LOS PROGRAMAS CAD-CAM PARA ELABORAR DOCUMENTACIÓN TÉCNICA
Certia editorial
Los programas CAD-CAM para elaborar documentaciĂłn tĂŠcnica
Los programas CAD-CAM para elaborar documentación técnica. 2016 Certia Editorial, Pontevedra Tel. 986869606 www.certiaeditorial.com Impreso en España - Printed in Spain Derechos reservados 2016, respecto a la primera edición en español, por Certia Editorial. Certia Editorial ha incorporado en la elaboración de este material didáctico citas y referencias de obras divulgadas y ha cumplido todos los requisitos establecidos por la Ley de Propiedad Intelectual. Por los posibles errores y omisiones, se excusa previamente y está dispuesta a introducir las correcciones pertinentes en próximas ediciones y reimpresiones. ISBN: 978-84-16481-63-7 Depósito legal: PO 381-2016 Autor: Javier Costas Rodríguez Formato: 170 x 240 mm - 167 páginas. No está permitida la reproducción total o parcial de este libro, ni su tratamiento informático, ni la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por registro u otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los titulares del Copyright. uente imágenes cubiertas: Pixabay publicadas libres de derechos de autor bajo la licencia Creative Commons CC0.
Autor
Javier Costas Rodríguez Técnico en delineación y diseño industrial, y ha ejerciendo dicha profesión durante los últimos diez años. Inició su trayectoria laboral trabajando en diversas empresas constructoras y estudios de arquitectura, e ingresó en el año 2003 en la Concejalía de Urbanismo del Excelentísimo Ayuntamiento de Baiona (Pontevedra), donde permaneció hasta el año 2004. En el año 2005 ingresó en el sector industrial y naval, y ha colaborado desde entonces en el desarrollo de diversos proyectos relacionados con la construcción naval en Vigo, A Coruña y Marín; en proyectos de implantación de parques solares en Italia, Reino Unido y Bulgaria; en infraestructuras portuarias (grúas portuarias y diversas edificaciones de estructura metálica) en los puertos de Vilagarcía de Arousa, Vigo y Marín; en la construcción de diversas naves e instalaciones industriales, principalmente en España y Portugal; y ha participado en diversos proyectos I+D+I subvencionados por la Xunta de Galicia y el CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnológico e Industrial). En dichas obras, aparte de sus funciones en oficina técnica, también ejerció labores de programación CAM-CNC en un taller de calderería pesada, donde desempeñó entre otras funciones el control de calidad de las fabricaciones y la configuración de diversa maquinaria industrial, como por ejemplo fresadoras, tornos, oxicorte, cizallas, plegadoras, mandrinadoras, perfiladoras o punzonadoras. En la actualidad combina su profesión de delineante con la elaboración de contenidos didácticos adaptados a diferentes niveles formativos. Algunos de los proyectos en los que ha participado se pueden consultar en la web: http://www.jcostasvigo.wix.com/delineante
Índice
INTRODUCCIÓN............................................................................................... 9 1. Elaboración de planos de piezas y esquemas de sistemas automáticos empleando CAD. 1.1. Configuración de parámetros del programa de diseño utilizado.....................13 1.2. Captura de componentes en las librerías del programa de diseño utilizado....20 1.3. Creación e incorporación de nuevos componentes........................................22 1.4. Elección de las vistas y detalles de las piezas a representar..............................26 1.5. Realización de los planos constructivos de los productos...............................28 1.6. Representación de procesos, movimientos, mandos y diagramas de flujo.......33 1.7. Edición de atributos......................................................................................36 1.8. Realización de los esquemas de automatización.............................................39 1.9. Interconexión de componentes.....................................................................41 1.10. Obtención del listado de conexiones.............................................................44 1.11. Creación de ficheros (componentes y conexiones).........................................45 1.12. Impresión de planos......................................................................................46 RESUMEN..................................................................................................... 51 AUTOEVALUACIÓN..................................................................................... 53 2. Diseño de productos y procesos de fabricación mecánica empleando CAD-CAM. 2.1. Análisis del producto y elaboración del proceso de diseño.............................60 2.2. Sistemas y procesos de transferencia y carga de programas CAM...................74 2.3. Identificación de las especificaciones técnicas de los planos (medidas, tolerancias, materiales, tratamientos)...............................................................................78 2.4. Asignación de herramientas y medios auxiliares en mecanización..................82 2.5. Simulación, verificación y optimización de programas CAM........................85 2.6. Transferencia de la programación CAM a la máquina de control numérico...86 RESUMEN..................................................................................................... 89 AUTOEVALUACIÓN..................................................................................... 91
