les conoce como
CODIGO de CNC, las cuales deben contener toda la información requerida
para lograr el maquinado de la pieza.

Se empleara como comienzo de programa el símbolo % seguido del número de
programa (5 dígitos), seguido de los caracteres RT o LF.
El programa de mecanizado debe ser introducido al control numérico en una
forma que sea aceptable para éste.


33

Flujo de Procesamiento en una CNC:

Sistema de coordenadas de una máquina CNC:


34

Eje: cualquier movimiento de la máquina que realice un posicionamiento.
Mediante el movimiento combinado de dos o más ejes es posible describir todo
tipo de trayectorias o interpolaciones en el plano o en el espacio.
El eje Z se encuentra situado en la dirección del husillo principal (el que
proporciona la potencia de corte). Si no existiera husillo principal, el eje Z se
obtiene según la normal saliente al plano de sujeción de la pieza. Su sentido
positivo es aquel en que se aleja la herramienta de la pieza.
El eje X es perpendicular a Z y se elige sobre un plano horizontal paralelo a la
superficie de sujeción de la pieza. Su sentido positivo es aquel tal que la
herramienta se aleja de la pieza. En máquinas en las que el eje Z es horizontal,
X también es horizontal.
El eje Y forma un triedro a derechas con X y Z.
Sentido de giro positivo: Dedo pulgar de la mano derecha en sentido positivo
del eje giro antihorario:

Ejes y giros en una CNC:


35

En los tornos CNC:
Giro del cabezal o husillo en positivo en sentido horario M03 y negativo en
sentido antihorario M04 viendo de frente al husillo.

En los tornos CNC las herramientas pueden ser ha derechas o a izquierdas,
dependiendo del movimiento de las mismas, tomando la herramienta frente al
operador.


36

Siempre el material debe ir contra el filo de corte de la herramienta:


37


38


39


40

COORDENADAS ABSOLUTAS


41

COORDENADAS INCREMENTALES


42


43

El programa debe de contener todos los datos geométricos y tecnológicos
necesarios para que la máquina herramienta ejecute las funciones y
movimientos deseados.
Un programa está construido en forma de secuencia de bloques.
Los códigos de G son funciones preparatorias que involucran los movimientos
de la herramienta reales para el mando de la máquina herramienta. Los
Códigos G´s tienen funciones de movimiento de la máquina (Movimientos
rápidos, avances, avances radiales, pausas, ciclos).
Cada bloque de programación contiene las llamadas variables de programación
que son:
N
G
X
Y
Z
I
J
K
S
F
M

Número de Bloque (Inicio de bloque)
Función preparatoria
Coordenada X
Coordenada Y
Coordenada Z
Localización en X del centro de un arco.
Localización en Y del centro de un arco
Localización en Z del centro de un arco
Velocidad del cabezal
Asigna Velocidad de avance
Función Auxiliar

Se definen también los Códigos M’s que son funciones misceláneas o
auxiliares que se requieren para el maquinado de piezas, pero no son de
movimiento de la máquina (Arranque y paro del husillo, cambio de herramienta,
refrigerante, paro de programa, etc.)
Las fases de un programa son normalmente:
•
•
•

El inicio que contiene todas las instrucciones que preparan a la máquina
para su operación.
La manufactura de la pieza que contiene las velocidades y movimientos de
corte, circulares, lineales, movimientos rápidos, ciclos de corte, etc.
El fin del programa que contiene todos los códigos G’s y M’s que desactivan
todas las opciones que fueron activadas en la fase de inicio. Funciones
como el refrigerante y la velocidad del husillo deberán ser desactivadas
antes de remover la pieza de la máquina.

Cada uno de los bloque tiene el formato:

44

En cada bloque se tienen las siguientes restricciones:
•
•
•
•

Deben contener únicamente un solo movimiento de herramienta
Debe contener únicamente una velocidad de avance
Debe contener únicamente una herramienta o velocidad del cabezal
El número del bloque debe ser secuencial

Antes de realizar el programa para la máquina CNC es conveniente cumplir los
siguientes pasos:
•
•
•
•
•
•

Desarrollar un orden de operaciones.
Planear las secuencias de principio a fin antes de escribir el programa
Hacer los cálculos necesarios (cálculo de coordenadas).
Indicar las coordenadas sobre el dibujo o utilizar hojas de coordenadas
Elegir la herramienta y velocidades de corte.
Asegurarse de las herramientas que se encuentran disponibles.
CODIGO G

(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)

G00*
G01
G02
G03
G04
G05
G06

Posicionamiento rápido
Interpolación lineal
Interpolación circular a derechas
Interpolación circular a izquierdas
Temporización, duración programada
Trabajo en arista matada
Interpolación circular con programación del centro del arco
en coordenadas absolutas
G07* Trabajo en arista viva
G08 Trayectoria circular tangente a la trayectoria anterior
G09 Trayectoria circular definida mediante tres puntos
G10* Anulación imagen espejo
G11 Imagen espejo en el eje X
G12 Imagen espejo en el eje Y
G13 Imagen espejo en el eje Z
G17* Selección del plano XY


45

(modal)
(modal)

(modal)

(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)

(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)

