UNIDAD 1
INTRODUCCIÓN A LA MANUFACTURA AVANZADA
ÍNDICE 1. Introducción a la manufactura avanzada ¿Qué es manufactura? Ingeniería de manufactura
2. Planificación de Procesos 3. Metodología de desarrollo 4. Criterios de aplicación Restricciones geométricas Restricciones tecnológicas Restricciones económicas
5. CAPP 6. Introducción al Control numérico
¿QUÉ ES MANUFACTURA?
Consiste en la transformación de materias primas en productos manufacturados, productos elaborados o productos terminados para su distribución y consumo.
Es más comúnmente aplicado a la producción industrial, en la cual las materias primas son transformadas en bienes terminados a gran escala y con la utilización de máquinas y fuentes de energía más allá del simple trabajo humano
La fabricación moderna incluye todos los procesos intermedios requeridos para la producción y la integración de los componentes de un producto. El sector industrial está estrechamente relacionado con la ingeniería y el diseño industrial.
LA MANUFACTURA Y LA INDUSTRIA
Los ingenieros de manufactura están involucrados en el proceso de fabricación desde la planificación hasta el empaque de productos terminados.
Examinan el flujo y proceso de manufactura, en busca de formas de agilizar la producción, mejorar las entregas y reducir los costos.
INGENIERÍA DE MANUFACTURA
Los ingenieros de manufactura utilizan herramientas tales como robots, controladores programables y numéricos, y sistemas de visión para perfeccionar las instalaciones de ensamble, empaque y despacho. Un ingeniero de manufactura suele trabajar con un prototipo, comúnmente creado electrónicamente con computadoras, para planificar el proceso de fabricación final. La labor de un ingeniero de manufactura consiste en descubrir métodos y sistemas para producir un producto de forma más eficiente y económica a fin de ofrecer una ventaja competitiva para el producto final.
INTRODUCCIÓN A LA MANUFACTURA AVANZADA
GENERALIDADES Planificación de procesos Establecimiento y secuenciación de procesos, máquinas, herramientas y parámetros de corte para la fabricación de componentes a partir de preformas (seleccionar la adecuada en función de la forma de la pieza y la importancia de la serie estándar o proceso de conformación o deformación) • Especificaciones de pieza Plano (formas, dimensiones, tolerancias (dimensionales, de forma y acabado superficial)); Material; Tratamientos térmicos y superficiales; Superficies de referencia • Importancia de la serie Cantidad de piezas; nº de lotes/año; plazo de entrega ritmo de producción y costo admisible • Posibilidades y limitaciones del equipamiento disponible: M-H, htas, elementos de medida...
GENERALIDADES Planificación de procesos Plan de procesos u Hoja de procesos ( hoja de ruta, hoja de operaciones... )
• Describe la secuencia del proceso seleccionado con mayor detalle que el diagrama de proceso • Especifica la secuencia, paso a paso, de operaciones fabricación, detallando: •Estaciones de trabajo, •Herramientas • Actividades de control de calidad •Parámetros de proceso, • Montajes de pieza,
•Planos soporte de fabricación y ensamblaje (planos de ingeniería sólo definen las piezas)... Fundamental para definir y gestionar los recursos de fabricación
GENERALIDADES
•
Planificación de procesos
Se divide en: –
Fases operaciones realizadas en una misma Máquina Herramienta10,20,30...
–
Subfases operaciones realizadas en una misma sujeción de pieza con un Utillaje A,B,C...
–
Operación operaciones realizadas con una misma Herramienta / ciclo de mecanizado a,b,c...