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3. Realización de programas de mecanizado en CNC. 3.1. Estudio del producto y del proceso de mecanizado........................................98 3.2. Lenguajes de programación ISO y otros........................................................99 3.3. Tecnología de programación CNC..............................................................105 3.4. Identificación de las especificaciones técnicas de los planos de fabricación (medidas, tolerancias, materiales, tratamientos)...........................................109 3.5. Asignación de herramientas y medios auxiliares para una mecanización determinada................................................................................................110 3.6. Sistemas y procesos de transferencia y carga de programas CNC en el centro de mecanizado.................................................................................................114 3.7. Simulación, verificación y optimización de programas CNC.......................115 RESUMEN................................................................................................... 119 AUTOEVALUACIÓN................................................................................... 121 4. Prevención de riesgos laborales durante los procesos de fabricación mecánica. 4.1. Protecciones individuales............................................................................136 4.2. Protecciones colectivas................................................................................138 4.3. Conclusión.................................................................................................141 AUTOEVALUACIÓN................................................................................... 143 resumen final............................................................................................ 149 ejercicios.................................................................................................... 151 Evaluación final...................................................................................... 155 Bibliografía............................................................................................... 161
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Introducción
El objetivo de este libro, Los programas CAD-CAM para elaborar documentación técnica, se encuentra principalmente enfocado al desarrollo de dicha actividad con el programa de diseño asistido por ordenador SolidWorks y los diferentes paquetes de software que forman el programa y en los diversos apartados ofreceremos unas pautas marcadas para el aprendizaje del diseño CAD a través de un proceso teórico e interactivo. En la actualidad existen numerosos programas informáticos con aplicaciones CAD-CAMCNC. En este libro nos hemos centrado en el programa SolidWorks y sus respectivas aplicaciones, ya que actualmente es posiblemente el más extendido y habitual en las diversas empresas manufactureras nacionales (otros programas con dichas aplicaciones también muy extendidos en empresas de la actualidad son por ejemplo Autodesk Inventor y Catia). Este libro se corresponde con la RP1 y la RP2 en lo referido a la realización de planos de productos de fabricación mecánica y esquemas de automatización con medios informáticos, por lo tanto entendemos que la mejor forma de aprendizaje para el alumno es que pueda explorar de forma práctica las diversas aplicaciones de los conceptos aprendidos en este libro. La estructura de las lecciones de este libro está pensada para realizar un aprendizaje teórico a la vez que práctico, de modo que le será de importante utilidad al alumno en sus tareas en la diversa actividad industrial en la que desarrolle su carrera profesional (automoción, naval, aeronáutica, energías renovables, calderería, fabricantes de estructuras, aeroespacial, maderera, armamentística, cerámica, etc.). La persona encargada de la elaboración de documentación técnica empleando programas CAD-CAM para fabricación mecánica durante los procesos productivos debe estar familiarizada con los diferentes procesos que describimos a lo largo de este libro. Para ello es aconsejable que el profesional, a partir de sus conocimientos académicos y profesionales, domine las siguientes capacidades y criterios de evaluación: • Realizar dibujos de productos de fabricación mecánica en dos y tres dimensiones, en soporte informático, con un programa de dibujo asistido por ordenador. (CAD-CAM).
