CAD y CAM para una familia de piezas codificadas con tecnologia
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CAD Y CAM PARA UNA FAMILIA DE PIEZAS CODIFICADAS CON TECNOLOGIA DE GRUPO "GT" FELIPE ANDRES LUGO SALAZAR UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERIA DE DISEÑO & AUTOMATIZACION ELECTRONICA AREA DE AUTOMATIZACION DE PROCESOS SANTA FE DE BOGOTÁ D.C. 2008 1 CAD Y CAM PARA UNA FAMILIA DE PIEZAS CODIFICADAS CON TECNOLOGIA DE GRUPO "GT" FELIPE ANDRES LUGO SALAZAR Trabajo de Grado para optar al título de Ingeniero de Diseño y Automatización Electrónica Director JAIME HUMBERTO CARVAJAL ROJAS, Ph.D. Decano de la Facultad de Ingeniería de Diseño y Automatización Electrónica UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERIA DE DISEÑO & AUTOMATIZACION ELECTRONICA AREA DE AUTOMATIZACION DE PROCESOS BOGOTÁ, D.C. 2008 2 Nota de aceptación ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ _____________________________ Ing. Jaime Humberto Carvajal Rojas Director _____________________________ Ing. Pedro Fernando Martin Gómez Jurado _____________________________ Ing. Omar Henoc Parrado Garay Jurado 3 A Dios, A mis padres: Víctor y Aminta. Gracias. 4 AGRADECIMIENTOS El autor expresa sus agradecimientos a: Jaime Humberto Carvajal Rojas, Ph.D., Ingeniero Mecánico, Director del Trabajo de Grado y Decano de la Facultad de Ingeniería de Diseño y Automatización Electrónica de la Universidad De La Salle, por la orientación y el acompañamiento permanente durante el desarrollo del proyecto. Pedro Fernando Martin Gómez, M.Sc., Ingeniero Mecánico y Coordinador del Área de Automatización de Procesos de la Facultad de Ingeniería de Diseño y Automatización Electrónica de la Universidad De La Salle por sus correcciones, apreciaciones y sus valiosas contribuciones para llevar a cabo el presente proyecto. Omar Henoc Parrado Garay, Director del Área de Metal-Mecánica y Manufactura del Sena; por la orientación brindada a lo largo del desarrollo del proyecto y en especial por la colaboración prestada en cuanto al desarrollo en el área de manufactura asistida por computador -CAM- y control numérico -NC-. Silvio Andrés Salazar Martínez, M.Sc.(c) en Ingeniería con énfasis en Materiales, Ingeniero Mecánico y Coordinador del Laboratorio de Mecánica y Aeronáutica de la Universidad Pontificia Bolivariana en Medellín, Colombia; por su colaboración e invaluable contribución en el desarrollo del modelamiento de sólidos y manufactura asistida por computador -CAM- para torno en Ugs Unigraphics Nx 2. Ananth Kulkarni, Diplom in Tool and Die Making y Senior Design Engineer en Boehm+Leckner Multi Moulds Pvt.Ltd. en Katunayake, Sri Lanka; por su invaluable colaboración y permanente acompañamiento a lo largo del desarrollo realizado en Ugs Unigraphics Nx 2 y en especial por la ayuda brindada en el desarrollo del postprocesador para Fanuc para Torno CNC en el módulo “UG/PostBuilder” de Ugs Unigraphics Nx 2. La Universidad de La Salle y a La Facultad de Ingeniería de Diseño y Automatización Electrónica por todo lo brindado durante este tiempo. 5 CONTENIDO Pág. INTRODUCCION................................................................................................................................. 1 OBJETIVOS ........................................................................................................................................ 3 OBJETIVO GENERAL......................................................................................................................... 3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................................... 3 1. MARCO TEORICO.......................................................................................................................... 4 1.1. Manufactura............................................................................................................................ 4 1.1.1. Introducción a la manufactura............................................................................................ 4 1.1.1.1. Industrias de manufactura y sus productos .............................................................. 5 1.1.1.2. Productos manufacturados ....................................................................................... 6 1.1.1.3. Cantidad de producción y variedad de productos..................................................... 7 1.1.1.4. Capacidad de manufactura ....................................................................................... 8 1.1.1.5. Capacidad tecnológica de proceso ........................................................................... 8 1.1.1.6. Limitaciones físicas del producto .............................................................................. 8 1.1.1.7. Capacidad de producción.......................................................................................... 9 1.1.2. Los materiales en la manufactura...................................................................................... 9 1.1.3. Los procesos en la manufactura...................................................................................... 11 1.1.3.1. Operaciones de proceso ......................................................................................... 11 1.1.3.2. Operaciones de ensamble ...................................................................................... 14 1.1.4. Máquinas de producción y herramientas ......................................................................... 14 1.1.5. Sistemas de manufactura ................................................................................................ 15 1.1.5.1. Sistemas de manufactura flexible - FMS ................................................................ 16 1.1.6. CIM – Manufactura integrada por computador ................................................................ 20 1.1.6.1. CIM: El concepto. .................................................................................................... 21 1.1.6.2. ¿Qué es el CIM? ..................................................................................................... 22 1.1.7. Tecnología de grupo (GT)................................................................................................ 