METODOLOGÍA PARA MANUFACTURAR UNA PIEZA 1. Dibujo e información de la pieza 2. Estudio de la información geométrica del plano
3. Determinación de los volúmenes de mecanizado 4. Determinación de los procesos y secuencia de mecanizado 5. Selección de superficies de referencia y sujeción 6. Selección de Máquina Herramienta 7. Determinación de las operaciones; Selección de htas y condiciones de corte
8. Elección y/o diseño del utillaje 9. Confección del programa máquina 10. Diseño del proceso de inspección y transporte 11. Determinación de tiempos y costes de fabricación
EJEMPLO 1. Dibujo e información de la pieza
• Material: Acero fundido R = 55 kg/mm2 ; HB = 200 • Creces: 5 mm en superficies a mecanizar ; Agujeros ciegos • Especificaciones: Ra = 3.2 en sup a mecanizar, salvo indicación contraria
METODOLOGÍA 1. Dibujo e información de la pieza 2. Estudio de la información geométrica del plano • Numeración de superficies a mecanizar • Análisis de especificaciones superficiales • Análisis de tolerancias dimensionales Cuadro resumen • Análisis de tolerancias de forma y posición • Análisis de material y forma de partida • Análisis del resto de especificaciones
3. Determinación de los volúmenes de mecanizado 4. Determinación de los procesos y secuencia de mecanizado 5. Selección de superficies de referencia y sujeción 6. Selección de Máquina Herramienta 7. Determinación de las operaciones; Selección de htas y condiciones de corte
8. Elección y/o diseño del utillaje 9. Confección del programa máquina 10. Diseño del proceso de inspección y transporte 11. Determinación de tiempos y costes de fabricación
EJEMPLO 2. Estudio de la información geométrica del plano
4 57
10
6
8
9
9
9
3 2
1
EJEMPLO 2.Estudio de la información geométrica del plano • Las superficies son básicamente cilindros y planos de una pieza de revolución • Creces: 5 mm y agujeros ciegos coaxialidad
paralelismo
localización de centro
METODOLOGÍA 1. Dibujo e información de la pieza 2. Estudio de la información geométrica del plano
3. Determinación de los volúmenes de mecanizado • Determinación del material a mecanizar • División en subvolúmenes Diagrama Procesos de Desbaste • Asociación de superficies • Procesos de eliminación de volúmenes 4. Determinación de los procesos y secuencia de mecanizado
5. Selección de superficies de referencia y sujeción 6. Selección de Máquina Herramienta 7. Determinación de las operaciones; Selección de htas y condiciones de corte 8. Elección y/o diseño del utillaje 9. Confección del programa máquina 10. Diseño del proceso de inspección y transporte 11. Determinación de tiempos y costes de fabricación
EJEMPLO 3.Determinación de los volúmenes de mecanizado • Restricciones tecnológicas por la interferencia de volúmenes de mecanizado evitar corte interrumpido; mejorar entrada de hta. • Restricciones económicas reducir trayectorias; procesos más convenientes
METODOLOGÍA 1. Dibujo e información de la pieza 2. Estudio de la información geométrica del plano
3. Determinación de los volúmenes de mecanizado 4. Determinación de los procesos y secuencia de mecanizado • Procesos que satisfacen requisitos de acabado • Inventario de operaciones a realizar Diagrama Fases y • Determinación de relaciones de precedencia Subfases • Determinación de fases y subfases agrupar por M-H y sujeción
5. Selección de superficies de referencia y sujeción 6. Selección de Máquina Herramienta 7. Determinación de las operaciones; Selección de htas y condiciones de corte 8. Elección y/o diseño del utillaje 9. Confección del programa máquina 10. Diseño del proceso de inspección y transporte 11. Determinación de tiempos y costes de fabricación
EJEMPLO 4.Determinación de los procesos y secuencia de mecanizado • Procesos más adecuados para tolerancias y acabado superficial... • Ajustarse al equipamiento disponible...