G18 Selección del plano XZ
G19 Selección del plano YZ
G20 Programación en pulgadas
G21 Programación en milímetros
G22 Definición de subrutina estándar
G23 Definición de subrutina paramétrica
G24 Final de subrutina
G25 Salto o llamada incondicional
G26 Salto o llamada condicional si es igual a 0
G27 Salto o llamada condicional si no es igual a 0
G28 Salto o llamada condicional si es menor
G29 Salto o llamada condicional si es igual o mayor
G30 Visualizar código de error definido
G31 Guardar origen de coordenadas actual
G32 Recuperar origen de coordenadas guardado mediante
G31 Guardar origen de coordenadas actual
G32 Recuperar origen de coordenadas guardado mediante G31
G33 Roscado electrónico
G36 Redondeo controlado de aristas
G37 Entrada tangencial
G38 Salida tangencial
G39 Achaflanado
G40* Anulación de compensación de radio
G41 Compensación de radio a izquierdas
G42 Compensación de radio a derechas
G43 Compensación de longitud
G44* Anulación de compensación de longitud
G49 FEED-RATE programable
G50 Carga de dimensiones de herramienta en la tabla
G53-59 Traslados de origen
G70 Inicio Subrutina
G71* Llamada subrutina
G72 Factor de escala
G73 Giro sistema de coordenadas
G74 Búsqueda automática de referencia-máquina
G75 Trabajos con palpador
G76 Creación automática de bloques
G79 Ciclo fijo definido por el usuario
G80* Anulación de ciclos fijos
G81 Ciclo fijo de taladro
G82 Ciclo fijo de taladro con Temporización
G83 Ciclo fijo de taladro profundo
G84 Ciclo fijo de roscado con macho
G85 Ciclo fijo de escariado
G86 Ciclo fijo de mandrinado con retroceso en G00


46

(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)
(modal)

G87 Ciclo de cajera rectangular
G88 Ciclo de cajera circular
G89 Ciclo fijo de mandrinado con retroceso en G01
G90* Programación en cotas absolutas
G91 Programación en cotas incrementales
G92 Preselección de cotas
G93 Preselección de origen de coordenadas polares
G94* Velocidad de avance F en mm/minuto
G95 Velocidad de avance F en mm/revolución
G96 Velocidad de avance superficial constante
G97* Velocidad de avance del centro de la herramienta
constante
G98* Vuelta de la herramienta al plano de partida al terminar un
ciclo fijo
G99 Vuelta de la herramienta al plano de referencia al terminar
un ciclo fijo

Modal significa que las funciones G una vez programadas permanecen
activadas mientras no sean anuladas mediante otra G incompatible o mediante
M02, M30, RESET o EMERGENCIA.
Las funciones G con * son las que asume el control en el momento de
encendido, después de ejecutar M02, M30 o después de una EMERGENCIA o
RESET.
Existen tres movimientos básicos de herramienta:
•
•
•

G00
G01
G02/G03

Movimiento rápido
Movimiento de avance lineal
Interpolación Circular o avances de arcos

Los demás ciclos son combinaciones de este tipo de movimiento
CODIGO M
•
•
•

M00
M01
M02

Para el programa
Parar opcionalmente
Reset programa

•

M03

Encender Husillo horario

•

M04

Encender husillo anti-horario

•

M05

Apagar el husillo


47

•

M06

Cambio automático de herramienta

•
•
•
•
•

M07
M08
M09
M10
M11

Refrigeración “B” on
Refrigeración “A” on
Apagar refrigeración
Abrir Prensa
Cerrar prensa

•

M13

Husillo hacia delante y refrigerante encendido

•

M14

Husillo hacia atrás y refrigerante encendido

•

M15

Programa de entrada usando MIN P

•

M19

Orientación del husillo

•

M20

ATC Coger herramienta

•

M21

ATC Sacar herramienta

•

M22

ATC Bajar herramienta

•

M23

ATC Subir herramienta

•

M27

Reset el carrusel al bolsillo uno

•

M28

Reset el carrusel en la posición del bolsillo

•

M29

Seleccionar DNC modo

•

M30

Reset y Reactivar programa

•

M31

Incrementar conteo de partes

•

M37

Abrir la puerta en una parada

•
•

M38
M39

Abrir puerta
Cerrar puerta

•

M40

Extender atrapado de partes

•

M41

Retraer atrapado de partes


48

•

M48

Mirar porcentaje de avance al 100%

•

M49

Cancelar M48

•

M62

Salida auxiliar 1 encendida

•

M63

Salida auxiliar 2 encendida

•

M64

Salida auxiliar 1 apagada

•

M65

Salida auxiliar 2 apagada

•

M66

Esperar la salida auxiliar 1 encendida

•

M67

Esperar la salida auxiliar 2 encendida

•

M68

Lleva al robot a la posición Home

•

M70

Espejo en X encendido

•

M71

Espejo en Y encendido

•

M73

Espejo en IV encendido

•

M76

Esperar la salida auxiliar 1 apagada

•

M77

Esperar la salida auxiliar 2 apagada

•
•
•

M80
M81
M83

Espejo en X apagado
Espejo en Y apagado
Espejo en IV apagado

•

M98

Llamado de un subprograma

•

M99

Fin del subprograma

A continuación se describe más en detalle cada uno de los códigos G:
G00

Posicionamiento rápido

Es una función modal e incompatible con G01, G02, G03 Y G33.


49

Al programar la función G00, no se anula la última F programada, es decir,
cuando se programa de nuevo G01, G02 ó G03, se recupera dicha F.

G01

Interpolación lineal

Cuando se mueven dos o tres ejes simultáneamente la trayectoria resultante es
una línea recta entre el punto inicial y el punto final maquinando la pieza. La
máquina se desplaza según dicha trayectoria al avance F programado.
El CNC calcula los avances de cada eje para que el avance de la trayectoria
resultante sea la F programada. La función G01 es modal e incompatible con
G00, G02, G03 y G33.