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• Seleccionar el sistema de representación gráfica más adecuado para representar la solución elegida. • Preparar los instrumentos de representación y soportes necesarios. • Realizar el dibujo de la solución constructiva adoptada según las normas de representación gráfica. • Identificar la forma, dimensiones (cotas, tolerancias dimensionales, geométricas y superficiales), tratamientos, elementos normalizados y materiales. • Realizar un dibujo completo de manera que permita el desarrollo y construcción del producto de fabricación mecánica. • Proponer posibles mejoras de los útiles y herramientas disponibles. • Realizar los planos de vistas y secciones en CAD. • Acotar, con la simbología correspondiente, los planos de los productos de fabricación mecánica. • Seleccionar correctamente los diferentes tipos de elementos mecánicos normalizados a partir de catálogos comerciales. • Representar correctamente los elementos mecánicos normalizados. • Representar esquemas de automatización, de circuitos neumáticos, hidráulicos y eléctricos. • Identificar los elementos que intervienen en los sistemas de automatización. • Ordenar la información necesaria que aparece en un mismo plano. • Representar de acuerdo con la normativa, los esquemas neumáticos, hidráulicos y eléctricos, que forman parte de la documentación técnica referente a la automatización del producto. • Elaborar programas de control numérico, CNC, para la fabricación de productos de fabricación mecánica en centros de mecanizado, atendiendo al proceso de fabricación, consiguiendo la calidad adecuada y respetando las normas de Prevención de Riesgos Laborales y Medio Ambiente. • Realizar el programa de acuerdo con las especificaciones del manual de programación CNC usado, con la secuenciación y codificación de las operaciones, a partir de los planos del producto de fabricación mecánica. • Introducir los datos de herramientas y los traslados de origen.
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• Introducir los datos tecnológicos en el programa de mecanizado para la optimización del tiempo de mecanizado. • Verificar el programa, en su viabilidad y sintaxis, simulando el mecanizado en ordenador y controlando las normas de Prevención de Riesgos Laborales y Medio Ambiente. • Corregir los errores detectados en la simulación. • Guardar el programa en la estructura de archivos generada. Con el fin de dar pautas para el desempeño de estas actividades se ha elaborado este libro, dividido en dos temas, en los que se hace referencia a la informática de usuario y a la gestión documental. En el primer tema abordaremos de forma clara y concisa las diversas aplicaciones de las que consta el programa CAD SolidWorks para la elaboración de planos de piezas y esquemas de sistemas automáticos. El correcto conocimiento de estas aplicaciones es imprescindible para la realización de las tareas que hemos descrito en esta introducción.
Personal de una oficina técnica revisando planos realizados con el programa CAD SolidWorks como paso previo al proceso de fabricación en taller.
En el segundo tema nos centraremos en los diferentes procesos que se deben realizar durante las tareas que abarcan el diseño de productos y los procesos de fabricación mecánica empleando CAD-CAM. En esta parte le daremos suma importancia a las aplicaciones prácticas de dicha actividad. Para finalizar, en el tercer tema trataremos los diferentes procesos para una correcta realización de programas de mecanizado en CNC. En él explicaremos los procedimientos a seguir y daremos ejemplos prácticos y teóricos para la correcta realización de dicha tarea.
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Unidad
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Elaboración de planos de piezas y esquemas de sistemas automáticos empleando CAD En esta primera parte del manual nos centraremos en la elaboración de piezas y esquemas de sistemas automáticos empleando programas CAD (computer-aided design – diseño asistido por ordenador), así como en el desarrollo de planos de las mismas. Tal y como indicamos en el apartado «Introducción», el programa en el que describiremos la correcta forma de realizar estas tareas será SolidWorks y las diversas aplicaciones que componen este software CAD.
Ejemplo de pieza modelada con el programa de diseño asistido por ordenador SolidWorks
1.1. Configuración de parámetros del programa de diseño utilizado Antes de comenzar debemos tener en cuenta que SolidWorks es un programa de
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diseño 3D paramétrico, cuya función es crear piezas o ensamblajes y obtener los planos correspondientes con poco trabajo. Además, también es posible generar archivos de tipo ACIS, IGES, STL, entre otros, muy útiles para el intercambio de información con programas de CNC, de cálculo por elementos finitos, etc. En este apartado describiremos de forma ordenada y correcta el modo de comenzar a trabajar con el software de diseño CAD SolidWorks, así que definiremos la correcta configuración de los diferentes parámetros con los que cuenta el programa para poder familiarizarnos con el mismo. Una vez que conozcamos los parámetros podremos comenzar con el proceso propio del producto o pieza que pretendamos diseñar. • Ejecutar programa: el primer paso que debemos realizar es el inicio del programa desde nuestro ordenador, por lo tanto debemos hacer doble clic en el acceso directo del programa en nuestro escritorio o en su defecto debemos ir al botón de inicio en la esquina inferior izquierda de la ventana de Windows. Posteriormente debemos hacer clic en «Todos los programas, SolidWorks, SolidWorks», permitiendo que se ejecute la aplicación del programa.