26 1.1.7.1. Familias de piezas................................................................................................... 27 1.1.7.2. Clasificación de las piezas y su codificación........................................................... 29 1.1.7.3. Beneficios de la tecnología de grupo ...................................................................... 33 1.1.8. Sistema de clasificación de OPITZ .................................................................................. 35 1.1.8.1. Código primario ....................................................................................................... 35 1.1.8.2. Código secundario .................................................................................................. 38 1.1.8.3. Ejemplo práctico ...................................................................................................... 43 1.1.9. Programación NC............................................................................................................. 45 1.1.9.1. El Controlador de una máquina en CN ................................................................... 46 1.1.9.2. El Programa de una máquina CN ........................................................................... 47 6 1.1.9.2.1. Bloques de programación............................................................................... 48 1.1.9.3. Tablas de comandos ............................................................................................... 50 2. METODOLOGÍA DE DISEÑO....................................................................................................... 54 1.2. Proceso creativo (primera fase) ........................................................................................... 55 1.2.1. Formulación del problema................................................................................................ 55 1.2.2. Definición del sistema ...................................................................................................... 55 1.2.3. Ideas preliminares............................................................................................................ 55 1.2.4. Diseño preliminar ............................................................................................................. 55 1.3. Ingeniería del proyecto (segunda fase)................................................................................ 55 1.3.1. Definición del conjunto final de piezas a trabajar ............................................................ 55 1.3.2. Desarrollo de los modelos CAD para las piezas de trabajo ............................................ 56 1.3.3. Integración del modelo CAD con software CAM. ............................................................ 56 1.3.4. Desarrollo de la simulación de fabricación. ..................................................................... 56 1.4. Implementación (tercera fase).............................................................................................. 56 1.4.1. Codificación de las piezas de trabajo .............................................................................. 56 3. DESARROLLO DEL PROYECTO................................................................................................. 57 3.1. Proceso creativo (primera fase) ........................................................................................... 57 3.1.1. Formulación del problema................................................................................................ 57 3.1.2. Definición del sistema ...................................................................................................... 59 3.1.2.1. Sistema global ......................................................................................................... 59 3.1.2.2. Sistema específico .................................................................................................. 63 3.1.3. Ideas preliminares............................................................................................................ 66 3.1.3.1. Determinación del software CAD/CAM ................................................................... 66 3.1.3.2. Determinación del hardware ................................................................................... 70 3.1.3.3. Limitantes de diseño ............................................................................................... 71 3.1.3.4. Diseño preliminar..................................................................................................... 89 3.2. Ingeniería del proyecto (Segunda Fase) .............................................................................. 96 3.2.1. Definición del conjunto final de piezas a trabajar ............................................................ 96 3.2.2. Desarrollo de los modelos CAD para las geometrías finales de trabajo ......................... 98 3.2.3. Integración del modelo CAD con software CAM ............................................................. 99 3.2.4. Desarrollo de la simulación de fabricación .................................................................... 110 3.3. Implementación (Tercera Fase) ........................................................................................ 116 3.3.1. Aplicación del sistema de clasificación de OPITZ ......................................................... 116 3.3.1.1. Codificación de las piezas de trabajo.................................................................... 116 CONCLUSIONES............................................................................................................................ 121 RECOMENDACIONES ................................................................................................................... 124 BIBLIOGRAFIA................................................................................................................................ 126 ANEXOS 7 LISTA DE TABLAS Pag. Tabla 1. Industrias productoras o abastecedoras de bienes y servicios. ........................................... 6 Tabla 2. Productos: bienes y servicios................................................................................................ 