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Tecnológico nacional de México Instituto tecnológico de Oaxaca [Fecha]

Departamento metal mecánica Carrera: Ingeniería mecánica

Practica Asignatura: Proceso de manufactura Competencia I: Introducción a la manufactura Integrantes de equipo: Maldonado Bautista Gerardo Hernández Méndez Aurelia Méndez Platas Pedro Arturo Martínez Gabriel Jusbhin Enrique Grupo: MA

hora: 1-2 pm.

Semestre: 4° Nombre del profesor: M.C. Eduardo Alfaro Pérez

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Tabla de contenido

1.1ITRODUCCIÓ N A LOS PROCESOS DE MANUFACTURA .............. 3 1.2 Tipos de producción .............................................................. 7 1.3 Ingeniería a la inversa ........................................................... 12 1.4 ANALISIS DE FABRICACION ................................................... 18 CAD/CAM .................................................................................. 23 PLANEACIÓN DE PROCESOS........................................................ 34 HOJA DE OPERACIÓN O RUTA .................................................... 34 LA PLANEACIÓN DE PROCESOS ASISTIDA POR COMPUTADORA (CAPP) ....................................................................................... 36 TECNOLOGIA DE GRUPOS ........................................................... 37 SISTEMA DE MANUFACTURA...................................................... 38 SISTEMA DE MANUFACTURA FLEXIBLE ....................................... 38 Código CNC PZA 1 ...................................................................... 40 Bibliografía ................................................................................ 41

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1.1 ITRODUCCIÓN A LOS PROCESOS DE MANUFACTURA Durante la Edad Media el desarrollo de nuevas técnicas de producción fue casi nulo y no fue sino hasta el Renacimiento cuando volvieron a reactivarse, fortaleciéndose de manera decidida con la primera Revolución Industrial a fines del siglo XVIII. Se considera que el concepto moderno de la manufactura surge alrededor de 1780 con la Revolución Industrial británica, expandiéndose a partir de entonces a toda la Europa Continental, luego a América del Norte y finalmente al resto del mundo. La manufactura se ha convertido en una porción inmensa de la economía del mundo moderno. Según algunos economistas, la fabricación es un sector que produce riqueza en una economía, mientras que el sector servicios representa el consumo de la riqueza Durante los siglos XIX y XX, el diseño de nuevos métodos y procesos fue incesante, lo que se ha traducido en un notable aumento de la productividad y por tanto del nivel de vida de la población. Dentro de este periodo destaca el concepto de manufactura intercambiable, desarrollado por Eli Whitney [1765-1825] a principios del siglo XIX; el ensamble en línea puesto en práctica por H. Ford [18631947] al inicio del siglo XX y la introducción de la informática en la manufactura a través de los sistemas CAD/CAM, los cuales a la fecha han madurado generando una nueva revolución en las manufacturas. En la actualidad, los esfuerzos se orientan, más que a la producción en serie de un bien, a la producción personalizada; esto es más que adecuarse a lo que existe en el mercado, la idea es que se pueda obtener un producto adecuado a las necesidades de cada cliente, esto desde luego en forma ágil y competitiva. Por otra parte, en los últimos años se ha dado particular importancia al reciclado, a la eliminación de subproductos contaminantes, a la minimización en el consumo de energía y de recursos (renovables y no renovables), a la generación de gases invernadero y, en consecuencia, a la búsqueda de la producción en armonía con la naturaleza o manufactura sustentable.

HISTORIA DE LA MANUFACTURA La manufactura (del latín manus –mano-; factus –hacer-) tuvo su primer gran auge, y surge como una técnica en sí, con el florecimiento de la civilización romana, fundamentalmente por la producción en masa y la división del trabajo, tanto en la producción de textiles, cerámica y vidrio, como en minería y metalurgia. Con la caída del Imperio Romano, esta organización se pierde al igual que muchas de las técnicas de producción. El trabajo se organiza alrededor de la familia y los métodos son transmitidos del artesano a sus aprendices.

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Proceso de manufactura "Proceso es el conjunto de actividades relacionadas y ordenadas con las que se consigue un objetivo determinado" (http://www.monografias.com/trabajos73/procesos-manufactura-ingenieriaindustrial/procesos-manufactura-ingenieria-industrial.shtml#ixzz4YrFNXYCE) “Un proceso es comprendido como todo desarrollo sistemático que conlleva una serie de pasos ordenados u organizados, que se efectúan o suceden de forma alternativa o simultánea, los cuales se encuentran estrechamente relacionados entre sí y cuyo propósito es llegar a un resultado preciso.” (https://www.ingenieriaindustrialonline.com/herramientas-para-el-ingenieroindustrial/procesos-industriales/)

En la ingeniería industrial el concepto de proceso adquiere gran importancia, debido la práctica en esta carrera, requiere: Planear, integrar, organizar, dirigir y controlar Estas actividades permiten a los Ingenieros Industriales lograr sus objetivos en el ejercicio de su profesión. El ingeniero industrial debe considerar a los procesos de producción como una herramienta para: • El diseño y definición de planes, programas y proyectos • El diseño, integración, organización, dirección y control de sistemas • La optimización del trabajo • La evaluación de resultados • Establecimiento de normas de calidad • El aumento y control de la eficiencia • Etc.

Concepto de manufactura Se pueden dar dos definiciones: 1. Manufactura. "Obra hecha a mano o con el auxilio de máquina.// 2. Lugar donde se fabrica" (diccionario de la lengua española de la real academia de la lengua) 2. “la palabra manufactura se deriva delas palabras latinas manus (manos) t factus(hacer) esta combinación de términos significa hacer con las manos. La palabra inglesa manufacturing tiene ya varios siglos de antigüedad y la expresión hecha a mano describe precisamente el método manual que se usaba cuando se acuño la palabra. Gran parte la moderna manufactura se realiza con maquinaria computarizada y automatizada que se supervisa manualmente.”(Fundamentos de Manufactura Moderna Materiales, Procesos y Sistemas. Mikell.P.Groover, person education.) También es considerada como la estructuración y organización de acciones que permiten a un sistema lograr una tarea determinada

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a)

b )

. Figura 1.1 dos maneras de definir manufactura: a) como un proceso técnico y b) como un proceso económico

Clasificación de los procesos de manufactura De manera general los procesos de manufactura se clasifican en cinco grupos: Procesos que cambian la forma del material - Metalurgia extractiva - Fundición - Formado en frío y caliente - Metalurgia de polvos

Procesos que provocan desprendimiento de viruta por medio de máquinas - Métodos de maquinado convencional - Métodos de maquinado especial

Procesos que cambian las superficies - Con desprendimiento de viruta - Por pulido - Por recubrimiento

Procesos para el ensamblado de materiales - Uniones permanentes - Uniones temporales

Procesos para cambiar las propiedades físicas - Temple de piezas - Temple superficial

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Importancia del proceso de manufactura La importancia de la manufacturación es además la base de la Economía Nacional de muchos países, siendo muy importante la Industria para el desarrollo de la riqueza nacional, sirviendo además de base para el Sector Terciario, destinado a los Servicios, y uno de los principales sustentos de la Recaudación Tributaria que gestiona las inversiones y obras estatales. 6

Si no fuera por la Manufacturación e Industria, no podríamos disfrutar de todos los bienes y artículos que utilizamos a diario, desde aquellos más rudimentarios o artesanales, hasta los Artículos Electrónicos que se elaboran como resultado de un proceso de evolución tecnológica