50

G02 y G03 Interpolación circular a derechas e izquierdas respectivamente
Las definiciones de sentido horario (G02) y sentido antihorario (G03) se han
fijado de acuerdo con el sistema de coordenadas que a continuación se
presenta.


51

G04 Temporización
Por medio de la función G04 se puede programar una Temporización. El valor
de la Temporización se programa por medio de la letra P.
G04 P0.05
G04 P2.5

Temporización de 0,05 segundos
Temporización de 2,5 segundos

Si el valor de P se programa con un número, éste podrá tener un valor
comprendido entre 0.00 y 99.99. La Temporización se ejecuta al comienzo del
bloque en que está programada.


52

G05 Arista matada
Cuando se trabaja en G05, el CNC comienza la ejecución del bloque siguiente
del programa, tan pronto como comienza la deceleración de los ejes
programados en el bloque anterior.
Es decir, los movimientos programados en el bloque siguiente, se ejecutan
antes de que la máquina haya llegado a la posición exacta programada en el
bloque anterior.
La diferencia entre el perfil teórico y real, esta en función del valor del avance,
cuanto mayor sea el avance, mayor será la diferencia entre el perfil teórico y el
real.
La función G05 es modal e incompatible con G07.
G07 Arista viva
Cuando se trabaja en G07, el CNC no ejecuta el siguiente bloque del
programa, hasta que no se haya alcanzado la posición exacta programada en
el bloque anterior.
El perfil teórico y el real coinciden.
La función G07 es modal e incompatible con G05.
En el momento de encendido, después de ejecutarse M02, M30 o después de
una EMERGENCIA o RESET en CNC asume la función G07 ó G05
dependiendo del valor asignado al parámetro máquina correspondiente.
G09 Trayectoria circular definida por tres puntos
Por medio de la función G09 se puede definir una trayectoria circular (arco),
programando el punto final y un punto intermedio (el punto inicial del arco es el
punto de partida del movimiento). Es decir, en lugar de programar las
coordenadas del centro, se programa cualquier punto intermedio.
Plano XY
N4
X:
Y:
I:

G09 X__ Y__ I__
J__
Cota en X del punto final del arco
Cota en Y del punto final del arco
Cota en X del punto intermedio del arco


53

J:

Cota en Y del punto intermedio del arco

Imagen espejo
G10
G11
G12
G 13

Anulación de imagen espejo
Imagen espejo en el eje X
lmagen espejo en el eje Y
Imagen espejo en el eje Z

Cuando el CNC trabaja en G11, G12, G13, ejecuta los desplazamientos
programados en X, Y, Z, con el signo cambiado.
Las funciones G11. G12, G13, son modales, es decir, se mantienen basta que
se programa G10.
Se pueden programar a la vez G11, G12 y G13 en el mismo bloque, puesto
que no son incompatibles entre sí.
En un programa con imagen espejo si se encuentra también activada la función
G73 (giro del sistema de coordenadas), el CNC aplicará primero la imagen
espejo y a continuación el giro.
En máquinas de cuatro ejes, la función imagen espejo no se puede aplicar al
cuarto eje (W).
Selección de planos
G17: Selección del plano XY
G18: Selección del plano XZ
G19: Selección del plano YZ
La selección del plano debe emplearse cuando se van a realizar
interpolaciones circulares, redondeo controlado de aristas, entrada y salidas
tangenciales, achaflanado, ciclos fijos de mecanizados, giro del sistema de
coordenadas o cuando se va a utilizar compensación de radio o longitud de
herramienta.
El CNC aplica compensación de radio a los dos ejes del plano seleccionado y
compensación de longitud al eje perpendicular a dicho plano.
Las funciones G17, G18, G19, son modales e incompatibles entre sí.


54

G20 Sistema de unidades en pulgadas (in)

G21 Sistema de unidades en milímetros (mm)


55

G25 Saltos / llamadas incondicionales
La función G25 puede utilizarse pira saltar de un bloque a otro dentro del
mismo programa. En el mismo bloque que se programa esta función no se
puede programar más información. Existen dos formas de programar esta
función:
1) N4 G25 N4
Cuando el CNC lee este bloque, salta al bloque indicado y el programa
continúa normalmente, a partir de este último bloque.
2) N4 G25 N4.4.2
N4:
G25:
N4:
.4.:
2:

Número de bloque
Código de salto incondicional
Número del bloque al que se dirige el salto
Número del último bloque a ejecutar
Número de repeticiones

Cuando el CNC lee un bloque de este tipo, salta al bloque definido entre la N y
el primer punto decimal. Ejecuta después la sección de programa comprendida
entre este bloque y el definido entre los dos puntos decimales tantas veces
como indica el último número. Este último número puede tener un valor
comprendido entre 0 y 99, sin embargo si se programa con un parámetro, éste
puede tener un valor comprendido entre 0 y 255.
G28 Retorno automático a la posición cero

56

G29 Retorno automático de la posición cero

Guardar y recuperar un origen de coordenadas
G31: Guardar origen de coordenadas actual
G32: Recuperar origen de coordenadas guardado con G31
Por medio de la función G31, se puede en cualquier momento guardar el origen
de coordenadas con el que en ese momento se está trabajando, y más
adelante, se puede recuperar dicho origen por medio de la función G32.
Esta prestación es útil en el caso en que sea necesario utilizar más de un
origen dé coordenadas (origen pieza) en el mismo programa, ya que permite
acotar parte del programa respecto de un origen, guardar dicho origen con


57

G31, hacer un cambio de origen con G92 ó G53- G59, acotar la continuación
del programa respecto al nuevo origen, y recuperar el origen primitivo por
medio de G32.
Las funciones G31 y G32 deben programarse solas en un bloque.
N__
N__

G31
G32

G33 Roscado electrónico
Si el cabezal de la máquina está dotado de un captador rotativo, se puede
realizar roscas a punta de cuchilla por medio de la función G33.
La función G33 es modal, se mantiene activada hasta que es anulada
mediante, G00, G01, G02, G03, M02, M03, EMERGENCIA o RESET.
El formato es el siguiente:
N__

G33 Z__

K__

Z:
K:

Cota del punto inicial de la rosca, absoluta o incremental.
Paso de rosca.