7 Tabla 3. Equipo de manufactura y herramientas. ............................................................................. 15 Tabla 4. Código Primario Opitz. ........................................................................................................ 41 Tabla 5. Código secundario Opitz. .................................................................................................... 42 Tabla 6. Comandos principales Torno CNC...................................................................................... 51 Tabla 7. Comandos Auxiliares Torno CNC. ...................................................................................... 52 Tabla 8. Torno CNC - Herramientas y operaciones.......................................................................... 79 Tabla 9. Fresadora CNC - Herramientas y operaciones................................................................... 80 Tabla 10. Montaje Alto - Piezas del montaje.................................................................................... 91 Tabla 11. Conjunto: Punto de giro - Montaje: Medio - Piezas del montaje...................................... 92 Tabla 12. Conjunto: Punto de giro - Montaje Básico - Piezas del montaje....................................... 93 Tabla 13. Conjunto: Transmisión - Montaje: Industrial - Piezas del montaje.................................... 94 Tabla 14. Montaje Industrial - Piezas del montaje. ........................................................................... 97 Tabla 15. Conjunto: Punto de giro - Montaje Básico-Medio-Avanzado - Programas NC. .............. 104 Tabla 16. Conjunto: Transmisión - Montaje Industrial - Programas NC. ........................................ 104 Tabla 17. Codificación Opitz - Conjunto: Punto de Giro. ................................................................ 117 Tabla 18. Conjunto de Piezas - Transmisión. ................................................................................. 118 8 LISTA DE ILUSTRACIONES Pag. Ilustración 1. Manufactura como proceso técnico............................................................................... 4 Ilustración 2. Manufactura como proceso económico......................................................................... 5 Ilustración 3. Relación entre los grupos de materiales. ...................................................................... 9 Ilustración 4. Clasificación de los procesos de manufactura. ........................................................... 12 Ilustración 5. Sistema de manufactura flexible (FMS)....................................................................... 16 Ilustración 6. Laboratorio CIM - Universidad De La Salle. ................................................................ 21 Ilustración 7. Modelo CIM.................................................................................................................. 25 Ilustración 8. Piezas de igual geometría con diferencias en manufactura........................................ 27 Ilustración 9. Piezas de manufactura similar con diferencias en geometría. .................................... 28 Ilustración 10. Disposición por tipo de proceso................................................................................ 28 Ilustración 11. Disposición de la tecnología de grupo....................................................................... 29 Ilustración 12. Código primario Opitz. ............................................................................................... 36 Ilustración 13. Código secundario Opitz............................................................................................ 38 Ilustración 14. Pieza mecanizada de revolución. .............................................................................. 43 Ilustración 15. Proceso de Ingeniería concurrente............................................................................ 54 Ilustración 16. Sistema global - Esquema. ........................................................................................ 60 Ilustración 17. Laboratorio CIM – Sistema global. ............................................................................ 60 Ilustración 18. Alimentación de materia prima. ................................................................................. 62 Ilustración 19. Manufactura flexible................................................................................................... 62 Ilustración 20. Control de procesos................................................................................................... 62 Ilustración 21. Visión artificial. ........................................................................................................... 62 Ilustración 22. Ensamble hidráulico................................................................................................... 62 Ilustración 23. Disposición final. ........................................................................................................ 62 Ilustración 24. Sistema específico - Esquema. ................................................................................. 63 Ilustración 25. Sistema especifico - Estación de Manufactura Flexible. ........................................... 63 Ilustración 26. Torno CNC “EMCO PC TURN 120”. ......................................................................... 64 Ilustración 27. Fresadora CNC “EMCO PC MILL 100”. .................................................................... 65 Ilustración 28. Brazo Robot “CRS – A255”........................................................................................ 66 Ilustración 29. Pantalla de inicio de Solid Edge v.14. ....................................................................... 67 Ilustración 30. Pantallas de inicio de WinNC v.3.21.......................................................................... 68 Ilustración 31. Pantalla de inicio de Unigraphics NX 2...................................................................... 69 Ilustración 32. Equipo optimo para trabajo........................................................................................ 