Icono del programa de CAD SolidWorks
Si deseamos salir del programa debemos hacer clic en «Archivo, Salir».
• Crear nueva pieza: cuando se ejecute el programa, si lo deseamos podemos comenzar a trabajar creando una nueva pieza. Para ello debemos seleccionar «Archivo, Abrir y escribir», buscar el nombre del archivo, o en su defecto seleccionar el nombre de archivo en «menú Archivo» de SolidWorks, abriendo el archivo de pieza seleccionado.
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Ventana de creación de nueva pieza
• Abrir pieza existente: con el programa abierto, si lo deseamos podemos comenzar a trabajar con una pieza ya existente. Para ello debemos seleccionar «Archivo, Abrir y Nuevo documento», donde seleccionaremos la pieza. • Guardar pieza: una vez que queramos guardar el archivo o pieza abierta sobre la que hemos trabajado con el programa, debemos hacer clic en «Archivo, Guardar», que se encuentra situado en la barra de herramientas estándar del programa. Si en vez de guardar el archivo de forma tradicional preferimos guardar una copia y mantener la versión previa, debemos hacer clic en «Archivo, Guardar como» y asignarle a dicha copia un nombre nuevo de archivo; realizando esta acción comprobaremos que se conserva el archivo original y además tendremos la copia dicho archivo en otro documento con un nombre diferente.
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Ventana de «Guardar como»
• Barras de herramientas: el programa incluye diversas barras de herramientas que son totalmente necesarias para trabajar con los documentos que generemos con SolidWorks, y puede configurarse su ubicación o visibilidad según el tipo de documento que tengamos abierto (piezas, ensamblajes o dibujos). Las barras de herramientas del programa se encuentran situadas de izquierda a derecha ocupando la parte superior del programa para que puedan ser visibles para los usuarios del programa indicándonos el nombre de la función de cada componente al lado de su correspondiente icono.
Barra de herramientas de SolidWorks
• Ventanas de trabajo: el programa cuenta con ventanas que constan de dos paneles.
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La función principal del primero es la de proporcionar una representación gráfica del modelo con el que nos encontremos trabajando, mientras que la otra ventana nos proporciona datos no gráficos como por ejemplo las propiedades del componente, diversas características o piezas que forman el ensamblaje que tengamos abierto, etc.
Pantallazo de SolidWorks en el que podemos comprobar las dos ventanas de las que consta el programa
• Botones del ratón: para poder manejar de forma correcta el programa debemos tener en cuenta que los tres botones del ratón tienen asignadas órdenes específicas para trabajar con SolidWorks. Funcionando de las siguientes maneras: o
Botón izquierdo: su función es la de seleccionar elementos de menú, entidades en la zona de gráficos y objetos en el gestor de diseño.
o
Botón derecho: su función es la de mostrar los menús contextuales del programa.
o
Botón central: su función es la de girar, trasladar y acercar/alejar la visualización del componente diseñado obteniendo una vista panorámica del mismo.
Un correcto manejo de estos parámetros básicos es clave para una correcta comprensión y uso del programa SolidWorks. En los siguientes apartados describiremos partes más complejas como las diferentes aplicaciones de las que dispone y la forma más sencilla además de rápida para realizar diseños y planos.