Trabajando en G05 se pueden realizar roscas de distinto paso sin perder
sincronismo. Mientras se encuentre activada la función G33, no se puede variar
la velocidad de avance F, mediante el conmutador FEED RATE, cuyo valor
estará fijo al 100%, ni tampoco la velocidad de giro del cabezal mediante las
teclas del frontis.
G36 Redondeo controlado de aristas
En trabajos de fresado es posible mediante esta función redondear una arista
con un radio determinado, sin necesidad de calcular el centro ni los puntos
inicial y final del arco.
La función G36 no es modal, es decir, debe de programarse en el bloque en
que se programe el desplazamiento cuyo final se desea redondear.
El radio de redondeo se programa mediante R__ siempre con valor positivo.


58

N__ G36 R__ X__ Y__ Z__
X,Y,Z son las coordenadas de la punta que se quiere redondear.
G37 Entrada tangencial al comienzo del mecanizado
Mediante la función preparatoria G37 se pueden enlazar tangencialmente dos
trayectorias sin necesidad de calcular los puntos de intersección.
La función G37 no es modal, debe programarse cada vez que se desee
comenzar un mecanizado con entrada tangencial.
La función G37 solo puede programarse en un bloque que incorpore
movimiento rectilíneo (G00 ó G01).
G38 Salida tangencial al final de mecanizado
La función G38 permite finalizar un mecanizado con una salida tangencial de la
herramienta sin necesidad de cálculos engorrosos.
La función G38 no es modal, es decir, debe programarse cada vez que se
desee una salida tangencial de la herramienta.
A continuación de G38 deberá programarse el radio R4.3 en mm, o bien R3.4
en pulgadas del arco de salida.
Para que G38 se pueda programar en un bloque, es necesario que la
trayectoria siguiente sea rectilínea (G00 ó G01).
G39 Achaflanado
En los trabajos de mecanizados es posible, mediante la función G39,
achaflanar aristas entre dos rectas, sin necesidad de calcular los puntos de
intersección. La función G39 no es modal.
Mediante el código R__ (siempre con valor positivo), se programa la distancia
desde el final de desplazamiento programado hasta el punto qué se quiere
realizar el chaflán.
N__ G39 R__ X__ Y__ Z__
X,Y,Z son las coordenadas de la punta que se quiere chaflanar.
Compensación de herramienta


59

En los trabajos de fresado, habitualmente es necesario calcular y definir la
trayectoria de la herramienta teniendo en cuenta el radio de la misma, de forma
que se obtengan las dimensiones de la pieza deseada.
La compensación de radio de la herramienta, permite programar directamente
el contorno de la pieza y del valor del radio de la herramienta almacenado en la
tabla de herramientas.
Existen tres funciones preparatorias para la compensación del radio de la
herramienta:
G40: Anulación de la compensación del radio de la herramienta.
G41: La herramienta queda a la izquierda de la pieza según el sentido de
mecanizado
G42: La herramienta queda a la derecha de la pieza según el sentido de
mecanizado
Los valores de la compensación deben almacenarse en la tabla de
herramienta, antes de comenzar el trabajo de mecanizado o bien cargarse al
comienzo de programa mediante la función G50.
Una vez determinado con los códigos G17, G18, G19 el plano en que se va a
aplicar la compensación, está se hace efectiva mediante G41 o G42,
adquiriendo el valor de la tabla seleccionado con el código T__
Cuando el CNC trabaja con compensación de radio la herramienta va leyendo
cuatro bloques por delante del que esta ejecutando, permitiendo de este modo
calcular con antelación la trayectoria a recorrer.


60


61

Compensación de longitud
Por medio de esta función se pueden compensar posibles diferencias de
longitud entre la herramienta programada y la que se va a emplear.
El CNC tiene capacidad para almacenar 100 herramientas.
L indica la longitud de la herramienta y K el valor que se suma o se resta al
valor de L para corregir pequeñas variaciones de la longitud de la herramienta.
Los códigos para llamar a la compensación de longitud son:
G43: Compensación de longitud
G44: Anulación de compensación de longitud
Cuando se programa G43, el CNC compensa la longitud de acuerdo con el
valor seleccionado en la tabla de herramientas.
La compensación de longitud se aplica al eje perpendicular al plano principal.
La función G43 es modal, y se anula mediante G44, G74, M02 y M30 o al
ejecutarse un RESET o una EMERGENCIA.


62

La compensación de longitud puede usarse junto con los ciclos fijos, pero en
este caso hay que tener la precaución de aplicar dicha compensación antes del
comienzo del ciclo.
G49 FEED-RA TE programable
Mediante la función G49, es posible indicar por programa el % de la velocidad
de avance F programada, al cual deseamos trabajar.
G50 Carga de dimensiones de herramienta en la tabla
Por medio de esta función, se puede introducir las dimensiones de las
diferentes herramientas en la tabla.
G53-G59 Traslados de origen
Mediante estas funciones, se pueden trabajar con 7 traslados de origen
diferentes. Los valores de estos traslados de origen se almacenan en la
memoria del CNC y están referidos al cero- máquina.
G72 Factor de escala
Por medio de la función G72 se puede ampliar o reducir piezas programadas.
De esta forma se pueden realizar familias de piezas semejantes en forma pero
de dimensiones diferentes con un solo programa. Debe programarse sola en un
bloque.
G73 Giro del sistema de coordenadas
Esta función permite girar el sistema de coordenadas tomando como centro de
giro, el punto cero en el plano principal.


