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7.   PROCESO DE MANUFACTURACIÓN3. Sistemas de fabricaciónCombinación de recursos materiales (materia prima y herramientas)...
7.   PROCESO DE MANUFACTURACIÓN4. Proceso de Fabricación“Design for manufacturing”Tener en cuenta en etapa diseño aspectos...
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7.   PROCESO DE MANUFACTURACIÓN                          Figura 7-9: Grafo de planificación                            Fig...
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7.    PROCESO DE MANUFACTURACIÓNProgramación de cortes  •    Programación de herramienta: Considera diámetro herramienta. ...
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  1. 1. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN 7Proceso de ManufacturaciónEn esta unidad se revisa los componentes más importantes del proceso CAM y su integración con elCAD, 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 piezas1. IntroducciónMeta: 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 NuméricoAutomatización depende de la integración CAD/CAMTecnologías y desarrollos distintos han confluido en el proceso de integraciónCAD/CAM 1
  2. 2. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN Figura 7-1: Relación entre diseño y fabricación2. Ciclo de producciónPasos 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 2
  3. 3. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN3. Sistemas de fabricaciónCombinación de recursos materiales (materia prima y herramientas) y humanoscondicionados por requerimientos de diseño.Clasificación • Continuos (transformación) • Discretos (ensamblado)Evolución hacia sistemas cada vez más flexiblesTipos: 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 3
  4. 4. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN4. Proceso de Fabricación“Design for manufacturing”Tener en cuenta en etapa diseño aspectos de fabricaciónTipos 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 fabricar5. Requerimientos para la integraciónIntegración CAD/CAM → CIMPrincipal Objetivo CIM → B.D. integrada para soportar el proceso de diseño yfabricación en el ciclo de producciónTecnologías relacionadas con la B.D. central: CAD, CAM, FMS, gestión deproducción 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, FortramIntegración se prevé como el futuro y se esta trabajando en mejorarla 4
  5. 5. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓNImportante utilizar información CAD para programación NCTecnología 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 procesosConvertir datos de diseño en instrucciones de fabricación requeridas paraconvertir 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 costesConexión 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. 5
  6. 6. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓNCAPP Computer Aided Process Planning • Manual • CAPP variante • CAPP generativaManualBasada 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 6
  7. 7. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN Figura 7-5: Ejemplos de ‘features’ de fabricación Figura 7-6: Ejemplos de ‘subfeatures’ de fabricación 7
  8. 8. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN Figura 7-7: Grafo de preparación Figura 7-8: Grafo de interacción 8
  9. 9. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN Figura 7-9: Grafo de planificación Figura 7-9: Plan de procesosCAPP VarianteMétodo manual ineficaz.Beneficios CAPP: Automatización, almacenamiento y control informático(creación y modificación).CAPP variante extensión de manual asistida por ordenador. Nuevos planes seobtienen editando los anteriores. 9
  10. 10. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓNComponentes: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 GenerativaMétodo completamente automático.Toma información geométrica y de fabricación y utiliza métodos de búsqueda ydecisiones lógicasNo 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 característicasgeométricas (tamaño, posición, tolerancia) con los procesos de fabricación(máquina, herramienta, anclaje, etc.).Lógica de decisión: estructura de la lógica de planificación y datos. Determinaoperaciones pertinentes, máquina, etc. • Diagrama de flujo. • Árbol de decisión. • Sistemas expertos. 10
  11. 11. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN7. 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 deherramienta mediante programas de NC.EvoluciónHardware: 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 11
  12. 12. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓNMovimiento de las máquinasDiferentes 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 laherramienta. • 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,cNúmero 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 12