70 Ilustración 33. Bandejas de transporte con material en bruto - Torno y Fresadora.......................... 72 Ilustración 34. Bandejas canales de alimentación de material - Torno y Fresadora. ....................... 73 Ilustración 35. Posición material en bruto en los canales de alimentación - Torno y Fresadora...... 74 9 Ilustración 36. Orientación material en bruto - Piezas cilíndricas. .................................................... 75 Ilustración 37. Orientación material en bruto - Piezas prismáticas. .................................................. 75 Ilustración 38. Clasificación de colores insertos Plansee Tizit.......................................................... 78 Ilustración 39. Garra de ataque módulo de procesos. ...................................................................... 81 Ilustración 40. Carga y descarga en el módulo de procesos. ........................................................... 82 Ilustración 41. Posición y orientación pieza mecanizada en el tablero............................................. 85 Ilustración 42. Apertura garra de ataque robot hidráulico. ................................................................ 86 Ilustración 43. Espacio de ajuste....................................................................................................... 87 Ilustración 44. Apertura garra de ataque robot de almacenaje. ........................................................ 88 Ilustración 45. Conjunto: Punto de Giro - Montaje: Avanzado. ......................................................... 91 Ilustración 46. Conjunto: Punto de Giro - Montaje: Avanzado - Explosionado. ................................ 91 Ilustración 47. Punto de Giro - Montaje Medio.................................................................................. 92 Ilustración 48. Conjunto: Punto de Giro – Montaje: Medio – Explosionado..................................... 92 Ilustración 49. Conjunto: Punto de Giro – Montaje: básico. .............................................................. 93 Ilustración 50. Conjunto: Punto de Giro - Montaje básico: - Explosionado....................................... 93 Ilustración 51. Conjunto: Transmisión - Montaje: Industrial. ............................................................. 94 Ilustración 52. Conjunto: Transmisión - Montaje: Industrial - Explosionado. .................................... 95 Ilustración 53. Transmisión - Montaje Industrial................................................................................ 97 Ilustración 54. Transmisión - Montaje avanzado – Explosionado. .................................................... 98 Ilustración 55. Modelo en Solid Edge.............................................................................................. 100 Ilustración 56. Modelo exportado en Unigraphics. .......................................................................... 100 Ilustración 57. Modelo en Unigraphics con trayectoria de herramienta. ......................................... 101 Ilustración 58. Cuadros de dialogo para el Post Procesador. ......................................................... 102 Ilustración 59. Salida del Post Procesador - Archivo NC. .............................................................. 102 Ilustración 60. Modelo simulado en WinNC. ................................................................................... 103 Ilustración 61. Perfil resultante - Programa “O401”......................................................................... 110 Ilustración 62. Modelo CAD - Torno CNC “Emco Pc Turn 120”...................................................... 111 Ilustración 63. Modelo CAD - Torno CNC “Emco Pc Turn 120” - Detalle. ...................................... 112 Ilustración 64. Modelo CAD - Entorno Unigraphics......................................................................... 112 Ilustración 65. Modelo CAD - Entorno Unigraphics - Cinemática. ................................................. 113 Ilustración 66. Modelo pieza y máquina cargada en entorno Unigraphics. .................................... 114 Ilustración 67. Trayectoria de las operaciones a mecanizar. .......................................................... 114 Ilustración 68. Simulación operaciones de mecanizado. ................................................................ 115 10 RESUMEN Considerando la posibilidad de aplicar la filosofía de manufactura llamada “Tecnología de Grupo” a una línea de producción (laboratorio CIM): se identificó y adaptó una familia de piezas de la industria metal-mecánica para trabajar con ellas a lo largo de los módulos que el laboratorio CIM posee. Se diseñaron 2 conjuntos con 4 niveles de dificultad de ensamble; el primer conjunto con 3 subniveles de ensamble y el segundo conjunto con un ensamble único tipo industrial. Se realizaron los modelos CAD para tener un registro de los diseños y generar una retroalimentación. Se integraron los modelos CAD con software CAM a través de los programas NC convirtiendo los modelos CAD en coordenadas entendibles para las máquinas CNC. Se desarrolló la simulación de fabricación en una plataforma CAE. Y por último, como el punto más alto en el desarrollo del proyecto; aplicando la filosofía de manufactura conocida como tecnología de grupo, se implementó la codificación de las piezas de trabajo utilizando el sistema de clasificación de Opitz. Palabras claves: Sistemas integrados de manufactura, Tecnología de Grupo, Sistema de codificación de Opitz, CAD, CAM, CAE, CNC. ABSTRACT Considering the possibility of apply the manufacturing philosophy known as “Group Technology” to a production line (CIM laboratory): a group of parts was identified and adapted so they could be manufactured along the production line and all the modules that belong to the CIM laboratory. Two sets of parts were designed with four levels of assembly; the first set with three-level assembly and the second set with a unique industrial assembly type. The CAD models were made to keep a record of the work done, also to have a feed-back. The CAD models were integrated with CAM software through the NC programs converting the models into coordinates under stable for the