63

G80 Cancelación de ciclos

G81 Ciclo de taladrado


64

G82 Ciclo de Taladrado con Pausa


65

G83 Ciclo de Taladrado Profundo


66

G90, G91 Programación absoluta. Programación incremental
La programación de las coordenadas de un punto, se puede realizar, bien en
coordenadas absolutas G90 ó bien en coordenadas incrementales G91.
Cuando se trabaja en G90, las coordenadas del punto programado, están
referidas al punto de origen de coordenadas.
Cuando se trabaja en G91, las coordenadas del punto programado, están
referidas al punto anterior de la trayectoria, es decir, los valores programados
indican el desplazamiento a realizar en el eje correspondiente.


67

G94 Avance F en mm/min.
Cuando se programa esta función, el control entiende que los avances
programados mediante F, lo son en mm/min. Esta función es modal, se
mantiene hasta que se programe G95.
G95 Avance F en mm/revolución
Con esta función el control entiende que los avances programados mediante
F3.4, lo son en mm/revolución.
Esta función es modal, se mantiene activada hasta que se programa G94. Esta
función solo podrá ser utilizada, si la máquina dispone de un captador rotativo
en el cabezal.
G96 Velocidad de avance superficial constante
Con esta función el control entiende que el avance F programado corresponde
al del punto del corte de la herramienta con la pieza. Con esta función se
consigue que la superficie de acabado en curvas interiores, sea uniforme. Esta
función es modal y se anula mediante G97, M02 ó M30.
G97 Velocidad de avance del centro de la herramienta constante
La velocidad de avance programada corresponde a la trayectoria del centro de
la herramienta. La función G97 es modal e incompatible con G96 y es asumida


68

por el CNC en el momento de encendido o después de M02, M30, RESET o
una EMERGENCIA.
FUNCIONES AUXILIARES M
El CNC dispone también de una serie de salidas decodificadas para funciones
auxiliares. Estas salidas se asignarán a las funciones deseadas en la puesta a
punto del CNC en máquina. Las funciones a las que no se ha asignado ninguna
salida decodificada, se ejecutan siempre al comienzo del bloque en que están
programadas.
En un bloque se pueden programar hasta un máximo de 7 funciones auxiliares.
Cuando ocurre esto el CNC las ejecuta correlativamente en el orden en que se
hayan programado.
M00 Parada de programa
Con esta función el CNC interrumpe el programa. Para reanudar el mismo hay
que dar nuevamente la orden de marcha.
M01 Parada condicional del programa
Idéntica a MOO, salvo que el CNC solo la tiene en cuenta si esta activada la
entrada "Parada condicional"
M02 M30 Final de programa
M02 indica final de programa y realiza una función de RESET general del CNC
(Puesta en condiciones iniciales). M30 es idéntica a M02 salvo que el CNC
vuelve al primer bloque del comienzo del programa.

M03 Arranque del cabezal a derechas


69

M04 Arranque de cabezal a izquierdas

M05 Parada del cabezal

M06 Código de cambio de herramienta


70

M08 Encendido del sistema refrigerante

M09 Apagado del sistema refrigerante

CÓDIGO G PARA TORNOS CNC


71


72


73

INTEGRACIÓN CAD/CAM
La característica fundamental de los sistemas CAD/CAM en lo que se refiere al
hardware es que son sistemas con gran capacidad de cálculo y, sobre todo,
con subsistemas gráficos de altas prestaciones. Otra diferencia es el uso de
dispositivos específicos de entrada y salida, por las necesidades que la
funcionalidad de estos sistemas requiere. La figura presenta la estructura
general de un sistema CAD/CAM.


74

Como se muestra en la figura, un dispositivo gráfico se compone de un
procesador gráfico y varios dispositivos de entrada y salida. Algunos de estos
dispositivos ya han sido presentados en la asignatura de Informática Gráfica.
A continuación se presentan ciertos dispositivos de entrada/salida específicos y
otros dispositivos habituales en los sistemas de CAD/CAM:
DISPOSITIVOS DE ENTRADA
Digitalización 2D: Permiten adquirir las coordenadas x e y de objetos planos,
normalmente impresos en documentos de papel. Entre estos dispositivos se
encuentran las tabletas digitalizadoras, en las que la digitalización se realiza
fijando el papel a la tableta y marcando los puntos deseados. En este grupo se
encuentran también los escáneres y capturadoras de imagen. La digitalización
en este caso se realiza superponiendo la imagen adquirida con la aplicación de
modelado, de tal forma que los pixeles de dicha imagen se utilizan como
referencia para la creación de las entidadesdel modelo.
Digitalización 3D: En este caso se trata de obtener la geometría tridimensional
de un objeto. Para ello será necesario conocer las coordenadas x, y, z de los
vértices del objeto. Para adquirir dichas coordenadas se utilizan distintas
técnicas y dispositivos entre los que están el palpador 3D, los sistemas
basados en vídeo, y los sistemas basados en láser.
Dispositivos táctiles: Proporcionan al usuario la sensación de contacto físico.
Estas sensaciones se producen mediante un sistema de realimentación de la
fuerza que se produciría si se estuviese manejando un objeto real en lugar de
un modelo geométrico.
Dispositivos de seguimiento y captura del movimiento: (tracking) Utilizan
sistemas electromagnéticos, ultrasónicos, ópticos o mecánicos para determinar
la posición y orientación del objeto que esta siendo rastreado. Se utilizan