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A continuación mostramos diversos ejemplos de componentes modelados con el software SolidWorks realizados en diversos sectores industriales:
Componente mecánico con diversas partes móviles adaptables modelado con el software SolidWorks (prototipo diseñado para la industria armamentística cuya función es la de servir para apoyo de rifles)
Embarcación de recreo modelada con el software SolidWorks (embarcación diseñada según las indicaciones y necesidades del armador)
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Marquesina de parada de autobús modelada con el software SolidWorks (diseño según especificaciones técnicas de la Diputación Provincial de Pontevedra)
Puente grúa para almacén modelado con el software SolidWorks (diseño según dimensiones del almacén y pesos de la carga a transportar)
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Estructura metálica de nave industrial modelada con el software SolidWorks (diseño según normativas urbanísticas, código técnico de edificación e indicaciones del cliente)
1.2. Captura de componentes en las librerías del programa de diseño utilizado Como en prácticamente todos los programas actuales de diseño asistido por ordenador (CAD), SolidWorks también cuenta entre sus funciones con una librería de objetos 3D (en SolidWorks se denomina «biblioteca de diseño»), cuya principal función es la de incluir por defecto objetos ya prediseñados que puedan ser útiles para facilitarnos nuestras labores de diseño. También nos permite la opción de almacenar nuestros propios objetos y piezas en dicha biblioteca, guardándolos para un futuro uso Además de la propia aplicación de biblioteca de diseño que incluye el programa por defecto, también existen numerosas páginas web que incluyen miles de piezas que podremos incluir en nuestra biblioteca. • Activación de la biblioteca de diseño: para poder activar y utilizar la biblioteca de diseño en el programa, debemos hacer clic en el icono («biblioteca de diseño»), que se encuentra en el panel de tareas, el cual nos ubicará en nuestro ordenador una carpeta donde poder almacenar las piezas y elementos reutilizables que nosotros consideremos oportunos. • Herramientas de la biblioteca de diseño: para una correcta utilización de la biblioteca de diseño debemos dominar y utilizar correctamente las siguientes
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herramientas y operaciones, que nos permiten seleccionar, almacenar o configurar de forma sencilla nuestros documentos y piezas: Icono
Denominación
Utilidad
Agregar a la biblioteca
Nos permite agregar la pieza o ensamblaje que consideremos oportuno a nuestra biblioteca
Agregar ubicación de archivo
Nos permite agregar el archivo seleccionado a una carpeta ya existente
Crear nueva carpeta
Nos permite crear una nueva carpeta en el disco duro perteneciente a la biblioteca de diseño
Actualizar
Actualiza todos los componentes que están alojados en la biblioteca de diseño
• Tipos de bibliotecas de diseño de SolidWorks: aparte de la propia «biblioteca de diseño», SolidWorks también cuenta con otras aplicaciones de uso similar: Icono
Denominación
Utilidad
Biblioteca de diseño
Nos permite el acceso a subcarpetas creadas por el programa donde almacena elementos y piezas reutilizables, permitiéndonos agregar las nuevas carpetas y elementos que nosotros consideremos oportuno
Toolbox
Biblioteca de diseño específica de tornillería. En el examinador de programa debemos reinstalarlo para poder acceder a sus funciones
3D ContentCentral
Nos permite el acceso a modelos en 3D de proveedores o usuarios del programa que comparten sus diseños y piezas
Contenido de SolidWorks
Aplicación adicional de SolidWorks para bloques, Routing, CircuitWorks y piezas soldadas
En definitiva, un correcto uso de la biblioteca de diseño de SolidWorks nos ayuda a agilizar el proceso de diseño, ahorrando tiempo con un consecuente aumento de la productividad. Es por ello que es muy recomendable un correcto desarrollo y utilización de las herramientas anteriormente vistas, ya que nos ayudarán a reducir repeticiones
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durante el proceso de diseño, errores e inconsistencias, además de eliminar la duplicación de archivos y de permitir a la empresa estandarizar y unificar sus datos y archivos de SolidWorks.
1.3. Creación componentes
e
incorporación
de
nuevos
A continuación describiremos detalladamente cómo realizar nuevos componentes y piezas con el programa SolidWorks. La creación de esta pieza nos servirá para conocer herramientas básicas de croquizado (dibujo en 2D) y modelado (dibujo en 3D con sólidos). • Parte 1 (creación de nueva pieza): creamos en un croquis el dibujo en 3D de la pieza a que vamos a desarrollar. Realizamos el croquis sobre el plano en planta donde dibujamos una pieza sencilla formada por un arco, una línea vertical y una línea tangente, en la cual determinamos la simetría añadiendo una línea constructiva que pase por el centro del componente y el punto medio del lado opuesto. Una vez dibujada la extruimos con una altura de 10 mm.
Croquizado y extrusión de la pieza
• Parte 2 (creación de nueva pieza): procedemos a dibujar un croquis sobre la cara inferior de la pieza ya extruida, dibujamos un cuadrado con las dimensiones indicadas en la imagen, asegurándonos de que las dos líneas verticales son colineales con la cara del sólido ya existente. Una vez dibujado el croquis lo extruimos con una altura de 5 mm.
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