CNC-machines. The manufacturing simulation was developed in a CAE platform. And finally, as the top at the development of the project; applying the manufacturing philosophy known as group technology “GT”, work pieces were codified using the Opitz's codification system. Keywords: Integrated manufacturing systems, codification system, CAD, CAM, CAE, CNC. 11 Group Technology, Opitz’s INTRODUCCION Hoy en día se puede notar que no solo las grandes multinacionales son las que participan activamente en el mercado industrial, sino que poco a poco y en gran medida las pequeñas y medianas empresas que comparten este espacio a nivel local y nacional se han ido adueñando del mismo. Son esas pequeñas empresas las que de un tiempo para acá se han preocupado por actualizar sus equipos y sus técnicas; y han integrado las nuevas tecnologías que continuamente han aparecido en el mercado sin despreciar la posibilidad de hacerse a ellas siempre y cuando su capacidad económica se lo permita y sus intereses de expansión estén de acuerdo con que se presente y se necesite. Teniendo en cuenta este propósito y cercando considerablemente el campo de trabajo, se puede ver como una industria de manufactura con una visión clara de crecimiento; se convierte en un cliente potencial para desarrollar proyectos que se enfoquen directamente en las áreas de CAD/CAM (diseño asistido por computador/manufactura asistida por computador) y que puedan apoyarse en la metodología de “Tecnología de grupo (GT)”, tecnología que permite dividir el conjunto de piezas que se van a maquinar en grupos llamados familias, donde estas familias de piezas se caracterizaran por tener operaciones similares entre si para que al momento de realizar el maquinado de las mismas se gane eficiencia y se generen ventajas al tratarlas bajo esa filosofía de producción. Pues bien, teniendo en cuenta los departamentos de metal-mecánica de las industrias en los cuales a diario se tienen familias de piezas a maquinar la cuales se necesitan producir en grandes, medianos o pequeños lotes; se considera que el ensayo-error en la fabricación de las piezas no debe tener cabida, ya que esto genera pérdidas económicas tanto para el proveedor como para el cliente y en muchas ocasiones puede generar retrasos en la entrega de los productos. Considerando lo anterior y teniendo en cuenta que en materia de equipos de manufactura la facultad de Ingeniería de Diseño y Automatización Electrónica cuenta con un laboratorio CIM-FMS, se puede considerar como proyecto de grado el realizar CAD y CAM para una familia de piezas donde estas se codifiquen a través de la Tecnología de Grupo y como valor agregado se adapten a las limitantes del sistema de manera que se pueda recorrer con ellas la totalidad de los diferentes módulos con los que cuenta el laboratorio CIM-FMS. De esta manera, no solo se estaría llevando a cabo un proyecto de grado sino que se estaría dotando a los estudiantes de una herramienta con la cual puedan trabajar en todos y cada uno de los diferentes módulos del laboratorio CIM-FMS y con la cual puedan experimentar el ambiente “real”de una línea de producción. 1 El desarrollo del presente proyecto incluye tomar una familia de piezas que se fabrica en la industria real con la cual se pueda aplicar la filosofía de producción llamada “tecnología de grupo”(GT), desarrollar los modelos CAD para cada pieza, Integrar el modelo CAD de cada pieza con software CAM escribiendo los respectivos programas de CNC, generar la simulación de la manufactura de las piezas de manera que se apoye los programas NC y como paso final del proyecto: aplicar un código de clasificación para la familia de piezas, un código de clasificación que haya sido desarrollado bajo el concepto de la filosofía de tecnología de grupo. Es así, como se piensa llevar a cabo el desarrollo de este proyecto, considerándolo un proyecto de grado científico y de compilación, el cual centra su utilidad en torno a que recoge las opiniones y contenidos que giran alrededor a un tema en particular; la Tecnología de Grupo, prestándose como base para plantear proyectos nuevos o proyectos complementarios. De igual manera se tienen en cuenta todos los pormenores que este tipo de proyectos involucran, pormenores que a lo largo del mismo se irán desarrollando para llevar a buen término el mismo. 2 OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Desarrollar un sistema CAD/CAM para una familia de piezas y codificarlas usando la filosofía de producción llamada Tecnología de Grupo “GT” (“Group Technology”). OBJETIVOS ESPECÍFICOS ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Identificar una familia de piezas asociada a la industria metal-mecánica. Desarrollar el modelo CAD para cada pieza. Integrar el modelo CAD con software CAM generando los respectivos programas de NC. Desarrollar la simulación de fabricación en ambiente virtual. Definir un código de identificación para las piezas usando la filosofía de producción llamada tecnología de grupo (GT). 3 1. MARCO TEORICO 1.1. Manufactura 1.1.1. Introducción a la manufactura La manufactura1 tal como se conoce hoy, viene de las palabras latinas “manus” (manos) y “factus” (hacer); de donde se deduce que significa “hacer con las manos”. La palabra inglesa “manufacturing” cuenta ya con varios siglos y la expresión "hecho a mano" describe el método que se usaba cuando se acuñó la palabra. Actualmente gran parte de la manufactura moderna se realiza con maquinaria computarizada y automatizada que se supervisa manualmente. La manufactura puede definirse de dos maneras: desde el punto de vista tecnológico (ver ilustración 1) y desde el punto de vista económico (ver ilustración 2). Ilustración 1. Manufactura como proceso técnico. Fuente: tomado y modificado de: Groover, Fundamentos de manufactura moderna (1997). Desde el punto de vista Tecnológico es la aplicación de procesos que alteran las propiedades y el aspecto de un material para elaborar partes o productos terminados al igual que el ensamble de partes múltiples. La manufactura se realiza como una sucesión de operaciones donde cada una lleva al material cada 1 GROOVER, Mikell P. Fundamentos de manufactura moderna: materiales, procesos y sistemas. 