75

habitualmente en aplicaciones de animación para capturar movimientos reales
complejos (rotoscopia), en los dispositivos de visualización montados sobre la
cabeza o en los guantes de datos.
Guantes de datos: Están equipados con sensores en cada articulación que
miden los ángulos para determinar la posición y orientación de mano y los
dedos. La posición global de la mano se determina mediante un sistema de
tracking. La información generada por el guante de datos suele ser regenerada
de forma gráfica mostrando de forma dinámica los movimientos del usuario.
DISPOSITIVOS DE SALIDA
Dispositivos de visualización montados sobre la cabeza: (head-mounted
displays o HMD) son dispositivos de visualización inmersiva. Habitualmente
están montados dentro de cascos o gafas. Contienen dos pequeños displays,
uno enfrente de cada ojo, sobre los que se proyectan imágenes en estéreo.
Incorporan un sistema inalámbrico de tracking, de manera que la visualización
cambia de acuerdo con el movimiento de la cabeza. Existen versiones sencillas
que no son tan inmersivas, habitualmente gafas, donde se proyecta una única
imagen (no tiene estereoscopia), sin sistema de tracking y que en algunos
casos permiten cierto grado de transparencia en los displays para superponer
imagen sintética sobre la realidad.
Impresoras de hologramas: Imprimen escenas tridimensionales compuestas de
miles de imágenes individuales generadas desde distintos puntos de vista. La
impresión se realiza sobre un material fotográfico especial.
Dispositivos de fabricación rápida de prototipos: Producen prototipos reales en
tres dimensiones en un corto espacio de tiempo. Estos prototipos son
pequeñas figuras de resina o polímeros con la forma del modelo geométrico a
partir del cual se generan en un solo paso. Existen varias tecnologías para
generarlos, entre las que se encuentra la estéreo-litografía, el sinterizado o el
laminado.
Trazadores de corte: son dispositivos similares a los trazadores presentados en
el capitulo anterior, con la diferencia de que en lugar de incorporar un cabezal
de dibujo, tienen una herramienta de corte. Habitualmente trabajan sobre
materiales plásticos, vinilo o papel.
Máquinas herramienta: Son las máquinas sobre las que se ejecutan los
programas de control numérico generados en los sistemas CAD/CAM. Existen
multitud de tipos y modelos en el mercado para satisfacer los requerimientos de
todas las posibles aplicaciones industriales. Las más habituales son:


76

•
•
•

Fresadoras: Se utilizan para mecanizar superficies libres y contornos de
cualquier tipo.
Tornos: Se utilizan para mecanizar piezas cuya geometría ha sido
generada por revolución de un perfil o contorno alrededor de un eje.
Taladradoras: se utilizan para hacer agujeros.

Robots: Normalmente se trata de dispositivos homomorfos porque imitan la
forma de un brazo humano. En el extremo de dicho brazo se les acopla una
herramienta que puede servir para cortar, soldar, pintar, manipular, etc. Se
programan mediante aplicaciones que permiten especificar la trayectoria de la
herramienta y la operación a realizar.
Dispositivos de transporte automatizados: Se utilizan dentro de las células de
fabricación flexible para transportar las piezas sobre las que se tiene que
realizar alguna operación como su ensamblado o manipulación por robots u
otras máquinas, su inspección por un sistema automatizado, etc.
Máquinas de inyección: utilizan complejos moldes mecánicos en los que
inyectan materiales plásticos a alta temperatura y presión para formar las
piezas de materiales plásticos.
El Software CAD/CAM proporciona las herramientas necesarias para
desarrollar trabajos técnicos de forma eficiente. Cualquier herramienta que
contribuya a la reducción del coste temporal y económico de desarrollo de un
producto y/o aumento en la calidad del producto se puede considerar software
de CAD/CAM. La clave fundamental del CAD son las herramientas que
permiten la creación y manipulación interactiva del modelo que se está
diseñando.
Dentro del software de CAD se encuentran las aplicaciones de CAE que
permiten el análisis de la geometría del diseño y su evaluación, según los
requerimientos especificados en la fase de diseño. Estas aplicaciones permiten
realizar la optimización de los productos siguiendo criterios tanto de diseño
como de fabricación. Ejemplos de este tipo de herramientas son las
aplicaciones de análisis por el método de elementos finitos o las aplicaciones
de simulación existentes en la mayoría de las disciplinas de la industria.
De igual manera, cualquier herramienta que facilite el proceso de fabricación se
puede considerar como software de CAM. Es decir, cualquier aplicación
relacionada con la planificación, gestión y control de operaciones de una planta
de producción, tanto de forma directa como indirecta, se puede considerar
software de CAM. Por ejemplo, una aplicación que genere un plan de procesos
para fabricar un producto es software de CAM. Otro ejemplo típico son las
herramientas que generan los programas que controlan las maquinas
herramienta de control numérico o los robots industriales. Estas herramientas