EJEMPLO • Operaciones agrupadas por M-H fases, ordenadas por restricciones tecnológicas (corte interrumpido, sup. de referencia...) • Selección de M-H según coste (hora taladro < hora fresadora)
EJEMPLO 4.Determinación de los procesos y secuencia de mecanizado
• Operaciones agrupadas por sujeciones o montajes cuidando: accesibilidad de htas, huellas de perros de arrastre, sup. de referencia por donde posicionar la pieza (en la 2ª subfase deben ser sup. mecanizadas)
METODOLOGÍA 1. Dibujo e información de la pieza 2. Estudio de la información geométrica del plano 3. Determinación de los volúmenes de mecanizado 4. Determinación de los procesos y secuencia de mecanizado 5. Selección de superficies de referencia y sujeción • Posicionamiento de la pieza en la máquina simplificar cambios de trayectoria e inercias • Características de unión pieza / utillaje • Condiciones de isoestaticidad (planificación de utillaje, axiomas y reglas de diseño) • Simbolización de posicionamiento y sujeción 6. Selección de Máquina Herramienta • Tamaño de lote nivel de automatización • Requerimientos del equipamiento • Disponibilidad, subcontratación o adquisición 7. Determinación de las operaciones; Selección de htas y condiciones de corte
8. Elección y/o diseño del utillaje 9. Confección del programa máquina 10. Diseño del proceso de inspección y transporte 11. Determinación de tiempos y costes de fabricación
DESARROLLO DE PLAN DE FABRICACIÓN Plan de fabricación 1) Determinación del Proceso: • formas tipo de mecanizado • dimensiones capacidad de máquina • material potencia de máquina; tipo de mecanizado; htas; cond. corte • tratamientos térmicos procesos intermedios, precisan un posterior acabado • tratamientos superficiales al final del proceso 2) Determinación de las Fases: • tolerancias (dimensionales, de forma y posición, acabado superficial) tipos de mecanizado necesarios; precisión de posicionamiento y repetibilidad – Ejemplo: agujeros de precisión: fundición taladrado escariado rect. interior honeado • importancia de la serie, equipamiento disponible selección y secuenciación de máquinas 3) Determinación de las Subfases: • tolerancias de forma y posición, superficies de referencia diseño y secuenciación de posicionamientos y sujeciones de la pieza ( planificación de los utillajes) – Sup. de partida: elegir mejor sup. mecanizadas, las bilimitadas (190.3) de menor tolerancia • importancia de la serie, equipamiento disponible selección y diseño de utillajes – Objetivos: reducir tiempo no productivo nº de utillajes, nº de atadas pieza, cambios de hta, nº pasadas y longitud de trayectorias de hta...
DESARROLLO DEL PLAN DE FABRICACIÓN Plan de fabricación 4) Determinación de Operaciones: • restricciones geométricas, tecnológicas, económicas diseño y secuenciación de operaciones; ciclos fijos / paramétricos del control • análisis de movimientos necesarios tipo de control de máquina para trayectorias de mecanizado • rugosidad, operatividad ( tiempo o coste de mecanizado) selección htas y ajuste de condiciones de mecanizado para cada tipo de pasada (desbaste, semiacabado, acabado) ap, ae, f, Vc, n, refrigerante, sistema de sujeción hta... 5) Obtención de programa CNC • localización de htas en la torreta; reglaje de htas; configuración de orígenes de pieza; cálculo de trayectorias de mecanizado; simulación y postprocesado • selección del sistema de programación: aprendizaje, ISO, WOP, CAM 6) Mecanización y verificación • selección de los elementos de medición y verificación • chequeo del proceso definido (calidad, tiempos, costes) y realimentación antes de aplicar a toda la serie
METODOLOGÍA Secuencia de aplicación (Boothroy)
