07 proceso de manufactura

7 . PROCESO DE MANUFACTURACIÓN

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Proceso de Manufacturación En esta unidad se revisa los componentes más importantes del proceso CAM y su integración con el CAD, con especial interés en la programación de Control Numérico.

1. Introducción

2. Ciclo de producción

3. Sistemas de fabricación

4. Proceso de fabricación

5. Requerimientos para la integración

6. Planificación de procesos

7. Programación en la generación de piezas

1. Introducción Meta: Convertir ideas en productos económicos y fiables.

El diseño determina la apariencia, funcionalidad y además la fabricación.

Relación diseño-fabricación:

• Cambios en el diseño repercuten en la fabricación (incremento de coste)

Diseño supone hasta 80% de recursos y coste.

Desarrollo:

• Diseño: Tecnología y herramientas de diseño(CAD) • Fabricación: Máquinas de Control Numérico

Automatización depende de la integración CAD/CAM

Tecnologías y desarrollos distintos han confluido en el proceso de integración CAD/CAM

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Figura 7-1: Relación entre diseño y fabricación

2. Ciclo de producción Pasos conversión información diseño en producto:

1- Clasificación e identificación de partes: Clasificación y codificación para optimizar gestión. Tecnología de grupos (OPTIZ, CODE, KK-3, MICLASS) aplicada a diseño de piezas y a planificación de procesos.

2- Planificación de procesos: • Identificación de la secuencia de procesos. • Planificar y/o ordenar compra de material. • Diseño y adquisición de herramientas. • Planificación producción e inspección.

3- Adquisición de nuevas herramientas: Para que estén disponibles para la fabricación.

4- Planificación y compra de material: Asegurar que lista de materiales (etapa de diseño) este en stock (MRPII sistema gestión recursos materiales).

5- Programación Control Numérico: Generación programas N.C.. Integración CAD/CAM.

6- Planificación producción: • Donde se fabrican las piezas • Disponibilidad de materias primas • Herramientas

7- Fabricación: Según tolerancias y requerimientos (material, acabado)

8- Inspección: Control de calidad. Se usan técnicas de control estadístico • Interno (empresa) • Externo (cliente)

9- Otras actividades: Ensamblaje y/o distribución


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3. Sistemas de fabricación Combinación de recursos materiales (materia prima y herramientas) y humanos condicionados por requerimientos de diseño.

Clasificación • Continuos (transformación) • Discretos (ensamblado)

Evolución hacia sistemas cada vez más flexibles

Tipos: 1-Linea de transferencia: Volumen de producción grande, piezas idénticas, inflexible. 2-Sistema de fabricación especial Similar a 1 con menor volumen de producción y cierto grado de

flexibilidad 3-Sistemas de fabricación flexibles: (FMS) Medio volumen de fabricación y flexibilidad. La mayoría de las funciones

del sistema están asistidas por ordenador (control máquinas, gestión material, planificación producción)

4-Celula de fabricación: Muy flexible, máquinas completamente automáticas y robots 5-Stand-alone y máquinas de C.N.: Los más flexibles, poca producción, (piezas individuales), se adaptan a

cambios en el diseño automáticamente.

Adaptar volumen y flexibilidad a necesidades producción

Figura 7-2: Tipos de sistemas de fabricación


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4. Proceso de Fabricación “Design for manufacturing”

Tener en cuenta en etapa diseño aspectos de fabricación

Tipos procesos de fabricación: (materia prima → producto)

a) Eliminación de material: metales, plásticos. Mecánica, térmica, química y electroquímica.

b) Formación de material: metales, plásticos, cerámica Utilización de moldes.

c) Deformación: metales. Forja, plegado,

d) Unión de material: metales. Soldadura, pegado.

Figura 7-3: Diseñar para fabricar

5. Requerimientos para la integración Integración CAD/CAM → CIM

Principal Objetivo CIM → B.D. integrada para soportar el proceso de diseño y fabricación en el ciclo de producción

Tecnologías relacionadas con la B.D. central: CAD, CAM, FMS, gestión de producción y ensamblado automático.

Problemas asociados a integración CAD/CAM:

• Tecnología Hw y Sw (tiempos de respuesta)

• Tipos de datos diferentes

∗ BD relacional en gestión producción ∗ BD jerárquica en CAD

• Aplicaciones desarrolladas con diferentes lenguajes

∗ Gestión de producción → Cobol, Basic ∗ Diseño → C, Fortram

Integración se prevé como el futuro y se esta trabajando en mejorarla


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Importante utilizar información CAD para programación NC Tecnología CAD/CAM genera tres tipos de dibujos:

• Dibujos de diseño: generales (ensamblado)

• Dibujos detallados: componente, tolerancias, acabado

• Dibujos de programación NC: generación a partir de dibujos detallados, geometría más requerimientos de mecanizado. Organizado en capas.