1.2 Tipos de producción

SISTEMAS MODELO a) Sistema de producción continúa. Cuando hablamos de producción continua, enfocamos las situaciones de fabricación, en las cuales las instalaciones se adaptan a ciertos itinerarios y flujos de operación, que siguen una escala no afectada por interrupciones. El sistema de producción continua, corno el que aparece en la figura 4A-1, nos ilustra este tipo de sistemas:

Los materiales o materias primas, se reciber, continuamente de los proveedores para ser almacenados, transportándose convenientemente, para su procesamiento químico. A continuación se reduce su temperatura enfriando el producto químico resultante, filtrándolo posteriormente para ser envasado. En este tipo de sistemas, todas las operaciones se organizan para lograr una situación ideal, en la que estas mismas operaciones, se combinan con el transporte de tal manera que los materiales son procesados mientras se mueven. Se utiliza este sistema cuando la economía de fabricación favorece a la producción continua. Es decir, cuando la demanda de un producto determinado es elevada, nos veremos obligados a trabajar continuamente. 7

La producción en gran escala de artículos estándar es característica de estos sistemas. Obreros especializados y semiespecializados son empleados generalmente en este tipo de sistemas. En consecuencia, los costos de producción son relativamente bajos. b) Sistema de producción intermitente. La producción intermitente se caracteriza por el sistema productivo de "lotes" de fabricación. En estos casos, se trabaja con un lote determinado de productos que se limita a un nivel de producción, seguido por otro lote de un producto diferente. La producción intermitente será inevitable, cuando la demanda de un producto X no es lo bastante grande para utilizar el tiempo total de fabricación continua, de tal suerte, que la economía de manufactura favorecerá a la producción intermitente. Dicho de otro modo, nuestro equipo de proceso nos servirá para fabricar el producto X, así como también, para manufacturar productos Y/o productos Z.

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En este tipo de sistemas, la empresa generalmente fabrica una gran variedad de productos. Para la mayoría de ellos, los volúmenes de venta y, consecuentemente, los lotes de fabricación, son pequeños en relación con la producción total. El costo de la mano de obra especializada es relativamente alto y, en consecuencia, los costos de producción son más altos que los de un sistema de producción continua. La tabla 4A-1, nos ilustra las tendencias generales de algunas características de operación en los diversos tipos de manufactura. c) Sistema de producción modular. Podemos definir la producción modular como "el intento de fabricar estructuras permanentes de conjunto, a costa de hacer menos permanentes las subestructuras".

Ilustrando claramente este concepto Alvin Toffler nos dice:

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"El simple y universal bolígrafo nos da un ejemplo de ello. Los insumos (plásticos, tinta, etc.) se transforman en estructura (la pluma estilográfica) y subestructura (repuesto, resorte, etc.) para intentar con esto un sistema de producción modular". Esto se ilustra en la figura 4A-3. En esencia, el concepto de modularidad consiste en diseñar, desarrollar y producir aquellas partes que pueden ser consideradas en un número máximo de formas. d) Sistema de producción por proyectos. Se puede considerar el nacimiento de un proyecto a raíz de una idea concebida acerca o alrededor del potencial de un producto o mercado. Para satisfacer una necesidad primordial de objetivos empresariales, es necesario que se consideren todos los factores que deberán proyectarse con el fin de lograr que los objetivos se realicen óptimamente.

"Un proyecto es una actividad cíclica y única para tomar decisiones, por lo que el conocimiento de las bases de la ciencia de ingeniería y administración, la habilidad matemática y la experimentación, se conjugan para poder transformar los recursos naturales en sistemas y mecanismos que satisfagan las necesidades humanas". [3] El sistema de producción por proyectos, corre, por decirlo así, a través de una serie de fases. Generalmente, una fase a seguir dentro de un proyecto, no se lleva a cabo hasta que la fase anterior a ésta queda resuelta. A menudo, particularmente cuando un proyecto es largo, gran parte del personal que trabaja en su desarrollo, lo hace asesorando determinada fase, así como la otra parte, permanece supervisando todas las fases que cubre el proyecto. A quienes ejecutan esta supervisión podemos llamarles gerencia de producción por proyectos. Esta gerencia actúa como líder, supervisando todas las fases que cubre el proyecto. 10

La figura 4A-4, nos detalla en forma general la producción por proyectos. [4] La producción por proyectos es un proceso difícil y amerita un esfuerzo conjunto. El progreso administrativo, a este respecto, consiste en hacer de esta técnica una actividad sistemática, apoyada en datos objetivos, en posibilidades reales, en estudios técnicos, etc. La sistematización de este método administrativo coincide con la clasificación de las funciones que son bien conocidas; planeación, organización, integración, dirección y control. Sin embargo, "para que un método sea verdaderamente tal, es indispensable que no solamente constituya un conjunto de conocimientos, sino que se transforme en una práctica cotidiana y en una nueva formación mental del hombre que tiene bajo su responsabilidad a otros individuos a quienes encauza para que con su trabajo y colaboración se obtengan los resultados que el jefe ha previsto de antemano." [5]

La necesidad de evitar el empleo despilfarrador de los recursos destinados a los negocios, y de alcanzar la productividad más elevada, exige una técnica 11

organizada para producir. Tal es el caso del sistema de producción por proyectos que, empleado adecuadamente, asegurará el éxito de cualquier empresa.

1.3 Ingeniería a la inversa

Introducción Muchas de las tareas y actividades que se presentan en las empresas, tales como el mantenimiento de maquinaria, innovaciones tecnológicas, sustitución de partes y componentes, entre otras, requieren del uso de metodologías que permitan obtener información útil y fidedigna por medio de la cual sea posible resolver problemas. Una de las metodologías usadas para tal fin es llamada Ingeniería Inversa. A menudo confundida con la piratería, la Ingeniería Inversa. “se define como aquel proceso analítico-sintético que busca determinar las características y/o funciones de un sistema, una máquina o un producto o una parte de un componente o un subsistema. El propósito de la ingeniería inversa es determinar un modelo de un objeto o producto o sistema de referencia.” (E. Jiménez, L. Reyes, A. García. Algunas consideraciones sobre la Ingeniería Inversa, Informe Interno de Investigación, Centro de Tecnología Avanzada de ITESCA, Red Alfa, Sonora, México, 2006, ISBN: 970-9895-12-5. ) [1] “La Ingeniería Inversa es el proceso de diseñar un substituto, el cual reemplace de forma aceptable a un producto o parte. En este caso, Ingeniería Inversa es un caso particular de rediseño que se fundamenta en diversos aspectos del producto original y en el análisis de un ejemplar y se aplica cuando el proceso de diseño o la documentación original no está disponible.”(Borja, V., “Redesign Supported by Data Models with Particular Reference to Reverse Engineering“, PhD Thesis, Loughborough University, 1997.)

La ingeniería inversa persigue el objetivo de obtener la mayor cantidad de información técnica de un producto, del cual no se tiene la más mínima información técnica de su diseño, construcción y funcionamiento, de modo que se debe partir de un todo para comprender cada pieza del sistema, para lo cual se deben tomar notas muy detalladas.

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Importancia La ingeniería inversa tiene muchas aplicaciones en el mundo actual y es aplicada por todo tipo de empresas, de todos los ámbitos tecnológicos. Algunos de los usos principales son: • Investigar, analizar y comprender la tecnología utilizada por otras naciones o por otras empresas. • Analizar los productos de la competencia para analizar sin infringen alguna patente de otra empresa. • Desarrollar productos que sean compatibles con otros productos, sin tener acceso a los detalles técnicos de estos últimos. • Comprobar la seguridad de un producto, en informática por ejemplo, para conocer las brechas de seguridad que puede tener un programa.