CRITERIOS Secuencias habituales por gamas tipo de piezas • Piezas rígidas desbaste acabado sup. frágiles (roscado) (ranurado antes) • Piezas con grandes sobreespesores desbaste tratamiento de estabilización de tensiones internas acabado • Piezas semirrígidas no deformar la pieza cuidar elección puntos de apoyo, limitar esfuerzos de sujeción, colocar soportes que limiten la deformación, limitar esfuerzos de corte • Piezas deformables inmovilizar parte flexible; soportes; limitar esfuerzos de corte • Piezas templadas (R100daN/mm2) desbaste acabado sup. poco exactas (IT>9) temple y revenido semiacabado y acabado por arranque de viruta • Piezas templadas (R>100daN/mm2) desbaste acabado sup. poco exactas temple y revenido acabado por rectificado • Piezas cementadas con recubrimiento dejar menos tolerancia o dimensión si hay tratamiento superficial de recubrimiento
Los procesos de mecanizado precisan Viruta mínima dejar creces para el proceso posterior
CRITERIOS Restricciones Geométricas y Dimensionales (impuestas por el plano de la pieza) Formas típicas de superficies simples o más complejas de mecanizar en distintos tipos de M-H características de mecanizado (“features”) Reconocimiento automático/interactivo de características a partir de geometría en CAD 2D/3D. Características típicas simples en piezas rotacionales
CRITERIOS
CRITERIOS
Características típicas simples en piezas no rotacionales
• Agujeros: pasantes / ciegos; roscados; aborcardados / avellanados • Ranuras: pasantes / ciegas; abiertas / cerradas • Cajeras ; Rebajes ; Redondeos, chaflanes
CRITERIOS
Características típicas simples en piezas no rotacionales
• Agujeros: pasantes / ciegos; roscados; aborcardados / avellanados • Ranuras: pasantes / ciegas; abiertas / cerradas • Cajeras ; Rebajes ; Redondeos, chaflanes
CRITERIOS
Características típicas más complejas en piezas no rotacionales
CRITERIOS Restricciones Geométricas y Dimensionales (impuestas por el plano de la pieza) Tolerancias de forma y posición secuenciación del mecanizado: superficies de referencia se mecanizan 1º • Paralelismo, Perpendicularidad 1º mecanizar la de referencia para que sirva de apoyo o bien mecanizar ambas en un mismo montaje (sujeción de pieza)
CRITERIOS Restricciones Geométricas y Dimensionales (impuestas por el plano de la pieza) Tolerancias de forma y posición secuenciación del mecanizado: superficies de referencia se mecanizan 1º • Coaxialidad mecanizado entre puntos previo para tener eje de referencia en las fases y subfases • Planitud cuidar las deformaciones por tensiones internas
CRITERIOS Restricciones Geométricas y Dimensionales (impuestas por el plano de la pieza) Tolerancias dimensionales y rugosidad secuenciación de procesos de mecanizado • Caracterización de procesos de mecanizado por valores típicos de tolerancias y acabados superficiales
CRITERIOS Restricciones Geométricas y Dimensionales (impuestas por el plano de la pieza) Tolerancias dimensionales y rugosidad secuenciación de procesos de mecanizado • Caracterización de procesos de mecanizado por valores típicos de tolerancias y acabados superficiales
CRITERIOS Restricciones Geométricas y Dimensionales (impuestas por el plano de la pieza)
Tolerancias dimensionales y rugosidad secuenciación de procesos de mecanizado
• Existe correlación entre tolerancia dimensional y rugosidad • Existe correlación entre tolerancia dimensional y tamaño de pieza
CRITERIOS Restricciones Geométricas y Dimensionales (impuestas por el plano de la pieza) Tolerancias dimensionales y rugosidad secuenciación de procesos de mecanizado • Cuidar la acumulación de tolerancias al secuenciar y definir las operaciones y las superficies de
referencia cuidar la acotación (líneas base de cotas)
CRITERIOS Restricciones Geométricas y Dimensionales (impuestas por el plano de la pieza)
• cuadro de tolerancias
-Transformar previamente las dimensiones para que tengan tolerancias bilaterales () -Las dimensiones se suman o restan, pero las tolerancias siempre suman -Se van calculando las dimensiones resultantes y el stock por mecanizar -Se comparan los resultados finales con los requerimientos del plano
CRITERIOS
-Ajustar tolerancias de mecanizado para lograr los requerimientos del plano de la pieza
CRITERIOS Restricciones Tecnológicas (impuestas por los medios de fabricación) secuenciación de operaciones Se mecanizan al final las operaciones que generan: secciones débiles; posibles flexiones de pieza y desviaciones de hta.