Consideraciones utilización de dibujos CAD para NC

1. Exactitud datos numéricos: representación, manipulación 2. Especificación tolerancias 3. Separación de las anotaciones y geometría en capas 4. Uso de estructura de capas estándar 5. Concordancia entre precisión diseño y de las máquinas 6. Evitar entidades duplicadas y solapadas 7. Especificar requerimientos dimensiones (2D, 3D) 8. Introducción entidades en orden para trayectoria de herramienta

(semiautomático)

6. Planificación de procesos Convertir datos de diseño en instrucciones de fabricación requeridas para convertir materia prima en pieza terminada.

Evaluar especificaciones de diseño: geometría, dimensiones y tolerancias, acabado para..

Generar plan de procesos = secuencia de operaciones:

• Planificación de cortes sobre piezas • Preparación de tocho • Velocidades • Herramientas • Ensamblado • Estimación tiempos • Estimación costes

Conexión entre departamentos ingeniería y producción.

Similar al diseño conceptual de la etapa de diseño.

2 niveles de planificación

• Alto nivel: Identificar elementos a mecanizar (superficies), agruparlos, ordenar grupos tiempo, herramientas para cada grupo.

• Bajo nivel: Detallar pasos alto nivel; máquinas, avance, velocidad, anclajes, coste, tiempo estimado.


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CAPP Computer Aided Process Planning

• Manual • CAPP variante • CAPP generativa

Manual

Basada en experiencia y conocimiento proceso producción. Pasos:

1. Identificación estructura básica y dificultades potenciales de fabricación (tipos de anclajes, etc.)

2. Determinación envoltura pieza 3. Elección tocho óptimo (¼” > pieza). 4. Identificación features pieza 5. Elección método preparación tocho (grafo de preparación) 6. Consideración de métodos posibles para generar cada elemento.

Ordenación por preferencias (coste, precisión, seguridad, volumen producción, etc.).

7. Generación plan considerando interacción entre elementos. Precondiciones (datums y anclajes) y postcondiciones. Grafo de interacción.

8. Integración del grafo de preparación con el grafo de interacción: grafo de planificación.

9. Chequeo del plan. 10. Elaboración del plan de procesos. Detalles bajo nivel (materiales,

velocidades, costes, tiempos, etc.).

Figura 7-4: Formas de tocho estándar


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Figura 7-5: Ejemplos de ‘features’ de fabricación

Figura 7-6: Ejemplos de ‘subfeatures’ de fabricación


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Figura 7-7: Grafo de preparación

Figura 7-8: Grafo de interacción


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Figura 7-9: Grafo de planificación

Figura 7-9: Plan de procesos

CAPP Variante

Método manual ineficaz.

Beneficios CAPP: Automatización, almacenamiento y control informático (creación y modificación).

CAPP variante extensión de manual asistida por ordenador. Nuevos planes se obtienen editando los anteriores.


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Componentes:

1. Codificación y clasificación: Tecnología de grupos. Familia = grupo piezas con planes similares.

2. Creación y mantenimiento de la BD:

• Patrones de trabajo: relacionan planes globales con planes específicos.

• Documentación: descripción estándar de los planes.

• Datos fabricación: herramientas, anclajes, etc..

• Datos sintéticos: costes y tiempos.

3. Procesador lógico: Genera planes. Asegura que diferentes personas construyan planes idénticos con la ayuda del ordenador, Alto y bajo nivel.

4. Producción de documentación:

• Hoja de métodos. • Hoja de ruta. • Hoja de herramientas.

5. Mantenimiento de ficheros: Almacenamiento, recuperación y edición. CAPP Generativa

Método completamente automático.

Toma información geométrica y de fabricación y utiliza métodos de búsqueda y decisiones lógicas

No necesita tener planes maestros.

Tipos:

• Planificación adelante: Parte del tocho y elimina partes necesarias para obtener la pieza. Problema restricciones; el resultado de un paso afecta al siguiente (vuelta atrás).

• Planificación atrás: Parte de la pieza terminada e invierte las operaciones (pre y postcondiciones), para obtener el tocho (rellena). Sin problemas de restricciones.

Componentes:

Esquema de codificación: relaciona y define todas las características geométricas (tamaño, posición, tolerancia) con los procesos de fabricación (máquina, herramienta, anclaje, etc.).

Lógica de decisión: estructura de la lógica de planificación y datos. Determina operaciones pertinentes, máquina, etc.

• Diagrama de flujo. • Árbol de decisión. • Sistemas expertos.


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7. Programación de piezas. Hoja de métodos → instrucciones fabricación máquinas.