77

suelen, además, simular el funcionamiento del programa en una fase previa a
su implantación en la maquina o robot, verificando la corrección del mismo y
anticipándose a problemas de colisiones o roturas que podrían producirse si los
programas fueran probados directamente en la planta de producción.
La tendencia en estos sistemas se encamina hacia las aplicaciones modulares,
capaces de trabajar con una base de datos única e integrada. Un ejemplo típico
seria el diseño de circuitos impresos que comienza con un diseño lógico, el
cual es evaluado, verificado, simulado y optimizado. Después se procede al
diseño físico de la placa, el cual es de nuevo verificado, simulado y optimizado
antes de pasar a la fase de producción.
El software de CAD/CAM tiene una estructura genérica formada por módulos
comunes que se complementan con módulos de aplicaciones específicos:
•
•
•

Sistema Operativo: Manejo de cuentas, ficheros, directorios, editores.
Módulo Gráfico: funciones de modelado geométrico, construcción,
edición y manipulación de entidades geométricas, dibujo de planos y
documentación.
Módulo de aplicaciones: Distintos módulos según área (mecánica,
arquitectura, animación, electricidad etc.)
Aplicaciones típicas en mecánica:
•
•

•

Aplicaciones de diseño: modelado, calculo de masas, ensamblaje,
tolerancia, elementos finitos, análisis de mecanismos, animación,
simulación y análisis de inyección de plásticos y moldes.
Aplicaciones fabricación: planificación de procesos, control
numérico, programación y simulación de robots y tecnología de
grupos.

Módulo de programación: Herramientas de programación estándar para
cálculos y gráficos. Módulo de comunicaciones: Vital para la integración,
para conectar los diversos módulos del sistema y para transferir
información entre sistemas.

Los usuarios del software CAD/CAM se pueden clasificar en tres grupos:
•

Operadores: Son la mayoría de usuarios incluyendo ingenieros,
diseñadores, delineantes, etc. Suelen ser especialistas en unos pocos
módulos y cuentan con el soporte del administrador del sistema y del
proveedor (hot-line).


78

•

Programadores de aplicación: Desarrollan pequeñas aplicaciones y las
enlazan con los módulos existentes pero no pueden modificar el código
fuente. Personalizan las aplicaciones para adaptarlas a las necesidades
particulares de una empresa. Suelen ser programadores que además
son usuarios expertos del sistema. Utilizan los módulos de programación
del sistema. Trabajan en grandes empresas que utilizan mucho un
sistema o en empresas de servicios.

•

Programadores del sistema: Son los que crean y desarrollan el sistema
completo. Son conocedores de la estructura interna del software, de la
estructura de la base de datos y del sistema de gestión de la misma.
Deben tener conocimientos de gráficos, ingeniería y por supuesto de
programación. Trabajan en empresas proveedoras de sistemas o en
grupos de I+D.
El uso de estándares resulta necesario para conseguir que las aplicaciones
sean independientes de los dispositivos. Esto supone las siguientes ventajas:
•
•
•
•

Portabilidad SW
Portabilidad gráficos
Portabilidad del texto
Portabilidad B.D.

Existen varios tipos de estándares relevantes para los sistemas de CAD/CAM.
Estos se pueden agrupar en estándares gráficos, de intercambio de datos y de
comunicaciones. Todos ellos se estudiaran con detalle en un tema posterior.
Los trabajos relativos a estándares comenzaron en 1974 en el GSPC (Graphics
Standards Planning Committee). El objetivo de este comité era el de que las
aplicaciones se ajustaran al siguiente diagrama:

La aplicación invoca las funciones gráficas a través de la interface A. Dichas
funciones realizan las tareas requeridas por la aplicación a través de la
interface B mediante llamadas a los controladores de dispositivos.
Algunos de los estándares desarrollados son los siguientes:


79

•
•
•
•
•
•
•
•
•

GKS: Graphic Kernel System
PHIGS: Programmers Hierarchical Interactive Graphics System
IGES: Initial Graphics Exchange Specification
DXF: Data Exchange File
VDA: Verbung Der Automobileindustrie
STEP: Standard for Transfer and Exchange of Product Data
MAP: Manufacturing Automation Protocol
TOP: Technical and Office Protocol
X Window, OpenGL, DirectX

INTERCAMBIO DE DATOS CAD/CAM
Existe la necesidad de intercambio datos para integración y automatización
CAD/CAM. Los tipos de datos que se intercambian son:
1. Información del modelo geométrico:
• geometría
• topología (sólidos)
• características (tipos de línea, colores, capas, etc.)
2. Información gráfica (no geométrica):
• imágenes sombreadas
• texto, cotas, unidades, precisión, etc.
3. Información de diseño: generada de modelos geométricos para
análisis
• masa, densidad, mallas FEM, etc.
4. Información de Manufacturación:
• trayectorias de herramienta
• tolerancias
• planificación de procesos
• listas de materiales, etc.
Primeros intentos de creación de formatos:IGES : CAD ←→ CAD (1 y 2)
Formato IGES
Primer estándar de intercambio de datos de producto, entre diferentes sistemas
de CAD/CAM, solo intercambia información del modelo y gráfica.