Metodología Por otro lado, la Ingeniería Inversa tiene una metodología la cual está asociada con su definición. Por ejemplo, las siguientes fases están relacionadas con la definición de Ingeniería Inversa descrita en [1], esto es: 1) Fase 1: Conocimiento preliminar del objeto de referencia A. 2) Fase 2: Diseño de un plan de investigación. 3) Fase 3: Aplicación del plan al objeto de referencia. 4) Fase 4: Sintetizar la información generada por el plan, generar el modelo B y demostrar que B ∼ A (Equivalencias entre el modelo y el objeto de referencia). 5) Fase 5: Caracterizar el modelo B. 6) Fase 6: Usar B para diversos propósitos. Dichas fases pueden ser descritas en pasos, esto es: 1) Se presenta A 2) Se definen las referencias (CFR). 3) Se definen los objetivos (COE). 4) Con CFR y COE, se diseña el proceso de la investigación. 5) El producto del diseño del paso 4) es un plan o programa de investigación operativa (P). 6) Se aplica P al objeto A. 7) El resultado del paso 6) es información de A. 8) Se considera el paso 3) y con los resultados del paso 7) se genera B. 13

9) B es un modelo. 10) Se verifica, según el paso 3), si B es equivalente a A. 11) Se dan las conclusiones. 12) Se revalúa B. 13) B es aplicable. El método descrito anteriormente puede ser aplicado al duplicado de partes y componentes. Algunas ventajas relacionadas con este método se describen a continuación: 1) El método da orden al proceso de la Ingeniería Inversa. 2) El diseño del plan de investigación es esencial para el desarrollo de programas y procedimientos por medio de los cuales se caracteriza al objeto de referencia y, posteriormente, al duplicado o modelo obtenido. 3) El método propone que debe haber indicadores que determinen la equivalencia entre el objeto real y el reproducido. 4) El método no solo es aplicable al duplicado de partes y componentes si no que también propone la innovación de mismo. Por otro lado, uno de los pasos fundamentales de la Ingeniería Inversa es el diseño del plan de investigación o mejor dicho, el diseño de los programas y procedimientos para caracterizar y evaluar, tanto al objeto de estudio, como a su duplicado. De acuerdo con los programas de investigación se dividen en sintéticos y analíticos. Los programas analíticos son todos aquellos programas, procedimientos y métodos que tienen por objetivo conocer o determinar las propiedades y características del objeto de referencia. Por otro lado, los programas de síntesis son todos aquellos programas que tienen por objetivo utilizar la información derivada de los programas de análisis para conocer primeramente a los objetos de referencia, y posteriormente, reproducirlos o mejorarlos. Los objetivos principales de los programas analíticos son los siguientes: 1) Obtener datos e información fidedigna, funcional y objetiva del objeto de referencia. 2) Transformar los datos en modelo de información manejables.

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Cabe mencionar que en los programas de síntesis la información que viene del análisis del objeto de estudio a menudo no es suficiente y debe ser complementada y además, tales programas responden al rediseño de nuevos productos, duplicado y manufacturas, partiendo de la base de la información obtenida de los programas de análisis. Por ejemplo, las mediciones dimensionales, los programas de análisis de propiedades mecánicas y caracterización de materiales son ejemplos de programas analíticos, en tanto, los programas de CAD, CAM, CAE o los procesos de manufactura, son programas de síntesis.

Ejemplos de aplicación de la Ingeniería Inversa En esta sección se presentan algunos ejemplos de aplicación del método de la Ingeniería Inversa desarrollado en [1]. Por ejemplo en [6] fueron aplicados 4 programas de la Ingeniería Inversa para modelar una pieza industrial. Los programas fueron los siguientes: 1) Programa dimensional. 2) Programa de dibujo en CAD. 3) Programa de análisis de elemento finito. 4) Programa de manufactura CAM y fabricación. 5) La figura 1 muestra el objeto de referencia y la figura 2 el plano de fabricación obtenido de la aplicación del programa de mediciones.

Figura 1. Objeto de referencia o por duplicar

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Figura 2. Plano de fabricación

La figura 3 muestra la salida gráfica del espécimen estudiado en el software ALGOR para análisis de elemento finito.

Figura 3. Análisis por elemento finito

Finalmente, la figura 4 muestra la salida gráfica de la simulación en CNC de la pieza y la figura 5 muestra el duplicado generado por un proceso de electro erosionado.

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Figura 4. Simulación de la fabricación

Figura 5. Duplicado fabricado por un proceso de electroerosionado

Por otro lado, en [7] se desarrolló el proceso de la Ingeniería Inversa a una pieza didáctica usando el método descrito en [1]. La figura 6 muestra la pieza didáctica a la cual se le realizó un proceso de medición con una máquina de coordenadas.

Figura 6. Pieza didáctica

También, las figuras 7 y 8 muestran los modelos de la pieza mostrada en la figura 6 desarrollados en Autocad y Mastercam.

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Figura 7. Modelo en CAD de la pieza

Figura 8. Modelo en CAM

La figura 9 muestra el duplicado, obtenido por medio de una máquina CNC

Figura 9. Duplicado

Cabe mencionar que se hicieron pruebas de dimensionalidad al duplicado usando aparatos de medición convencionales.

1.4 ANALISIS DE FABRICACION 1. 2. 3. 4. 5.

Definición Elementos para hacer el análisis de fabricación Funcionalidad y costos del producto Conceptos utilizados en los análisis de fabricación Secuencia para establecer un análisis de fabricación 1. DEFINICION: 18

*”Elección de la secuencia en que intervienen diferentes equipos y herramientas en un proceso, para obtener el producto especificado en un dibujo de proyecto” (manual de métodos de fabricación metal mecánica. Villanueva Pruneda, editorial A.G.T) 2. ELEMENTOS PARA HACER UN ANALISIS DE FABRICACION -dibujo de proyecto de la pieza o conjunto por fabricar. -ritmo de producción (pieza/unidad de tiempo). -conocimiento de las posibilidades y limitaciones del equipo (maquinas. Herramientas, dispositivos de ejecución, dispositivos o elementos de medición) disponible para la fabricación. 2.1 si el dispositivo a se tiene: los elementos anteriores se usan cuando la fabricación se debe hacer con un equipo determinado. 2.2 si el equipo se va a adquirir: en el caso de que se aun producto para el cual se va a adquirir el equipo después de haber hecho el análisis de fabricación y posteriormente se deben consultar catálogos de: -maquinaria -herramienta -elementos o dispositivos de sujeción -elementos o aparatos de medición. -información técnica sobre nuevos procesos, para definir aquellos que sean mas adecuados para la obtención del producto. 3. Funcionalidad y costo del producto. Al definir el análisis de fabricación se debe hacer un balance entre el compromiso de respetar las especificaciones funcionales dadas en el dibujo del proyecto, cumplir con el ritmo de producción y fabricar el producto al menor costo posible para que sea competitivo. 4. conceptos utilizados en los análisis de fabricación La metodología a seguir para definir un análisis de fabricación, establece que se manejen conceptos tales como proceso, fase, subfase, operación, superficie de partida, superficie de referencia.

4.1 Proceso Labor realizada en varios departamentos de trabajo (fabricación de un escritorio, sillas una bicicleta etc.).Se identifica con números tales como 100,200, 300 etc.