  13. 13. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓNClasificación máquinasTipo de máquina: • Punto a punto (PTP) • De trayectoria continua Figura 7-13: Clasificaccion de las máquinas herramienta según el tipo de mecanizadoEstructura MCU: • NC • CNC • DNCPTP: máquina más simple (taladro), operaciones en puntos concretos. Nosiempre en contacto con la pieza a lo largo de su trayectoria.Trayectoria continua: Pieza en contacto con herramienta durante toda latrayectoria. 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 sedebe 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 generacióninformes (ratios producción, trabajo en curso, rechazos, etc.).DNC: Host + máquinas CNC + redHost almacena programas NC y los carga en cada una de las máquinas.Realimentación. Generación de informes. Diferentes niveles jerárquicos deordenadores y redes. Ventaja: centraliza la información de control del sistema. 13
  14. 14. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN Figura 7-14: Clasificaccion de las máquinas herramienta según el tipo de controladorProcedimiento para la programación NCGenerar 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) enlenguaje 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 • PostprocesoConceptos programación NCSistema 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 delcentro de intersecciones de cortes. Conocimientos: trigonometría, relacionesángulos, geometría analítica.Fuerzas de las máquinas: Elección velocidad y paso adecuados. Alta velocidady paso: superficies rugosas y roturas herramienta. Tablas según ratio deeliminación de material y potencia. 14
  15. 15. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓNProgramación 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 definenrespecto a un origen dado.Programación incremental: los movimientos se definen desde posición deherramienta inmediatamente anterior.Posicionamiento rápido: en vacío a máxima velocidad.Interpolación lineal: trayectoria recta permitiendo movimiento sobre los ejes adiferentes velocidades.Interpolación circular: trayectoria circularSubrutinas estándar: librería de funciones fijas o variables. Figura 7-15: Calculo matematico de trayectorias de herramienta 15
  16. 16. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓNLenguajes de programación NCDiferencia lenguajes de programación ( C, Pascal): lenguajes de NC controlanherramientas.APT: Automatically programmed tools. Similares ADAPT, EDAPT, EXAPT,ANIAPT, MINIAPT, etc..ISO, COMPACT II, SPLIT, PROMPT, CINTURN IICaracterísticas: • 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 APTPermite controlar hasta 5 ejes4 tipos de sentencias. • Geométricas • De movimiento • Postprocesador • AuxiliaresSentencias geométricassímbolo =entidad geométrica/datos de entidad geométricasímbolo → variable (≤ 6 caracteres)entidad geométrica → palabra reservadaP1=POINT/3.0, 2.0, -1.0P2=POINT/6.0, 5.0, 3.0P3=POINT/4.0, 2.0, 2.0L1=LINE/P1,P2C1=CIRCLE/CENTER,P1,RADIUS,1.5 (por defecto plano XY)PL1=PLANE/P1,P2,P3 16
  17. 17. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓNModificadores: CENTER, INTOF, PARLLEL, PERPTO, XLARGE, YLARGE, ZLARGE, XSMALL, YSMALL, ZSMALLL2=LINE/P3,PARALLEL,L1P4=POINT/INTOF,L1,L2Sentencias de movimientoComando de movimiento / datos de movimientoFROM/P1 posición de reposo P1Movimiento PTPGOTO/3.0,4.0,-2.0 mov abs sobre el origenGODLTA/2.0,-1.0,0.0 mov incrementalMovimiento 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 ultimaSuperficies en planos paralelos a XY se pueden sustituir por líneas o círculosSentencias de postprocesoSentencias especificación de herramienta:CUTTER/dd→ diámetro, offset automáticoOtras: MACHIN, PARTNO, COOLNT, RAPID, STOP, FINI 17
  18. 18. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓN Figura 7-17: Superficies que guian la herramienta en mecanizado de trayectoria continuaMacrosSubrutinas en APT.Formato: Símbolo = MACRO/definición de parámetros M TERMACLlamadas: CALL/símbolo, especificación de parámetrosEjemplo: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 18
  19. 19. 7. PROCESO DE MANUFACTURACIÓNEjercicios:Ejercicio 1: Realizar el programa de control numérico para mecanizar lostaladros de la figura. Espesor 1.0000 in, velocidad perforación 500 rpm, paso3.55 in/min, máquina herramienta nº 5 DRILL Ø 0.75 in.Ejercicio 2: Realizar el programa de control numérico para mecanizar elcontorno de la pieza de la figura. Herramienta Ø 0.75 in, pieza acero→velocidad580 rpm, paso 2.30 in/min, máquina herramienta MILL5 19

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