Procesada por el ordenador → NC.

Tecnología NC se basa en control de máquinas herramienta y movimiento de herramienta mediante programas de NC.

Evolución

Hardware: generaciones máquinas NC

1. Tecnología tubos de vacío 2. Circuitos de estado sólido 3. Circuitos integrados – ROM 4. Displays + almacenamiento de programas (CNC) 5. Comunicaciones (DNC)

Software: Similar a los avances producidos en CAD y modelado geométrico.

Máquina herramienta NC:

MCU (machine control unit) • DPU (data processing unit) • CLU(control loop. Unit)

MCU realiza dos funciones: • DPU: Lectura de programas NC y procesamiento de los mismos para

pasar datos a CLU. • CLU: Conversión de datos en señales control, indica a DPU que lea

nuevas instrucciones, control de los dispositivos asociados a la máquina (velocidad, posición, etc.)

Figura 7-11: Esquema de una máquina herramienta


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Movimiento de las máquinas

Diferentes tipos de movimientos entre máquina y piezas.

Mover solo la herramienta o herramienta y pieza.

Distintos tipos de motores: DC, hidráulicos y paso a paso.

Eje de movimiento: eje donde se produce movimiento relativo entre la pieza y la herramienta.

• Ejes primarios: X, Y y Z → sistema de coordenadas de la máquina (de origen fijo o ajustable).

• Ejes secundarios: U,V y W • Movimientos rotación sobre ejes paralelos a X,Y,Z : a,b,c

Número de ejes:

• 2 ejes: movimiento sobre 2 ejes. 3º independiente. • 2½ ejes: movimiento 2D en un plano inclinado. Eje herramienta paralelo a Z. • 3 ejes: movimiento 3D. Eje herramienta paralelo a Z. • 6 ejes: movimiento 3D y orientación simultánea de la herramienta.

Figura 7-12Clasificaccion de las máquinas herramienta según el número de ejes


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Clasificación máquinas

Tipo de máquina:

• Punto a punto (PTP) • De trayectoria continua

Figura 7-13: Clasificaccion de las máquinas herramienta según el tipo de mecanizado

Estructura MCU:

• NC • CNC • DNC

PTP: máquina más simple (taladro), operaciones en puntos concretos. No siempre en contacto con la pieza a lo largo de su trayectoria.

Trayectoria continua: Pieza en contacto con herramienta durante toda la trayectoria. Control posición y velocidad más exacto, MCU más compleja. Pueden usarse también como PTP.

NC: DPU lector de cinta perforada. Cada vez que se mecaniza una pieza se debe leer la cinta.

CNC: DPU es una ROM con un display, el programa NC se lee una vez. Capacidad de diagnostico para mantenimiento y reparación de la máquina. Cada máquina con su programa. Sin realimentación. Incapaz generación informes (ratios producción, trabajo en curso, rechazos, etc.).

DNC: Host + máquinas CNC + red

Host almacena programas NC y los carga en cada una de las máquinas. Realimentación. Generación de informes. Diferentes niveles jerárquicos de ordenadores y redes. Ventaja: centraliza la información de control del sistema.


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Figura 7-14: Clasificaccion de las máquinas herramienta según el tipo de controlador

Procedimiento para la programación NC

Generar trayectoria de herramienta y condiciones de corte.

Entorno CAD/CAM→ generación trayectorias, verificación y postproceso (utilizando BD CAD).

Postproceso transforma lenguaje de alto nivel (p.e. APT, ISO, COMPACT II) en lenguaje bajo nivel (máquinas NC).

Software NC permite:

• Definir herramientas (librerías) • Generación de trayectorias • Verificación (secuencias de animación) • Estimación tiempos y costes • Generación automática de programa APT • Postproceso

Conceptos programación NC

Sistema coordenadas de la máquina: Cartesianos, especificado por fabricante, herramienta → Z. Adaptar orientación de la pieza a la máquina.

Matemáticas para el calculo de trayectorias: Importante especificación del centro de intersecciones de cortes. Conocimientos: trigonometría, relaciones ángulos, geometría analítica.

Fuerzas de las máquinas: Elección velocidad y paso adecuados. Alta velocidad y paso: superficies rugosas y roturas herramienta. Tablas según ratio de eliminación de material y potencia.


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Programación de cortes

• Programación de herramienta: Considera diámetro herramienta. La trayectoria se define teniendo en cuenta la distancia entre el eje de la herramienta y el lugar de corte. Solo sirve para un diámetro de herramienta.

• Programación de pieza: Genera trayectoria para herramienta de radio 0. Se utilizan offsets para cada diámetro de herramienta.

Programación absoluta: todas las posiciones y movimientos se definen respecto a un origen dado.