4.2. Fase Construye el conjunto de actividades ejecutadas en un mismo puesto de trabajo (torneado, fresado, taladrado, cepillado…-maquinas en general-moldeado, forjado etc. Se identifica con números tales como 10, 20, 30…etc.

4.3 subfase Es el trabajo realizado sin desmoronar la pieza, ya sea que esta esté colocada en un montaje de maquinado, sujeta sobre un plato de maquina o montada en un tornillo de banco.(torneado, fresar, fundir , forjar, taladrar, electroerosionar, moldear a presión, soldar, pintar, cromar etc.) Se identifica con las letras A, B, C…etc. 19

Una subfase puede contener varias operaciones.

4.4 operación Representa al trabajo ejecutado sin desmontonar a la pieza y sin cambio de (de las) herramienta(s) Ejemplos: -una pasada de maquinado es una operación. -varias pasadas de maquinado son operaciones diferentes cuando se interrumpe movimiento entre las pasadas, o si existen movimientos de retroceso de la herramienta o de la pieza. -en cambio, varias pasadas de maquinado, constituyen una sola operación, si son realizadas simultanéame o sucesivamente, pero por el mismo movimiento relativo pieza-herramienta y sin interrupción del mismo 8 maquinado con tren de fresas9 - en el trabajo manual, el barnizado de una rosca para protejerla, es una operación. Si este trabajo fuera mecanizado, se haría sin modificar el montaje de la pieza, sin cambio de la herramienta (pincel), y sin modificación de los movimientos pieza-herramienta. Para una operación de maquinado es necesario indicar si se trata de una pasada de desbaste, semiacabado, acabado o superacabado. Se identifica con letras como a, b, c…etc.

4.5 Superficies de partida (S.P) Son superficies en bruto que sirven de apoyo a la pieza sobre la máquina, al principiar la subfase de maquinado, con objeto de obtener superficies de referencia. La cota que une la superficie en bruto con la primera superficie de referencia a obtener, se le llama cota de partida(C, P).

4.6 superficie de referencia Son superficies maquinadas que sirven de apoyo a la pieza sobre la o las maquinas, en las referentes subfases de maquinadp.5. Secuencia para establecer un análisis de fabricación

5. Secuencia fabricación.

para

establecer

un

análisis

de

Conociendo los elementos mencionados en el punto dos (dibujo de proyecto, ritmo de producción, posibilidades y limitaciones del equipo para fabricación), se hace lo siguiente: 5.1 Estudiar el dibujo de proyecto, para conocer: –formas -Dimensiones –tolerancias dimensionales –tolerancias de formas –tolerancias de posición 20

–rugosidad de las superficies que se desean obtener –superficies de partida –superficies de referencia –materiales –recubrimientos superficiales –tratamientos térmicos. 5.2 determinar el proceso en: –formas -dimensiones -materiales -recubrimientos superficiales -tratamientos térmicos 5.3 determinar las fases en la función de: -tolerancias dimensionales 5.4 determinar las subfases observando: -tolerancias de forma -tolerancia de posición -superficies de partida -superficies de referencia 5.5 determinar las operaciones con: -rugosidad de las superficies que se desean obtener. Una vez conocidas las especificaciones dadas en el dibujo de proyecto, el manejo de los datos para determinar procesos, fases, subfases y operaciones que deberán llevar la pieza en estudio, se hace de la manera siguiente. Formas. Si el tipo de formas que se desea fabricar son predominante prismáticas de revolución o combinadas, se escogerían algunos procesos por medio de los cuales esas formas puedan obtenerse. Dimensiones. Este factor no va a definir un poco mas el proceso, pues si las dimensiones de la pieza que se va a producir son muy grandes será menester usar maquinaria pesada o procesos típicos para fabricación de este tipo. En cambio, si las dimensiones que se van a manejar son pequeñas serán otros procesos muy diferentes a los que se utilizaran. Por ejemplo se podría decir que para la fabricación de piezas grandes y pesadas se usara forja, fundición, mecano soldadura. Para piezas pequeñas se usaría maquinado con tornos automáticos o revolver . En ambos casos anteriores hay que tener muy presente la cantidad requerida de piezas. 21

Material. Casi todos los materiales pueden trabajarse en cualquier proceso, sin embargo existen ciertas limitaciones que pueden influir para elegir un proceso u otro. En el caso que se tiene con el acero inoxidable, que generalmente se le lamina o se le maquina pero pocas empresas especializadas lo funden. Otro factor que influye bastante para la elección del proceso es el tipo de esfuerzos a que va a estar sometido el material, pues si estos van a ser repetidos y alternos- es decir va a someterse a fatiga-lo mas conveniente será usar forja o maquinado: si va a someterse básicamente a desgaste, o a compresión, la fundición seguramente lo hará cumplir bien su función. Recubrimientos superficiales .si se debe hacer recubrimientos a a pieza, estos generalmente se hacen al finalizar la obtención de sus formas y dimensiones, aunque algunas veces ellos van indicados en el proceso, como por ejemplo en la fabricación de cilindro hidráulico en que se aplica un cromado duro y después se le rectifica para obtener la tolerancia pedida. Tratamientos térmicos. Éstos generalmente se utilizan para homogeneizar la estructura cristalina de los metales, para cambiar sus propiedades mecánicas o para proporcionar dureza. Cualquiera que sea el caso siempre ayudaran a determinar en forma definitiva el proceso, pues debido a las deformaciones que ellos causan, se debería poner especial atención a lo que se va a hacer después de haberlos aplicado. El evaluar atinanadamente los factores mencionados indicara en forma segura el proceso general de fabricación que se deberá seguir para la obtención del producto especificado. Las fases se determinan con las tolerancias dimensionales, pues en función de ellas se escogen las maquinas que se a intervenir en el proceso, ya que no es posible pensar que se pueda obtener un agujero con calidad 5 en una pieza obtenida por fundición en arena; lo que lleva a pensar que será un taladro para dar calidad 10, y después un escariador para dar la calidad 5 buscada. Las tolerancias de forma y sobre todo las de posición indicaran las subfases por las que deba pasar la pieza para su fabricación, pues dependiendo de la magnitud de los defectos tolerados por ellas, se sabrá si se pueden hacer cambios de montaje o no al realizar las diferentes superficies. Es aquí donde adquiere mayor importancia la buena elección de las superficies de partida y de referencia, pues apoyándose en ellas y con la ayuda de la herramienta de corte apropiada, se van a obtener las diferentes cotas asociadas (CP y CR) que se indican en el dibujo de definición de pieza. Para obtener la rugosidad especificada es necesario tomar muy en cuenta el afilado de la herramienta, el avance, la profundidad de corte y la lubricación utilizada, pues dependiendo de estos factores es el valor de la rugosidad obtenida sobre la superficie que se esta generando. Es por ello que existen diferentes tipos de operaciones de maquinado, que son el desbaste, el semiacabado. El acabado y el superacabado, que como su nombre lo indica, a medida que se acerca a superacabado la rugosidad obtenida es menor. 22

Es necesario hacer notar que algunas veces en el análisis de fabricación y en la propia elaboración no intervienen los elementos idóneos, debido a que se usan solo aquellos que se tienen disponibles. Pero siempre debe buscarse el trabajar con la herramienta adecuada, pues el fin más importante es el de cumplir son todas las especificaciones del dibujo de definición del producto en el menor tiempo y con el mínimo costo.

