Este documento describe el proceso de manufacturación de piezas. Explica que el diseño determina la fabricación y que la integración CAD/CAM es importante. Detalla los pasos del ciclo de producción como la planificación de procesos, la programación de control numérico y los tipos de sistemas y máquinas de fabricación. Finalmente, cubre temas como la clasificación de máquinas, los movimientos y la estructura del control numérico. En resumen, provee una descripción general del proceso de convertir un diseño en una pieza manufactur

1. 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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2. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN
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. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN
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. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN
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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5. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN
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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6. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN
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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7. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN
Figura 7-5: Ejemplos de ‘features’ de fabricación
Figura 7-6: Ejemplos de ‘subfeatures’ de fabricación
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8. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN
Figura 7-7: Grafo de preparación
Figura 7-8: Grafo de interacción
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9. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN
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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10. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN
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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11. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN
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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12. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN
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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13. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN
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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14. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN
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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15. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN
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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16. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN
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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17. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN
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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18. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN
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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19. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN
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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