CRITERIOS Restricciones Tecnológicas (impuestas por los medios de fabricación) secuenciación de operaciones Se mecanizan al final las operaciones que generan superficies frágiles como las roscas, protegiéndolas en caso si es imposible cumplir esta regla. Tratamientos superficiales tras mecanizado
CRITERIOS Restricciones Tecnológicas (impuestas por los medios de fabricación) secuenciación de operaciones Mandrinados secantes 1º el más exacto o largo. Evitar corte interrumpido. Mecanizado de agujeros: Centrado Taladrado Abocardado / avellanado Roscado // Acabado más preciso
CRITERIOS Restricciones Tecnológicas (impuestas por los medios de fabricación) secuenciación de operaciones Evitar rebabas chaflanes al final Operaciones de precisión tras las operaciones que pueden provocar deformaciones de pieza y tratamientos térmicos.
CRITERIOS Restricciones Económicas (reducción de costes) • Incremento del coste con: tolerancias, acabado superficial, relación L/D y posicionamiento de agujeros
CRITERIOS Restricciones Económicas (reducción de costes) • Reducción de tiempos improductivos acortar trayectorias; asociar htas; ajustar parámetros de corte • Reducción de htas y utillajes
CRITERIOS Restricciones Económicas (reducción de costes) DFM: Diseño para Fabricación consideraciones en el diseño de pieza para reducir costes de fabricación • Seleccionar los materiales más adecuados mejor maquinabilidad / menor coste / preforma estándar • Estandarizar diseños, características de mecanizado (taladros, ranuras, redondeos…) nº herramientas - familias de piezas CAPP variacional (hoja de procesos para familias de piezas) • Reducir máquinas necesarias (M-H estándar si es posible) nº fases ( manipulación y WIP) • Elegir adecuadamente la preforma - mínimo coste de producción - ajustar dimensiones para material sobrante (pasada mínima)
CRITERIOS Restricciones Económicas (reducción de costes) DFM: Diseño para Fabricación consideraciones en el diseño de pieza para reducir costes de fabricación • Simplificar el diseño - Reducir o eliminar operaciones de mecanizado complejas y secundarias (tratamientos, acabados) - sup a mecanizar y disponerlas para nº subfases al no tener que mecanizar sup inaccesibles en una sujeción (por ejemplo, torneado acabando la pieza con un tronzado) - Simplificar las características de mecanizado facilidad de mecanizado, accesibilidad de htas
CRITERIOS Restricciones Económicas (reducción de costes) DFM: Diseño para Fabricación consideraciones en el diseño de pieza para reducir costes de fabricación • Simplificar el diseño - Diseños rígidos para soportar las fuerzas de mecanizado - Utilizar las máximas tolerancias y acabados superficiales posibles - Ranuras de salida de muela, ranuras de salida de rosca, evitar aristas vivas... - Agujeros y mandrinados cilíndricos, con baja relación L/D, paralelos a ejes de máquina, y de fácil entrada de hta
CAPP CAPP: Computer Aided Process Planning
Definición: Determinación sistemática de métodos de fabricación y detalles de operación por los que las piezas pueden fabricarse económica y eficientemente desde materias primas a productos acabados. [Cornelius Leondes] Proceso tradicional (manual) consume mucho tiempo y esfuerzo y no es tan eficiente (excesiva dependencia del planificador de procesos de fabricación) CAPP especialmente adecuado para producción discreta de alta variedad y bajo volumen de producción por múltiples procesos de fabricación y ensamblaje
proporciona múltiples decisiones e información alternativa, ajustándose a estándares de fábrica debe facilitar la integración y coordinación de actividades de producción: diseño, planificación de producción, planificación de recursos, fabricación y control enlace entre CAD y CAM integración con MES (Manufacturing Execution System), CAD/CAM y MRP/ERP
las aplicaciones industriales todavía no tienen todo el soporte computacional, htas y funciones citadas
CAPP CAPP: Computer Aided Process Planning
Beneficios: • Tangibles: (estudio en 20 grandes compañías) – 58% reducción de esfuerzos de planificación – 10% ahorro en mano de obra directa – 4% ahorro en material – 10% ahorro en desechos – 12% ahorro en herramental – 6% reducción de inventario en curso (WIP)