CAD/CAM 1. Definiciones 2. El CAD/CAM en el proceso de diseño y Fabricación 3. Desarrollo histórico 4. Componentes del CAD/CAM 5. Aplicación. 1. Definiciones El Diseño y la fabricación asistidos por ordenador (CAD/CAM) es una disciplina que estudia el uso de sistemas informáticos como herramienta de soporte en todos los procesos involucrados en el diseño y la fabricación de cualquier tipo de producto. Esta disciplina se ha convertido en un requisito indispensable para la industria actual que se enfrenta a la necesidad de mejorar la calidad, disminuir los costes y acortar los tiempos de diseño y producción. La única alternativa para conseguir este triple objetivo es la de utilizar la potencia de las herramientas informáticas actuales e integrar todos los procesos, para reducir los costes (de tiempo y dinero) en el desarrollo de los productos y en su fabricación. El uso cooperativo de herramientas de diseño y de fabricación ha dado lugar a la aparición de una nueva tecnología denominada ‘Fabricación Integrada por Ordenador’ e incluso se habla de la ‘Gestión Integrada por Ordenador’ como el ultimo escalón de automatización hacia el que todas las empresas deben orientar sus esfuerzos. Esta tecnología consiste en la gestión integral de todas las actividades y procesos desarrollados dentro de una empresa mediante un sistema informático. Para llegar a este escalón seria necesario integrar, además de los procesos de diseño y fabricación, los procesos administrativos y de gestión de la empresa lo que rebasa el objetivo más modesto de esta asignatura que se centra en los procesos de diseño y fabricación, básicos para la gestión integrada. CAD es el acrónimo de ‘Computer Aided Design’ o diseño asistido por computador. Se trata de la tecnología implicada en el uso de ordenadores para realizar tareas de creación, modificación, análisis y optimización de un diseño. De esta forma, cualquier aplicación que incluya una interfaz gráfica y realice alguna 23

tarea de ingeniería se considera software de CAD. Las herramientas de CAD abarcan desde herramientas de modelado geométrico hasta aplicaciones a medida para el análisis u optimización de un producto especifico. Entre estos dos extremos se encuentran herramientas de modelado y análisis de tolerancias, calculo de propiedades físicas (masa, volumen, momentos, etc.), modelado y análisis de elementos finitos, ensamblado, etc. La función principal en estas herramientas es la definición de la geometría del diseño (pieza mecánica, arquitectura, circuito electrónico, etc.) ya que la geometría es esencial para las actividades subsecuentes en el ciclo de producto descrito en la figura 1.2. La geometría de un objeto se usa en etapas posteriores en las que se realizan tareas de ingeniería y fabricación. De esta forma se habla también de Ingeniería asistida por Ordenador o Computer Aided Engineering (CAE) para referirse a las tareas de análisis, evaluación, simulación y optimización desarrolladas a lo largo del ciclo de vida del producto. De hecho, este es el mayor de los beneficios de la tecnología CAD, la reutilización de la información creada en la etapa de síntesis en las etapas de análisis y también en el proceso CAM. El termino CAD se puede definir como el uso de sistemas informáticos en la creación, modificación, análisis u optimización de un producto. Dichos sistemas informáticos constarían de un hardware y un software que se describe en el tema 2. El termino 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. Así pues, las aplicaciones del CAM se dividen en dos categorías: •

Interfaz directa: Son aplicaciones en las que el ordenador se conecta directamente con el proceso de producción para monitorizar su actividad y realizar tareas de supervisión y control. Así pues estas aplicaciones se dividen en dos grupos: 

Supervisión: implica un flujo de datos del proceso de producción al computador con el propósito de observar el proceso y los recursos asociados y recoger datos.



Control: supone un paso más allá que la supervisión, ya que no solo se observa el proceso, sino que se ejerce un control basándose en dichas observaciones.

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•

Interfaz indirecta: Se trata de aplicaciones en las que el ordenador se utiliza como herramienta de ayuda para la fabricación, pero en las que no existe una conexión directa con el proceso de producción.

La figura 1.1 muestra de forma grafica la diferencia entre estos dos tipos de aplicaciones.

Supervisión

datos proceso

datos proceso Control

señales control Figura 1.1 Supervisión y control

Una de las técnicas más utilizadas en la fase de fabricación es el Control Numérico. Se trata de la tecnología que utiliza instrucciones programadas para controlar maquinas herramienta que cortan, doblan, perforan o transforman una materia prima en un producto terminado. Las aplicaciones informáticas son capaces de generar, de forma automática, gran cantidad de instrucciones de control numérico utilizando la información geométrica generada en la etapa de diseño junto con otra información referente a materiales, máquinas, etc. que también se encuentra en la base de datos. Los esfuerzos de investigación se concentran en la reducción de la intervención de los operarios. Otra función significativa del CAM es la programación de robots que operan normalmente en células de fabricación seleccionando y posicionando herramientas y piezas para las máquinas de control numérico. Estos robots también pueden realizar tareas individuales tales como soldadura, pintura o transporte de equipos y piezas dentro del taller. 25

La planificación de procesos es la tarea clave en para conseguir la automatización deseada, sirviendo de unión entre los procesos de CAD y CAM. El plan de procesos determina de forma detallada la secuencia de pasos de producción requeridos para fabricar y ensamblar, desde el inicio a la finalización del proceso de producción. Aunque la generación automática de planes de producción es una tarea compleja, el uso de la Tecnología de Grupos supone una gran ayuda, ya que permite generar nuevos planes a partir de los planes existentes para piezas similares. Las piezas se organizan en familias y cada nueva pieza se clasifica dentro de una familia, según las características o los elementos que la componen. Esta tarea puede realizarse fácilmente utilizando técnicas de Modelado Basado en Características (Feature-Based Modeling) junto con la Tecnología de Grupos. Además, los sistemas informáticos pueden usarse para determinar el aprovisionamiento de materias primas y piezas necesarias para cumplir el programa de trabajo de la manera más eficiente, minimizando los costes financieros y de almacenaje. Esta actividad se denomina Planificación de Recursos Materiales (Material Requirement Planning o MRP). También es posible ejercer tareas de monitorización y control de la actividad de las maquinas del taller que se integran bajo el nombre de Planificación de Recursos de Manufacturación (Manufacturing Requirement Planning o MRPII). La Ingeniería Asistida por Ordenador (Computer Aided Engineering o CAE) es la tecnología que se ocupa del uso de sistemas informáticos para analizar la geometría generada por las aplicaciones de CAD, permitiendo al diseñador simular y estudiar el comportamiento del producto para refinar y optimizar dicho diseño. Existen herramientas para un amplio rango de análisis. Los programas de cinemática, por ejemplo, pueden usarse para determinar trayectorias de movimiento y velocidades de ensamblado de mecanismos. Los programas de análisis dinámico de (grandes) desplazamientos se usan para determinar cargas y desplazamientos en productos complejos como los automóviles. Las aplicaciones de temporización lógica y verificación simulan el comportamiento de circuitos electrónicos complejos. El método de análisis por ordenador más ampliamente usado en ingeniería es el método de elementos finitos o FEM (de Finite Element Method). Se utiliza para determinar tensiones, deformaciones, transmisión de calor, distribución de campos magnéticos, flujo de fluidos y cualquier otro problema de campos continuos que serian prácticamente imposibles de resolver utilizando otros métodos. En este método, la estructura se representa por un modelo de análisis constituido de elementos interconectados que dividen el problema en elementos manejables por el ordenador.