Programación incremental: los movimientos se definen desde posición de herramienta inmediatamente anterior.

Posicionamiento rápido: en vacío a máxima velocidad.

Interpolación lineal: trayectoria recta permitiendo movimiento sobre los ejes a diferentes velocidades.

Interpolación circular: trayectoria circular

Subrutinas estándar: librería de funciones fijas o variables.

Figura 7-15: Calculo matematico de trayectorias de herramienta


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Lenguajes de programación NC

Diferencia lenguajes de programación ( C, Pascal): lenguajes de NC controlan herramientas.

APT: Automatically programmed tools. Similares ADAPT, EDAPT, EXAPT, ANIAPT, MINIAPT, etc..

ISO, COMPACT II, SPLIT, PROMPT, CINTURN II

Características:

• Características de lenguaje: similares C, PASCAL, etc. Definición de variables, arrays, entidades geométricas, etc.

• Sentencias geométricas: descripción curvas y superficies.

• Sentencias para herramientas: definición de forma, ejes, orientación. Librerías.

• Sentencias de movimiento: PTP o trayectorias continuas, dirección de corte, velocidad, paso, etc..

• Sentencias aritméticas: operadores y funciones.

• Sentencias de control: selección, bucles, copiar coordenadas y transformarlas.

• Sentencias de salida: un programa CL data (CL= cutter location) se almacena CL file (binario BCL file). Listado CL files con chequeo errores sintaxis.

• Sentencias de postproceso. Postproceso dependiente de Hw. CL data → instrucciones controlador máquina.

PROGRAMACION EN APT

Permite controlar hasta 5 ejes

4 tipos de sentencias.

• Geométricas • De movimiento • Postprocesador • Auxiliares

Sentencias geométricas

símbolo =entidad geométrica/datos de entidad geométrica

símbolo → variable (≤ 6 caracteres)

entidad geométrica → palabra reservada

P1=POINT/3.0, 2.0, -1.0 P2=POINT/6.0, 5.0, 3.0 P3=POINT/4.0, 2.0, 2.0 L1=LINE/P1,P2 C1=CIRCLE/CENTER,P1,RADIUS,1.5 (por defecto plano XY) PL1=PLANE/P1,P2,P3


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Modificadores: CENTER, INTOF, PARLLEL, PERPTO, XLARGE, YLARGE, ZLARGE, XSMALL, YSMALL, ZSMALL

L2=LINE/P3,PARALLEL,L1 P4=POINT/INTOF,L1,L2

Sentencias de movimiento

Comando de movimiento / datos de movimiento

FROM/P1 posición de reposo P1

Movimiento PTP

GOTO/3.0,4.0,-2.0 mov abs sobre el origen GODLTA/2.0,-1.0,0.0 mov incremental

Movimiento continuo

• Posicionamiento (Inicializacion del movimiento): GO/mod, sup inicial ,mod, sup pieza, mod, sup chequeo sup inicial: primera superficie sup pieza: guía la punta de la herramienta sup chequeo: detiene el movimiento. modificadores: TO, PAST, ON, TANTO

Figura 7-16: Modificadores

• Movimientos de corte:

GOLFT, GORGT, GOFWD, GOBACK, GOUP, GODOWN GOXXXX/mod, sup movimiento ,mod, sup pieza, mod, sup chequeo

sup movimiento: guía el lateral de la herramienta si no se especifica sup pieza, se asume la ultima

Superficies en planos paralelos a XY se pueden sustituir por líneas o círculos

Sentencias de postproceso

Sentencias especificación de herramienta:

CUTTER/d

d→ diámetro, offset automático

Otras: MACHIN, PARTNO, COOLNT, RAPID, STOP, FINI


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Figura 7-17: Superficies que guian la herramienta en mecanizado de trayectoria continua

Macros

Subrutinas en APT.

Formato:

Símbolo = MACRO/definición de parámetros M TERMAC

Llamadas:

CALL/símbolo, especificación de parámetros Ejemplo: DRILL=MACRO/PX GOTO/PX GODLTA/0,0,-5.0 GODLTA/0,0,5.0 TERMAC FROM/P0 CALL/DRILL,PX=P1 CALL/DRILL,PX=P2 CALL/DRILL,PX=P3


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Ejercicios: Ejercicio 1: Realizar el programa de control numérico para mecanizar los taladros de la figura. Espesor 1.0000 in, velocidad perforación 500 rpm, paso 3.55 in/min, máquina herramienta nº 5 DRILL Ø 0.75 in. Ejercicio 2: Realizar el programa de control numérico para mecanizar el contorno de la pieza de la figura. Herramienta Ø 0.75 in, pieza acero→velocidad 580 rpm, paso 2.30 in/min, máquina herramienta MILL5

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