80

Desarrollado con dos propósitos:
• Transferencia de datos de modelado entre diferentes sistemas
CAD/CAM
• Comunicaciones entre empresa con proveedores y clientes.
El formato IGES define una base de datos neutra con formato de ficheros y
describe:
• Entidades
• Parámetros para definición de entidades
• Relaciones y asociaciones entre entidades
Está basado en el concepto de entidad, siendo las entidades:
• Geométricas: curvas, superficies, sólidos
• No geométricas: vistas, dibujos, anotaciones (cotas, texto) y
estructuras (entidades compuestas, macros).
Formato STEP
STEP: Standar for the Exchange of Product model data. Norma muy amplia
desarrollada por ISO. Comité técnico 184 “Industrial Automation Systems &
Integration”. Denominación oficial: ISO 10303 “Product data representation and
exchange”. Su desarrollo comenzó en 1984 con el objetivo de desarrollar una
norma única internacional capaz de cubrir todos los aspectos del intercambio
de datos de CAD/CAM.
El intercambio de datos del producto se refiere a todo el ciclo de vida. Pretende
eliminar la intervención humana en la transferencia de información. Es
independiente del sistema. Utilizada como formato neutro de intercambio y
también para archivo.
Diferente filosofía entre IGES y STEP
IGES → unidad de intercambio entidad
STEP → unidad de intercambio aplicación
Aplicación: contiene varios tipos de entidades, además de la asociatividad y
relaciones entre las entidades de la aplicación que posibilita la automatización.
La transferencia se realiza en base a modelos de disciplina estandarizados y
definidos por STEP de forma que se pueden incorporar futuros modelos.
Basado en una arquitectura y metodología extensible para la creación de


81

modelos de datos para todas las disciplinas. Como por ejemplo: mecánica,
electricidad, arquitectura, etc.
Actualmente STEP soporta la comunicación de información del producto entre
los sistemas de CAD/CAM y también con aplicaciones de gestión (CIM). Usa el
lenguaje de especificación de datos EXPRESS.
Modelado Geométrico
CAD = Modelado geométrico + Informática gráfica + Herramientas de diseño
Inicialmente CAD estaba enfocado a hacer más eficiente el trabajo de
delineantes (planos 2D). Actualmente enfocado a realizar modelos geométricos
completos: planos, análisis de ingeniería, fabricación, etc.
Modelo geométrico es una representación no ambigua del objeto que se basa
en la necesidad de conocer la base matemática antes de elegir la forma de
representación.
Se introducen datos que el sistema convierte en representación matemática y
almacena en una base de datos que luego se intercambian con el CAM.
Tipos de modelos geométricos:
•

Alámbricos

•

Superficies

•

Sólidos

MODELOS ALÁMBRICOS (CONTORNEADO)
Se representan solo las aristas del objeto. Las aristas se representan mediante
vértices. Las aristas pueden ser curvas. Son los más simples y estaban
disponibles en todos los sistemas en desde los primeros tiempos (2D)
Ventajas:
·
·
·
·

Facilidad de creación
Baja utilización de CPU y memoria
Extensión natural del dibujo manual
Son la base de los modelos de superficies

Desventajas


82

· Representación ambigua y sin coherencia visual
· Tienen un uso limitado en ingeniería
· Pueden necesitar más datos para su creación

Las entidades alámbricas son las entidades básicas de cualquier sistema:
•
•

Analíticas: Puntos, líneas, arcos, círculos, cónicas
Sintéticas: Splines y curvas de Bezier.

Existen múltiples formas de definirlas y crearlas:
•
•
•

Coordenadas cartesianas, cilíndricas, esféricas
Coordenadas absolutas o increméntales
Referencia a entidades: horizontal, vertical, perpendicular, paralela,
tangente, intersección, etc.

A continuación se presentan los métodos para definir puntos, líneas, arcos,
círculos, elipses, parábolas y curvas sintéticas.


83


84


85

MODELADO DE SUPERFICIES
Son una extensión de modelos alámbricos tienen mayor capacidad
representación y menor ambigüedad que los alámbricos.
Diferencias modelos sólidos:
•
•

Solo información geométrica, no topología
Construcción a partir de entidades alámbricas (transparente en el caso
de sólidos)

Ventajas frente a modelos alámbricos:
•
•
•
•

menor ambigüedad
eliminación de superficies ocultas
sombreado
análisis de ingeniería.

Desventajas frente a modelos alámbricos:
• mayor complejidad (aprendizaje, matemáticas)
• mayor tiempo de CPU
• mayor espacio almacenamiento.
Las entidades superficiales son:
• ANALÍTICAS: planos, esferas, cilindros, superficies regladas, de
revolución y de extrusión.
• SINTÉTICAS: Hermite, Bezier (triangulares y rectangulares), B-spline,
Coon, Gordon, etc.
A- Superficies planas: definidas por tres puntos no colineales.
B- Superficies regladas: definidas por dos curvas (raíles) que se interpolan
linealmente.
C- De revolución: Rotación una curva alrededor de un eje un ángulo
determinado.
D- De extrusión (cilindros tabulados): Traslación de una curva en una
determinada dirección perpendicular al plano de la curva.
E- De Bezier: Aproximación, control global.
F- B-spline: Aproximación o interpolación, control local.
G- De Coon: Definidas por límites curvos cerrados.
H- De relleno: B-spline de unión de 2 superficies.
I- De desplazamiento: idénticas a otra dada a una determinada distancia.


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Superficie Plana

Superficie reglada

Superficie de extrusión

Superficie de revolución

Superficie de Bezier


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Superficie B spline

Superficie de Coon

Superficie de relleno

Superficie de desplazamiento

MODELADO DE SÓLIDOS
Sólido = conjunto primitivas combinadas por conjunto operaciones booleanas.
Primitivas → localización, geometría, orientación.


88

1. BLOQUE: Origen, altura, anchura, profundidad.
2. CILINDRO: Origen, radio y longitud.
3. CONO: Origen, radio base, radio superior y altura.
4. ESFERA: Centro y radio (diámetro).
5. CUÑA: Origen, altura anchura y profundidad de la base.
6. TORO: Centro, radio mayor, radio menor (o radio interno y radio externo).


89

EJERCICIOS DE CAD CAM


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Texto de introducción al cad cam

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