3a. ed. México; Santa Fe de Bogotá, : Prentice-Hall, 1997. 4 vez más cerca del estado final deseado. Los procesos para realizar la manufactura involucran una combinación de máquinas, herramientas, energía y trabajo manual. Económicamente, la manufactura es la transformación de materiales en artículos de mayor valor, a través de una o más operaciones o procesos de ensamble. Ilustración 2. Manufactura como proceso económico. Fuente: tomado y modificado de: Groover, Fundamentos de manufactura moderna (1997). La manufactura agrega valor al material original, cambiando su forma y sus propiedades, o al combinarlo con otros materiales que han sido alterados en forma similar. El material original se hace más valioso mediante las operaciones que se ejecutan sobre él. Cuando el mineral de hierro se convierte en acero, se le agrega valor; de igual manera pasa lo mismo con la arena cuando se transforma en vidrio, se le agrega valor y se hace aún más valiosa. Las palabras producción y manufactura se usan frecuentemente en forma indistinta. Producción, podría tener un significado más amplio que manufactura. Se puede decir por ejemplo, "producción de petróleo crudo", pero al tener la frase "manufactura de petróleo crudo" queda evidentemente fuera de lugar; no obstante, las dos palabras son aceptadas. 1.1.1.1. Industrias de manufactura y sus productos Cuando se habla de industrias de manufactura se habla de industrias que producen o abastecen bienes y servicios, las cuales se clasifican en primarias, secundarias y terciarias; Las primarias son aquellas industrias que cultivan y explotan los recursos naturales; las secundarias adquieren los productos de las industrias primarias y los convierten en bienes de consumo o de capital, -la actividad principal de estas industrias es la manufactura- y las terciarias constituyen el sector servicios de la economía. 5 En la tabla 1 se muestra la actividad de las industrias y su respectivo grupo de clasificación. Tabla 1. Industrias productoras o abastecedoras de bienes y servicios. Primarias Secundarias Terciarias Agricultura Aerospacial Banca Canteras Automotriz Bienes raíces Forestal Bebidas Comercio al detalle Ganadería Computadoras Comercio al mayoreo Minería Electrónica Comunicaciones Pesca Enseres domésticos Educación Petróleo Equipo Entretenimiento Generación de energía Gobierno Llantas y productos de hule Hoteleria Maderas y muebles Información Maquinaria pesada Reparación y mantenimiento Materiales habilitados Restaurantes Materiales para la construcción Salud y servicios médicos Metales básicos Seguros Papel Servicios financieros Plásticos (formado) Servicios legales Procesamiento de alimentos Transporte Productos farmacéuticos Turismo Refinación de petróleo Fuente: tomado y modificado de: Groover, Fundamentos de manufactura moderna (1997). 1.1.1.2. Productos manufacturados Las industrias manufactureras cuando desarrollan productos los que estan haciendo al poner estos productos en el mercado es ofrecer bienes; estos bienes se ofrecen en dos tipos: bienes de producto o bienes de servicio. Los productos fabricados por las industrias manufactureras pueden dividirse en dostipos igualmente: bienes de consumo y bienes de capital. Los bienes de consumo son los productos que los consumidores compran directamente. Los bienes de capital son aquellos que adquieren otras compañías para producir bienes o servicios. En la tabla 2 se relacionan las industrias y sus productos; los cuales se pueden clasificar como productos de bienes y servicios. 6 Tabla 2. Productos: bienes y servicios. Industria Producto Aerospacial Aviones militares y comerciales Automotriz Automóviles, camiones, autobuses y motocicletas Metales básicos Hierro y hacer, aluminio, cobre. Industria Producto Computadoras Macros y microcomputadoras. Enseres domésticos Aparatos para el hogar, grandes y pequeños. Electrónica Televisores y videograbadoras y equipos de audio. Equipo Maquinaria industrial. Metales habilitados Partes maquinadas, estampados metálicos. Vidrio, cerámica Productos vítreos, herramientas cerámicas. Maquinaria pesada Maquinas herramienta, equipos de construcción Plásticos (formado) Plásticos moldeados, extrusiones Llantas y productos de hule Llantas, suelas de hule, pelotas de tenis. Fuente: tomado y modificado de: Groover, Fundamentos de manufactura moderna (1997). Aparte de las industrias que elaboran productos finales, existen otras cuyo negocio consiste en la producción de materiales, componentes y suministros para las compañías que hacen los productos finales. Como se puede observar, el sector manufacturero reúne varias categorías y segmentos de proveedores intermedios que por lo general nunca conoce el consumidor final. 1.1.1.3. Cantidad de producción y variedad de productos La cantidad de productos hechos por una fábrica influye significativamente sobre la forma en que ésta organiza su personal, sus instalaciones y sus procedimientos. La cantidad anual de producción pueden clasificarse en tres categorías: baja producción (de 1 a 100 unidades/año), producción media (100 a 10,000 unidades/año) y alta producción (de 10,000 a varios millones de unidades/año). Los límites entre categorías son arbitrarios. La cantidad de producción se refiere al número de unidades de un solo tipo producidas por año. Es interesante identificar la variedad de productos como un parámetro distinto de la cantidad de producción. La variedad de productos se refiere a los diferentes tipos de productos fabricados en una planta. Los productos pueden ser diferentes, pero la magnitud de las diferencias puede ser pequeña o grande. 7 Se usan los términos suave y fuerte para describir las diferencias en la variedad de los productos. La variedad suave existe cuando hay pequeñas diferencias entre los productos y esta se caracteriza por la alta proporción de partes comunes entre los diferentes modelos. En la variedad de producto fuerte, los tipos difieren en gran medida y hay pocas o ninguna parte común. 