• Intangibles: – Reducción del tiempo de planificación y ciclo de producción respuesta más rápida a cambios ingenieriles – Mayor consistencia del plan de procesos; acceso a información actualizada en una base de datos central – Mejores procedimientos de estimación de costes y menores errores de cálculo – Planes de proceso más completos y detallados – Mejor planificación de la producción y utilización de la capacidad – Mejor capacidad para introducir nuevas tecnologías de fabricación y actualizar rápidamente los planes de procesos para usar la tecnología mejorada
CAPP Planificación manual
Process Planner
Engineering Drawing
• Retrieves PP Document • Modifies PP to Match a Specific Part • Make a Copy for Part Programmer • Filed New PP Document
Part Programmer NC Program
• Retrieves PP Document • Modifies PP to Match a Specific Part • Make a Copy for Part Programmer • Filed New PP Document
Filed Process Planning Based on Coding & Classification of Parts
CAPP Planificación semiautomática Process Planning System
Engineering Drawing Coding or Other Form of Input
Process Planner Process Production Planner • Scheduling • MRP
Industrial Engineer • Time Standard • Operation Instruction • Layout
Part Programmer
NC Processor and Post-processor
NC Program
CAPP Planificación automática
Classification Module
Surface Identification Module Material Selection Module
Parameter Optimization Module
Machinability DB Standard Time DB Standard Cost DB
Process Selection Module
CAD DB Process Capability DB Machine DB
Machine Selection Module
Tool DB
Tool Selection Module
Material DB
Fixture Selection Module
Fixture DB
End Effector Selection Module Cutter Path Generation Module
Intermediate Surface Generation Module
End Effector DB Process Plan DB
System Maintenance Module
CONTROL NUMÉRICO Y SU APLICACIÓN
Un centro de mecanizado, es una máquina de gran automatización que es capaz de realizar diversas operaciones de maquinado dentro de una instalación bajo CNC (Control Numérico Computarizado) con una mínima intervención humana. Las operaciones más comunes en las que se usa esta máquina son aquellas que usan herramientas de cortes rotatorios como brocas y cortadores. A comparación de este sistema de mecanizado con los sistemas más tradicionales, se destaca como ventaja, la velocidad de producción y como desventaja, la inversión necesaria.
Estos centros de mecanizados cuentan con las siguientes características.
La versatilidad y flexibilidad que debido al alto grado de automatización, las hace capaces de ejecutar diferentes operaciones de mecanizado en una sola pieza. Brinda un buen acabado superficial, lo que las hace indicadas para dar la forma final a las piezas que se fabrican. Estas máquinas son reconfigurables, ya que pueden cambiar rápidamente de configuración para realizar diversas tareas de mecanizado sobre una pieza. Uniformidad en la producción, condición necesaria para la producciones en serie. Alta velocidad de producción, debido a que realizan una gran cantidad de operaciones de una forma automática sobre la pieza trabajada. Algunas de las virtudes que demuestran la flexibilidad y reconfigurabilidad mencionadas son, el cambio automático de herramientas, las utilizaciones de paletas transportadoras y el posicionado automático de la pieza de trabajo.
COMPARACIÓN MAQUINADO CONVENCIONAL VS CNC Máquina convencional
Máquina con CNC
Es necesario que constantemente se consulte el plano
No es necesario consultar apenas el plano
Un operario solo puede manejar una maquina Un operario puede manejar varias maquinas
El operador tiene el control de avance, profundidad, etc.
El programa tiene todo el control de los parámetros de cortes
Existen mecanizados imposibles
Posible de realizar cualquier tipo de mecanizado
Bajo costo
El costo de máquina, accesorios y mantenimiento es muy elevado
Posible manejo de pequeños volúmenes de producción
Se necesita mantener grandes volúmenes de producción para reducir los costos