26

Como se ha mencionado anteriormente, el método de elementos finitos requiere más un modelo abstracto de descomposición espacial que la propia geometría del diseño. Dicho modelo se obtiene eliminando los detalles innecesarios de dicha geometría o reduciendo el numero de dimensiones. Por ejemplo, un objeto tridimensional de poco espesor se puede convertir en un objeto bidimensional cuando se hace la conversión al modelo de análisis. Por tanto, es necesario generar dicho modelo abstracto de forma interactiva o automática para poder aplicar el método de elementos finitos. Una vez creado dicho modelo, se genera la malla de elementos finitos para poder aplicar el método. Al software que se encarga de generar el modelo abstracto y la malla de elementos finitos se le denomina pre-procesador. Después de realizar el análisis de cada elemento, el ordenador ensambla los resultados y los visualiza. Las regiones con gran tensión se destacan, por ejemplo, mostrándose en color rojo. Las herramientas que realizan este tipo de visualización se denominan post-procesadores. Existen también numerosas herramientas para la optimización de diseños. Se están realizando investigaciones para determinar automáticamente la forma de un diseño, integrando el análisis y la optimización. Para ello se asume que el diseño tiene una forma inicial simple a partir de la cual el procedimiento de optimización calcula los valores óptimos de ciertos parámetros para satisfacer un cierto criterio al mismo tiempo que se cumplen unas restricciones, obteniéndose la forma optima con dicho parámetros. La ventaja del análisis y optimización de diseños es que permite a los ingenieros determinar como se va a comportar el diseño y eliminar errores sin la necesidad gastar tiempo y dinero construyendo y evaluando prototipos reales. Ya que el coste de reingeniería crece exponencialmente en las ultimas etapas del desarrollo de un producto y en la producción, la optimización temprana que permiten las herramientas CAE supone un gran ahorro de tiempo y una notable disminución de costes. Así pues, CAD; CAM y CAE son tecnologías que tratan de automatizar ciertas tareas del ciclo de producto y hacerlas más eficientes. Dado que se han desarrollado de forma separada, aun no se han conseguido todos los beneficios potenciales de integrar las actividades de diseño y fabricación del ciclo de producto. Para solucionar este problema ha aparecido una nueva tecnología: la fabricación integrada por ordenador o CIM (de 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 27

negocio que un sistema informático. El CIM sobrepasa los objetivos de esta asignatura y se tratará resumidamente en el tema 8. 2. CAD/CAM en el proceso de diseño y fabricación. En la práctica, el CAD/CAM se utiliza de distintas formas, para producción de dibujos y diseño de documentos, animación por computador, análisis de ingeniería, control de procesos, control de calidad, etc. Por tanto, para clarificar el ámbito de las técnicas CAD/CAM, las etapas que abarca y las herramientas actuales y futuras, se hace necesario estudiar las distintas actividades y etapas que deben realizarse en el diseño y fabricación de un producto. Para referirnos a ellas emplearemos el termino ciclo de producto, que aparece reflejado en la figura 1.2.

Figura 1.2 Ciclo de producto típico

Para convertir un concepto o idea en un producto, se pasa por dos procesos principales, el de diseño y el de fabricación. A su vez, el proceso de diseño se puede dividir en una etapa de síntesis, en la que se crea el producto y una etapa de análisis en la que se verifica, optimiza y evalúa el producto creado. Una vez finalizadas estas etapas se aborda la etapa de fabricación en la que, en primer lugar se planifican los procesos a realizar y los recursos necesarios, pasando después a la fabricación del producto. Como ultimo paso se realiza un control de calidad del producto resultante antes de pasar a la fase de distribución y marketing. 28

Debido a la demanda del mercado de productos cada vez más baratos, de mayor calidad y cuyo ciclo de vida se reduce cada vez mas, se hace necesaria la intervención de los ordenadores para poder satisfacer estas exigencias. Mediante el uso de técnicas de CAD/CAM se consigue abaratar costes, aumentar la calidad y reducir el tiempo de diseño y producción. Estos tres factores son vitales para la industria actual.

Dentro del ciclo de producto descrito se ha incluido un conjunto de tareas agrupadas en proceso CAD y otras en proceso CAM, que, a su vez, son subconjuntos del proceso de diseño y proceso de fabricación respectivamente. Las figuras 1.3 y 1.4 muestran ambos procesos con más detalle. Las herramientas requeridas para cada proceso aparecen en las tablas 1.1 y 1.2. Definición del modelo geometrico

Modelo geométrico

Definición del traductor

Algoritmos de interface

Cambios en el diseño

Modelo geométrico

Planificación de procesos

Algoritmos de interface

Programación Control Numérico

Algoritmos de análisis

Inspección

Generación de planos y detalles

Ensamblado

Documentación

Al proceso CAM

Embalaje

Fig. 1.3 El proceso CAD

A distribución y marketing

Fig. 1.4 El proceso CAM

FASE DE DISEÑO HERRAMIENTAS CAD REQUERIDAS Conceptualización del diseño Herramientas de modelado geométrico Modelado del diseño y Las anteriores más herramientas de animación, simulación ensamblaje y aplicaciones de modelado especificas Análisis del diseño Aplicaciones de análisis generales (FEM), aplicaciones a medida Optimización del diseño Aplicaciones a medida, optimización estructural Evaluación del diseño Herramientas de acotación, tolerancias, listas de materiales 29

Informes y documentación

Herramientas de dibujo de planos y detalles, imágenes color Tabla 1.1: Herramientas CAD para el proceso de diseño FASE DE FABRICACIÓN HERRAMIENTAS CAM REQUERIDAS Planificación de procesos Herramientas CAPP, análisis de costes, especificaciones de materiales y herramientas Mecanizado de piezas Programación de control numérico Inspección Aplicaciones de inspección Ensamblaje Simulación y programación de robots Tabla 1.2: Herramientas CAM para el proceso de fabricación

3. Desarrollo histórico

En la historia del CAD/CAM se pueden encontrar precursores de estas técnicas en dibujos de civilizaciones antiguas como Egipto Grecia o Roma. Los trabajos de Leonardo da Vinci muestran técnicas CAD actuales como el uso de perspectivas. Sin embargo, el desarrollo de estas técnicas esta ligado a la evolución de los ordenadores que se produce a partir de los años 50. A principios de la decada1950 aparece la primera pantalla gráfica en el MIT capaz de representar dibujos simples de forma no interactiva. En esta época y también en el MIT se desarrolla el concepto de programación de control numérico. A mediados de esta década aparece el lápiz óptico que supone el inicio de los gráficos interactivos. A finales de la década aparecen las primeras máquinas herramienta y General Motors comienza a usar técnicas basadas en el uso interactivo de gráficos para sus diseños. La década de los 90 se caracteriza por una automatización cada vez más completa de los procesos industriales en los que se va generalizando la integración de las diversas técnicas de diseño, análisis, simulación y fabricación. La evolución del hardware y las comunicaciones hacen posible que la aplicación de técnicas CAD/CAM este limitada tan solo por la imaginación de los usuarios. En la actualidad, el uso de estas técnicas ha dejado de ser una opción dentro del ámbito industrial, para convertirse en la única opción existente. Podemos afirmar por tanto que el CAD/CAM es una tecnología de supervivencia. Solo aquellas empresas que lo usan de forma eficiente son capaces de mantenerse en un mercado cada vez más competitivo. 30

A modo de resumen, la tabla 1.3 muestra algunos de los hechos más relevantes de la evolución del CAD/CAM. Años 50 y 60

