Fabricación de un producto
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• Involucra procesos desde que el material es
conformado en bruto, hasta que sale
transformado en un producto acabado.
Control de Máquinas-Herramienta
• Control numérico (NC).
• Control numérico computarizado (CNC).
• Manufactura asistida por computadora (CAM).
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Antecedentes
• Inicia con la construcción de máquinas simples para la producción.
• En 1770 inicia la mecanización, dando paso a la revolución industrial.
• Utilización de mecanismos automáticos fijos y líneas de transferencia para hacer producción en masa.
• En 1952 se introduce el control numérico (NC), el cual abre una nueva era en el ámbito de la automatización.
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Sistema de control Vs Operador
• El sistema NC reemplaza la acción manual del
operador.
• El operador de máquinas-herramienta NC no
necesita ser un experto en maquinado.
• El operador solo tienen que realizar el
monitoreo de la máquina, y reemplaza la pieza
de trabajo.
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Evolución del control numérico
Durante la segunda guerra mundial los
industriales se dieron cuenta que no podían
cumplir con requerimientos de calidad y
cantidad.
La fuerza aérea de los Estados Unidos buscó
resolver este problema, para asegurar que todos
sus aviones fueran manufacturados
idénticamente e invitó a varios fabricantes a
desarrollar y manufacturar sistemas de control
numérico.
Objetivos que se buscó alcanzar:
• Incrementar la producción.
• Mejorar la calidad y exactitud de las partes
manufacturadas.
• Estabilizar los costos de manufactura.
• Manufacturar trabajos complejos.
Evolución del control numérico
Evolución del control numérico
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• En 1952 se creó la primer máquina-
herramienta de tres ejes, controlada
numéricamente con alimentación de cinta. Una
Cincinnati Milacron Hydro-Tel controlada por
una computadora de bulbos.
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• El controlador de la máquina-herramienta
usaba una cinta perforada como medio de
alimentación del programa.
Evolución del control numérico
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• Nuevas generaciones de máquinas de CN
trajeron la subsecuente introducción del
control numérico computarizado (CNC).
• Posteriormente surgieron el control numérico
directo (CND), y el control numérico
Distribuido (CND).
• Y más recientemente, surgieron los centros de
maquinado que pueden realizar las tareas de
media docena de maquinas.
Evolución del control numérico
Ventajas de usar equipo de CN
• Mejor planeación de las operaciones.
• Incremento de la flexibilidad de maquinado.
• Reducción del tiempo de programación.
• Mejora del control del proceso y tiempos de
maquinado.
• Disminución en los costos por herramientas.
• Incremento en la seguridad para el usuario.
• Reducción en los tiempo de flujo de material.
• Reducción en el manejo de las piezas de trabajo.
• Aumento de la productividad.
• Aumento de la precisión. 15 Luis G. Floriano Gavaldón ITCH
Desventajas de los sistemas de CN
• Inversión inicial relativamente alta del equipo.
• Mantenimiento complicado y más costoso.
• Se requiere de programadores altamente
experimentado, con conocimientos en procesos
de manufactura .
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El CNC es una tecnología bien establecida. Las
integraciones de computación pueden ser
implementadas a casi cualquier nivel, desde un
simple taller de maquinado con un sistema de
manufactura asistida por computadora (CAM), hasta
corporativos con varias plantas dispersas y cientos de
maquinas y sistemas.
La tecnología de CNC tiene las siguientes ventajas
sobre la tecnología de CN:
• Los programas pueden ser cargados en la maquina
y almacenados en memoria.
• Los programas son mas fáciles de editar, por lo que
el tiempo de programación para el diseño de partes
se reduce.
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• Hay mayor flexibilidad en la complejidad de las
partes que se pueden producir.
• Modelos geométricos tridimensionales de partes,
almacenados en la computadora, pueden ser usados
para generar, casi automáticamente, programas de
CNC para partes, ahorrando trabajo de
programación manual.
• Las computadoras se pueden conectar a la red de
Internet, permitiendo que los programas puedan ser
transferidos remotamente.
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Conocimientos del operador CNC • El operador de CNC deberá tener conocimientos en
geometría, álgebra y trigonometría.
• Deberá conocer sobre la selección y diseño de la herramienta
de corte.
• Dominar los métodos de sujeción.
• Uso de medidores y conocimientos de metrología.
• Interpretación de planos.
• Conocimientos de la estructura de la máquina CNC.
• Conocimientos del proceso de transformación mecánica.
• Conocimientos de la programación CNC.
• Conocimientos del mantenimiento y operación CNC.
• Conocimientos generales de programación y computadoras.
Aplicaciones del control numérico
• Fresado
• Torneado
• Taladrado
• Esmerilado
• Doblado
• Punzonado
• Maquinado por descarga eléctrica (EDM)
• Inspección (Máquina de coordenadas)
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Tipos de automatización • Automatización fija.
– Rango de producción alto, altos costos de diseño de equipo.
– Ciclo de vida de acuerdo a la vigencia del producto en el
mercado.
• Automatización programable.
– Rango de producción relativamente bajo y diversidad de
productos.
– Equipo de producción adaptable al producto.
• Automatización flexible.
– Rango de producción medio.
– Posee características de automatización fija y programable.
– Estaciones de trabajo, sistemas de almacenamiento y
manipulación de materiales controlados por una
computadora.
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Centro de maquinado CNC
• Unidad mecánica.
– Bancadas, guías lineales, herramienta de corte,
ensamble del husillo, mecanismos
alimentadores y de guía, etc.
• Unidad de electrónica de potencia.