1.1.1.4. Capacidad de manufactura Una planta de manufactura consiste en un conjunto de procesos y sistemas diseñados para transformar materiales en productos con valor agregado. Estos tres pilares (materiales, procesos y sistemas) constituyen la esencia de la manufactura moderna. Una empresa dedicada a la manufactura no puede hacerlo todo; sin embargo realiza sólo ciertas cosas y debe hacerlas bien. La eficacia de la manufactura se refiere a las limitaciones tanto físicas como técnicas de la empresa y de cada una de sus plantas. 1.1.1.5. Capacidad tecnológica de proceso La capacidad tecnológica de proceso en una planta se refiere a la capacidad de producción posible con la infraestructura tecnológica de la cual se dispone. La capacidad tecnológica está relacionada estrechamente con el tipo de material. Ciertos procesos se adaptan a ciertos materiales, mientras que otros procesos se adaptan a otros. Al especializarse en algún proceso, la planta se especializa en un cierto tipo de material. Las compañías están limitadas por los procesos de que disponen. Por eso deben concentrarse en el diseño y manufactura de los productos para los que su capacidad tecnológica de proceso les permita una ventaja competitiva. 1.1.1.6. Limitaciones físicas del producto Un aspecto importante es el que impone el producto físico. Existen limitaciones sobre el peso y tamaño de los productos que pueden manejarse; los grandes y pesados son difíciles de mover, se requieren grandes elementos de transporte. La planta debe estar equipada con grúas de capacidad acorde para mover los productos. La limitación sobre el tamaño y peso de los productos se extiende a la capacidad de los equipos de manufactura. Las máquinas se diseñan en diferentes tamaños; las más grandes se pueden usar para procesar piezas grandes. De aquí que el conjunto de equipos de planta tenga que planearse para productos que entran dentro de un cierto rango de tamaño y peso. 8 1.1.1.7. Capacidad de producción Otra limitación es la cantidad de producción que puede ser generada en un periodo establecido. Esta es llamada capacidad de planta o capacidad de producción, y se define como la máxima velocidad de producción que una planta se puede lograr bajo condiciones de operación dadas. Las condiciones de operación se refirieren al número de turnos de trabajo y otros factores afines. Factores que se pueden consultar y ampliar en la bibliografía relacionada, particularmente en : Groover, Fundamentos de manufactura moderna (1997). La capacidad de la planta se mide en unidades producidas, como toneladas de acero, etc. En estos casos los productos son homogéneos; en otros, donde las unidades no son homogéneas, hay factores más apropiados de medida como las horas hombre de capacidad. 1.1.2. Los materiales en la manufactura La mayoría de los materiales de ingeniería pueden clasificarse en una de las tres categorías básicas (ver ilustración 3): metales, cerámicos y polímeros, las características químicas, físicas y mecánicas de cada categoría son diferentes y son estas diferencias las que afectan los procesos de manufactura. Ilustración 3. Relación entre los grupos de materiales. Fuente: tomado y modificado de: Groover, Fundamentos de manufactura moderna (1997). Además de las tres categorías básicas que se mencionan; existe una más: los materiales compuestos. Los materiales compuestos estan constituidos por combinaciones apropiadas de dos de los tres tipos de materiales basicos, donde se tiene un material base y un componente de refuerzo. 9 A continuación se hace una breve explicación de cada uno de los grupos: Metales: Los metales usados son comúnmente aleaciones de dos o más elementos, donde por lo menos uno de sus componentes es metálico. Los metales se dividen en dos grupos: ferrosos y no ferrosos. Los metales ferrosos se basan en el hierro; como el acero y el hierro colado; éstos son los materiales comerciales más importantes y comprenden más de las tres cuartas partes del tonelaje de metal que se utiliza en todo el mundo. El acero es una aleación de hierro y carbono. Los metales no ferrosos comprenden los otros elementos metálicos y sus aleaciones. En casi todos los casos, las aleaciones son más importantes que los metales puros comercialmente hablando. Los metales no ferrosos incluyen las aleaciones y los metales puros de aluminio, cobre, oro, magnesio, níquel, plata, estaño, titanio, zinc y otros metales. Entre los más fáciles de procesar están el aluminio; y entre los más difíciles, el níquel y el titanio. Cerámicos: Un material cerámico se define como un compuesto que contiene elementos metálicos y no metálicos. Los elementos no metálicos típicos son el oxígeno, el nitrógeno y el carbón. Algunas veces se incluye en la familia de los materiales cerámicos al diamante, el cual no se ajusta a la definición anterior. Entre los materiales cerámicos tradicionales que se han usado por miles de años se encuentran materiales como el barro. Los materiales cerámicos más nuevos incluyen carburos de metales, y nitruros metálicos y semi-metálicos. Estos pueden dividirse en: cerámicos cristalinos y vidrios. Los cerámicos cristalinos son formados de diversas maneras a partir de polvos y luego se sinterizan. Los materiales vítreos (vidrio) pueden derretirse, vaciarse y luego formarse mediante procesos como el tradicional soplado de vidrio. Polímeros: Son compuestos formado por unidades estructurales llamadas meros, cuyos átomos comparten electrones para formar moléculas muy grandes. Estos están constituidos por carbón y otros elementos como hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y cloro. Los polímeros se pueden dividir en tres categorías: Polímeros termoplásticos: pueden someterse a múltiples ciclos de calentamiento y enfriamiento sin alterar sustancialmente la estructura molecular del polímero. En esta categoría se puede mencionar al polietileno, poli-estireno, cloruro de polivinilo y nylon. Polímeros termofijos: estas moléculas se transforman químicamente (se curan) en una estructura rígida cuando se enfrían después de una condición plástica por calentamiento, de aquí el nombre de termofijo. Algunas sustancias de esta familia son las resinas fenólicas, amino-resinas y resinas epóxicas. 