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 Los minicomputadores son cabinas y cuestan unos pocos millones Años 70 CAD significa Computer Aided Drafting Aparecen los primeros sistemas 3D (prototipos) Potencia de los sistemas limitada modelado de elementos finitos, control numérico Aparecen empresas como Computervision o Applicon Celebración del primer SIGGRAPH y aparición de IGES Principios 80 Incremento de potencia (32 bits) 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 Finales 80 Nace Autocad y los PC´s Menor precio y mayor funcionalidad de los sistemas Los sistemas potentes están basados en estaciones Unix El mercado del CAD se generaliza en las empresas Principios 90 Automatización completa procesos industriales Integración técnicas diseño, análisis, simulación y fabricación Tecnología de supervivencia Estaciones PC Nuevas funcionalidades: modelado sólido, paramétrico, restricciones Finales 90 - Internet e Intranets lo conectan todo Siglo XXI El precio del Hardware cae La potencia aumenta Gran cantidad de aplicaciones Se impone el PC Tabla 1.3: Evolución

31

4. Componentes del CAD/CAM Los fundamentos de los sistemas de Diseño y fabricación asistidos por ordenador son muy amplios, abarcando múltiples y diversas disciplinas, entre las que cabe destacar las siguientes: •

Modelado geométrico: Se ocupa del estudio de métodos de representación de entidades geométricas. Existen tres tipos de modelos: alámbricos, de superficies y sólidos, y su uso depende del objeto a modelar y la finalidad para la que se construya el modelo. Se utilizan modelos alámbricos para modelar perfiles, trayectorias, redes, u objetos que no requieran la disponibilidad de propiedades físicas (áreas, volúmenes, masa). Los modelos de superficie se utilizan para modelar objetos como carrocerías, fuselajes, zapatos, personajes, donde la parte fundamental del objeto que se esta modelando es el exterior del mismo. Los modelos sólidos son los que más información contienen y se usan para modelar piezas mecánicas, envases, moldes, y en general, objetos en los que es necesario disponer de información relativa a propiedades físicas como masas, volúmenes, centro de gravedad, momentos de inercia, etc.

•

Técnicas de visualización: Son esenciales para la generación de imágenes del modelo. Los algoritmos usados dependerán del tipo de modelo, abarcando desde simples técnicas de dibujo 2D para el esquema de un circuito eléctrico, hasta la visualización realista usando trazado de rayos o radiosidad para el estudio de la iluminación de un edificio. Es habitual utilizar técnicas especificas para la generación de documentación dependiente de la aplicación, como por ejemplo, curvas de nivel, secciones o representación de funciones sobre sólidos o superficies.

•

Técnicas de interacción grafica: Son el soporte de la entrada de información geométrica del sistema de diseño. Entre ellas, las técnicas de posicionamiento y selección tienen una especial relevancia. Las técnicas de posicionamiento se utilizan para la introducción de coordenadas 2D o 3D. Las técnicas de selección permiten la identificación interactiva de un componente del modelo, siendo por tanto esenciales para la edición del mismo.

•

Interfaz de usuario: Uno de los aspectos más importantes de una aplicación CAD/CAM es su interfaz. Del diseño de la misma depende en gran medida la eficiencia de la herramienta.

•

Base de datos: Es el soporte para almacenar toda la información del modelo, desde los datos de diseño, los resultados de los análisis que se realicen y la información de fabricación. El diseño de las bases de datos para sistemas CAD/CAM plantea una serie de problemas específicos por la naturaleza de la información que deben soportar.

•

Métodos numéricos: Son la base de los métodos de calculo empleados para realizar las aplicaciones de análisis y simulación típicas de los sistemas de CAD/CAM. 32

•

Conceptos de fabricación: Referentes a máquinas, herramientas y materiales, necesarios para entender y manejar ciertas aplicaciones de fabricación y en especial la programación de control numérico.

•

Conceptos de comunicaciones: Necesarios para interconectar todos los sistemas, dispositivos y máquinas de un sistema CAD/CAM.

Modelado Geométrico Técnicas de Interacción

Visualización

CAD/CAM

Base de datos

Conceptos fabricación Interfaz usuario

Métodos numéricos Comunicaciones

Fig. 1.5 Componentes del CAD

/CAM

Otra forma alternativa de estudiar los componentes del CAD/CAM se basa en como se implementan. Según este criterio el CAD estaría formado por el hardware más el software de diseño y el CAM estaría formado por el hardware más el software de fabricación y además los mecanismos de comunicación necesarios para establecer la comunicación con las maquinas y robots. Estos conceptos se ampliarán en el tema 2.

Mecánica Es el campo donde más uso se he hecho tradicionalmente, fomentado sobre todo por la industria automovilística y aeroespacial que han llevado la iniciativa de la tecnología CAD/CAM. Las aplicaciones más habituales del CAD/CAM mecánico incluyen:       

Librerías de piezas mecánicas normalizadas Modelado con NURBS y sólidos paramétricos. Modelado y simulación de moldes Análisis por elementos finitos. Fabricación rápida de prototipos. Generación y simulación de programas de control numérico. Generación y simulación de programación de robots. 33

 

Planificación de procesos. Traductores de formatos neutros (IGES, STEP).

PLANEACIÓN DE PROCESOS La planeación de procesos se relaciona con la selección de métodos de producción: herramientas, soportes fijos, maquinaria, secuencia de operaciones y ensamble. Todas estas actividades deben planearse, lo que tradicionalmente han hecho los planeadores de procesos. La secuencia de procesos y operaciones por realizar, las máquinas por emplear, el tiempo normal de cada operación e información similar se documentan en una hoja de ruta. Cuando se hace en forma manual, esta tarea implica mano de obra intensa, consume mucho tiempo y se basa principalmente en la experiencia del planeador de procesos. La práctica moderna de las hojas de ruta consiste en guardar la información correspondiente en computadoras y adherir un código de barras (u otra identificación) a la parte. Después se pueden revisar los datos en un monitor dedicado.

HOJA DE OPERACIÓN O RUTA Hojas de operación pueden incluir información adicional sobre materiales, herramientas,

tiempo

estimado

para

cada

operación,

parámetros

de

procesamiento (como velocidades y avances de corte) y demás información. La hoja de ruta avanza con la parte de operación en operación (Fig. 1.5.3)

34

La práctica actual es almacenar todos los datos relevantes en computadoras y adherir un código de barras a la parte que sirve como clave para la base de datos de información de las partes.

Fig. 1.5.3 Hoja de ruta u operación.