– Motores, servo amplificadores, fuentes de
alimentación, interruptores de límite, etc.
• Unidad de CNC.
– Unidad de cómputo, sensores de posición y
velocidad para cada uno de los mecanismos de
movimiento. Luis G. Floriano Gavaldón ITCH
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Cambio de piezas
El cambio automático de piezas es otro
sistema que se ha incorporado a algunas
máquinas-herramienta para reducir los
tiempos de carga y descarga de la pieza.
Entre los sistemas que se pueden citar:
• Robots y manipuladores.
• Alimentadores automáticos.
• Sistemas de cambio de pallets.
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Clasificación de los sistemas de
control numérico • Según el sistema de referencia
– Absoluta, incremental.
• Según el control de las trayectorias.
– Punto a punto, contorneado.
• Según el tipo de accionamiento.
– Hidráulico, eléctrico o neumático.
• Según el lazo de control.
– Lazo abierto, lazo cerrado.
• Según la tecnología de control.
– CN, CNC.
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Sistemas incremental y absoluto
• Un sistema incremental es uno en cuyo punto
de referencia a la próxima instrucción es el
punto final de la operación en proceso.
• En los sistemas absolutos todos los comandos
de movimiento están referidos a un punto de
referencia, el cual es el origen y es llamado
cero.
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Incremental.
X + 500
X + 200
X + 600
X – 300
X – 700
X – 300
Absoluto.
X + 500
X + 700
X + 1300
X + 1000
X + 300
X + 0
Punto a punto (PTP)
• La pieza de trabajo es movida con respecto a la herramienta de corte hasta llegar a su posición definida numéricamente y entonces se detiene el movimiento. Una vez terminada la tarea, la pieza de trabajo se mueve al próximo punto y el ciclo se repite.
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Sistemas de contorno
• En sistemas de contorno o de camino
continuo, la herramienta está cortando
mientras los ejes de movimiento se están
moviendo. Todos los ejes de movimiento se
pueden mover simultáneamente, cada uno a
diferente velocidad.
Sistemas de lazo abierto
• Los sistemas de lazo abierto son de tipo digital y utilizan motores de pasos para controlar los desplazamientos.
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• El control en lazo cerrado mide la posición y la velocidad actual de los ejes y compara su referencia deseada. La diferencia entre al valor actual y el deseado es el error.
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Sistemas de lazo cerrado
• El sistema contiene un control de lazo de posición continua adjunto al contador de posición. Cada eje de movimiento es equipado con un lazo de posición y un contador aparte.
• En este caso, un error de velocidad en uno de los ejes, causa un error en la posición.
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Sistemas de lazo cerrado
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Convención de ejes y movimientos
en sistemas CNC De acuerdo a la asociación de industriales
electrónicos:
El eje Z está siempre alineado en dirección al
husillo.
El movimiento primario X es normalmente
paralelo a la magnitud de la mesa primaria
más larga de la máquina herramienta.
El eje Y es normalmente paralelo a la
magnitud de la masa primaria más corta de la
máquina herramienta.
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Algunas máquinas-herramienta de CN disponen
de mesas giratorias y/o cabezales orientables.
Ejes complementarios
Conceptos básicos de maquinado
Además de las propiedades físicas del material a
utilizar, los siguientes factores intervienen en el
maquinado y pueden afectar el acabado y la
calidad de una pieza:
• Velocidad de Corte.
• Velocidad de giro (rpm).
• Velocidad de Avance.
• Herramientas de corte
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Fundamentos del torneado
Consiste en transformar un sólido indefinido,
haciéndolo girar alrededor de su eje y arrancándole
material periféricamente a fin de obtener una geometría
definida (sólido de revolución). Con el torneado se
pueden obtener superficies: cilíndricas, planas, cónicas,
esféricas, perfiladas, roscadas, etc..
Existen una gran variedad de tornos:
• – Paralelos - De copiar
• – Universales - Automáticos
• – Verticales - De CNC
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Operaciones del torneado
• Cilindrado. Mecanizado
interno o externo de una pieza.
• Refrentado. Mecanizado
frontal y perpendicular al eje
de una pieza.
• Ranurado. Mecanizado de
ranuras cilíndricas de anchura
y profundidad variable en una
pieza.
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Operaciones del torneado
• Roscado.
• Moleteado. Conformado en frío del material mediante moletas.
• Torneado de conos. Mecanizado de diferentes formas cónicas.
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Fundamentos del fresado
• Consiste principalmente en cortar material mediante una herramienta rotativa de varios filos, llamados dientes, labios o plaquitas de metal duro.
• Los movimientos de corte se realizan a una pieza que esta sujeta a una mesa de trabajo, la cual puede tener movimiento en varios ejes posibles, en los que se puede desplazar la mesa donde esta fijada la pieza que se mecaniza.
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Movimientos básicos del fresado
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1. Fresado frontal (planeado).
2. Fresado en escuadra.
3. Fresado tangencial en oposición o
fresado normal.
4. Fresado tangencial en concordancia
o fresado en equicorriente.
Movimiento de corte.
Movimiento de avance.
Movimiento de profundización.
Fundamentos del fresado
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Parámetros fundamentales a considerar en el proceso de fresado:
• Elección del tipo de máquina, accesorios y sistemas de fijación de pieza y herramienta más adecuados.
• Elección del tipo de fresado: frontal, tangencial en concordancia o tangencial en oposición.
• Elección de los parámetros de corte: velocidad de corte, velocidad de giro de la herramienta, velocidad de avance, profundidad de pasada, anchura de corte, potencia de corte, etc.
• Espesor, sección y volumen de viruta.
• Tiempo de mecanizado.
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