35

LA PLANEACIÓN DE PROCESOS ASISTIDA POR COMPUTADORA (CAPP) Proceso de planificación que se traduce en la información de diseño en las etapas del proceso y las instrucciones de manera eficiente y eficaz la fabricación de productos. Como el proceso de diseño está apoyado por computadora con ayuda de muchos instrumentos (CAPP) se ha desarrollado para simplificar y mejorar el proceso de planificación y lograr un uso más eficaz de los recursos de fabricación . La planeación de procesos asistida por computadora (CAPP, por sus siglas en inglés) realiza esta compleja tarea viendo la operación total como un sistema integrado, de manera que los pasos individuales comprendidos en la fabricación de cada parte se coordinan con otros y se realizan de manera eficiente y confiable. Aunque la CAPP requiere gran cantidad de software y buena coordinación con CAD/CAM (así como otros aspectos de sistemas integrados de manufactura comentados en el resto de este capítulo), es una herramienta poderosa para planear y programar de manera eficiente las operaciones de manufactura. La CAPP es muy efectivo. ELEMENTOS DEL SISTEMA CAPP Existen dos tipos de sistemas de planeación de procesos asistida por computadora: variante y generativo Sistema variante También conocido como sistema derivativo, estos archivos de computadora contienen un plan de procesos estándar para la parte por manufacturar. Se investiga en la base de datos, mediante un número de código de la parte, para encontrar un plan estándar (basado en la forma y las características de manufactura de la parte). El plan se recupera, se muestra en pantalla para revisión y se imprime como hoja de ruta. El plan de procesos variante incluye información como los tipos de herramientas y máquinas que se utilizarán, la secuencia de operaciones de manufactura por realizar, las velocidades, los avances y el tiempo requerido para cada secuencia. También se pueden efectuar modificaciones menores a un plan de procesos ya existente (que por lo general son necesarias). En el sistema variante, si el plan 36

estándar de una parte específica no está en los archivos de la computadora, se recupera un plan que se aproxime a aquél (con un número de código similar y una hoja de ruta existente). Si dicha hoja no existe, se hace una para la nueva parte y se almacena en la memoria de la computadora. Sistema generativo En éste se crea un plan de procesos automáticamente con base en los mismos procedimientos lógicos que seguiría un planeador tradicional de procesos en la fabricación de una parte específica. Sin embargo, el sistema generativo es complejo, porque debe contener información vasta y detallada de la forma y las dimensiones de la parte; capacidades del proceso; selección de los métodos de manufactura, maquinaria y herramientas, y la secuencia de operaciones por realizar en la producción de partes de bajo volumen y alta variedad.

TECNOLOGIA DE GRUPOS La tecnología de grupos (GT, por sus siglas en inglés) es un concepto que busca aprovechar las similitudes de diseño y procesamiento entre las partes a producir. El término “tecnología de grupos” se utilizó por primera vez en 1959, pero no fue sino hasta que aumentó el uso de computadoras interactivas en la década de 1970 que esta tecnología se desarrolló de manera significativa. La similitud en las características de partes similares sugiere que se pueden obtener beneficios mediante la clasificación y codificación de estas partes en familias. Al desensamblar cada producto en sus componentes individuales e identificar las partes similares, una compañía descubrió que 90% de las 3000 partes fabricadas por una compañía entraban en sólo cinco familias principales. Las ventajas principales de la tecnología de grupos son las siguientes: •Hace posible estandarizar el diseño de partes y minimizar la duplicación de diseños. Se pueden desarrollar nuevos diseños de partes utilizando diseños parecidos (incluso previamente usados), y así se puede ahorrar una cantidad significativa de 37

tiempo y esfuerzo. El diseñador de productos puede determinar con rapidez si los datos de una parte similar ya existen en los archivos de la computadora. • Los datos que reflejan la experiencia del diseñador y el planeador del proceso de manufactura se almacenan en la base de datos. Así, un ingeniero de nuevo ingreso se puede beneficiar rápidamente con dicha experiencia recuperando cualquiera de los diseños anteriores y planes de proceso.

SISTEMA DE MANUFACTURA El término sistema se deriva de la palabra griega systema, que significa “combinar”. El sistema ha llegado a significar el arreglo de entidades físicas con parámetros de interacción identificable y cuantificable. Como ya se vio en diversos capítulos,

la

manufactura

conlleva

una

gran

cantidad

de

actividades

interdependientes que constan de distintas entidades, de ahí que pueda tratarse como un sistema. La manufactura es un sistema complejo porque consta de muy diversos elementos físicos y humanos, algunos de los cuales son difíciles de predecir y controlar. Entre estas dificultades figuran factores como el suministro y costo de materias primas, cambios de mercados nacionales y globales, el impacto de tecnologías en constante desarrollo, así como el comportamiento y desempeño humanos. En términos ideales, un sistema de manufactura debe representarse mediante modelos matemáticos y físicos que muestren la naturaleza y el grado de interdependencia de todas las variables comprendidas. De esta manera, se pueden analizar los efectos de un cambio o perturbación ocurrido en cualquier parte del sistema y realizarse los ajustes necesarios.

SISTEMA DE MANUFACTURA FLEXIBLE Un sistema flexible de manufactura (FMS, por sus siglas en inglés) integra todos los elementos importantes de la manufactura en un sistema altamente automatizado. Utilizado por primera vez a finales de la década de 1960, un FMS consta de varias celdas de manufactura, cada una con un robot industrial (que da servicio a 38

diversas máquinas CNC) y un sistema automatizado de manejo de materiales, todo conectado a la computadora central. Desde ésta se pueden descargar diferentes instrucciones para cada una de las partes sucesivas que pasan a través de una estación de trabajo en particular. El sistema puede manejar una variedad de configuraciones de partes y producirlas en cualquier orden. Este sistema altamente automatizado tiene la capacidad de optimizar cada paso de la operación total. Estos pasos pueden comprender (a) uno o más procesos y operaciones, como maquinado, rectificado, corte, formado, metalurgia de polvos, tratamiento térmico y acabado; (b) manejo de materias primas; (c) medición e inspección, y (d) ensamble. Las aplicaciones más comunes de FMS a la fecha han sido en operaciones de maquinado y ensamble. El FMS puede considerarse un sistema que combina los beneficios de otros dos sistemas: (1) la alta productividad de las inflexibles líneas de transferencia, y (2) la producción de trabajo en taller (job shop), que puede fabricar gran variedad de productos en máquinas autónomas, pero es ineficiente. En comparación con los sistemas convencionales de manufactura, los beneficios principales del FMS son los siguientes: • Las partes se pueden producir de manera aleatoria, en tamaños de lotes tan pequeños y costo unitario inferior. • Se reducen o eliminan la mano de obra directa y los inventarios. • Los tiempos requeridos para cambios de productos son más cortos. • Debido a que el sistema es de autocorrección, la producción es más confiable y la calidad de los productos, uniforme.

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Fig. Esquema de un Sistema Flexible .Fuente: J. T. Black. Tabla 1.5.1

Elementos del FMS. Los elementos básicos de un sistema flexible de manufactura son: (a) estaciones de trabajo y celdas; (b) manejo y transporte automatizados de materiales y partes, y (c) sistemas de control. Las estaciones de trabajo se arreglan para rendir la mayor eficiencia en la producción con un flujo ordenado de materiales y partes en proceso a través del sistema.

Código CNC PZA 1 G28G2690; TIG43; G53;

G52X86Y-156Z-156; F500 1500; M03; 40

G00 X 4 Y 14; G0025; M08; G81 X5 Y14Z-3R0: G00Z5; M09; T3G43; G00X0Y0 10L25W3OZ-10R003D3; GOO25; M09; T1643; G00X12.5Y25; G00Z5; M08; G81X12.5Y25Z-21R0; G00Z5; M09; 13C43; G00Z5; M08; G25X12.5Y17I12.5J25Z-25R0Q5D5; G00Z5; M09; TIG43; G00X25Y17.5; G00Z5; M08; G81X28.5Y19Z-5R0; G00Z5;

M09; T3G43; G00Z5; M08; G24X20Y15L65W2DZ-5R0Q; G00Z5; M09; T1G43; G00X41Y4; G0025; M08; G81X44.5Y4Z-3R0; G00Z5; M09; T3643; G00X41Y25; G00Z5; M08; G24X41Y-5L20W60Z-5R00; G00Z5; M09; T1G43; G00X51Y25; G00Z5; M09; G00Z5; G25X51Y17151J25Z-21R0Q5; M08; M02;

Bibliografía

https://www.importancia.org/manufactura.php

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