10 Elastómeros: Estos polímeros exhiben un comportamiento elástico importante, de aquí el nombre de elastómero. En esta categoría se encuentra el hule natural, el neopreno, las siliconas y el poliuretano. Compuestos: Los materiales compuestos no constituyen una categoría separada; sino que constituyen una mezcla de los otros tres tipos. Un material compuesto se logra con dos fases en las que se procesan los materiales y se unen para lograr propiedades superiores a los de sus constituyentes. Los materiales compuestos se encuentran en la naturaleza y pueden producirse sintéticamente. Las propiedades de estos materiales dependen de sus componentes, de su forma física y de la manera en que se combinan para formar el material final. Algunos materiales compuestos combinan una alta resistencia con peso ligero y son apropiados para utilizarse en aviones, carrocerías de automóviles, cascos de botes, raquetas de tenis y cañas de pesca; otros son fuertes, duros y capaces de mantener estas propiedades a temperaturas elevadas, como por ejemplo los buriles de carburo cementado. 1.1.3. Los procesos en la manufactura Los procesos de manufactura pueden dividirse en dos tipos básicos: las operaciones de proceso y las operaciones de ensamble (ver ilustación 4). Una operación de proceso transforma un material de una etapa a otra más avanzada para situarlo cerca del estado final. Las operaciones de proceso se ejecutan sobre partes discretas de trabajo, pero algunas se aplican a artículos ensamblados. Una operación de ensamble une dos o más componentes para crear una nueva. 1.1.3.1. Operaciones de proceso Una operación de proceso utiliza energía para alterar la forma, las propiedades físicas o el aspecto de una pieza de trabajo a fin de agregar valor al material. En las operaciones de proceso la energía se aplica de manera controlada a través de la maquinaria y su herramental. También se usa la energía humana, pero esta se enfoca en controlar las máquinas, examinar las operaciones, cargar y descargar partes antes y después de cada ciclo de operación. Un modelo general de las operaciones de proceso se puede describir en el siguiente orden: 1. Se alimenta el material en el proceso. 2. La maquinaria y las herramientas transformar el material. 3. La pieza terminada sale del proceso. 11 Ilustración 4. Clasificación de los procesos de manufactura. Fuente: tomado y modificado de: Groover, Fundamentos de manufactura moderna (1997). Un objetivo importante en la manufactura es la reducción del desperdicio en cualquier proceso. Comúnmente se requiere más de una operación de proceso para transformar el material inicial a su forma final. Las operaciones se realizan de tal manera que la sucesión de ellas logre la geometría y las condiciones definidas por las especificaciones de diseño. Se distinguen tres categorías de operaciones de proceso: ⋅ ⋅ ⋅ Operaciones de formado cuales alteran la geometría del material inicial de trabajo Operaciones para mejorar las propiedades agregan valor al material con la mejora de sus propiedades físicas sin cambiar su forma y Operaciones de procesamiento de superficies tienen por objeto limpiar, tratar, revestir o depositar materiales en la superficie exterior de la pieza de trabajo. 12 Procesos de formado: En los procesos de formado se aplica calor, fuerza mecánica o una combinación de ambas para efectuar un cambio en la geometría del material de trabajo. Entre las diversas formas de clasificación para los procesos de formado se tienen: cuatro categorías: ⋅ Fundición y moldeado: El material inicial se calienta hasta transformarlo en un líquido o un semifluido. Casi todos los materiales pueden procesarse de esta manera. Fundición es el nombre usado para metales y moldeado es el término de uso común para plásticos. ⋅ Procesamiento de partículas: el material inicial es un polvo que se forma y calienta. Los materiales iníciales son polvos de metales o polvos cerámicos. Aunque estos materiales son diferentes, los procesos para formarlos son muy similares; la técnica común involucra prensado y sinterizado. ⋅ Procesos de deformación: el material inicial es un sólido dúctil (usualmente metal) que se deforma a fin de formar la pieza. La pieza inicial se forma por la aplicación de fuerzas que exceden la resistencia del material a la deformación. Para que pueda deformarse debe ser lo suficientemente dúctil para evitar la fractura. A fin de aumentar la ductilidad el material de trabajo se calienta a una temperatura por debajo de su punto de fusión. Los procesos de deformación incluyen operaciones como forjado, extrusión, laminado y procesos como el doblado. ⋅ Procesos de remoción de material: el material inicial es un sólido (dúctil o frágil) del cual se quita material para que la pieza resultante tenga la geometría deseada. Entre los procesos más importantes están el torneado, el taladrado, el fresado, el esmerilado y el rectificado entre otros. Procesos de mejora de propiedades: El segundo tipo en importancia de procesamiento de materiales se realiza para mejorar las propiedades físicas o mecánicas del material de trabajo. Estos procesos no alteran la forma de la parte, excepto en algunos casos de forma no intencional. Los procesos más importantes de mejora de propiedades involucran tratamientos de recocido y resistencia para metales y vidrio. Operaciones de procesamiento de superficies: Las operaciones de procesamiento de superficie incluyen la limpieza, los tratamientos de superficie, y los procesos de recubrimiento y deposición de películas delgadas. La limpieza incluye quitar la suciedad, la grasa y otros contaminantes. Los procesos de recubrimiento y deposición aplican un revestimiento de material a la superficie exterior de la pieza. Los procesos comunes de revestimiento incluyen el electrodepositado, el anodizado del aluminio, los recubrimientos de tipo orgánico (conocidos como pintura) y el esmalte de porcelana. 13 1.1.3.2. Operaciones de ensamble El segundo tipo básico de operaciones de manufactura es el ensamble, donde dos o más partes se unen para formar una nueva y los componentes de éstas quedan unidos. Los procesos de unión permanente incluyen: la soldadura térmica, la soldadura fuerte, la soldadura blanda y el pegado con adhesivos. Estos procesos forman una unión entre componentes que no puede deshacerse fácilmente. Los métodos de ensamble mecánico aseguran dos o más partes en una unión que puede desarmarse cuando convenga; el uso de tornillos, pernos, tuercas y demás sujetadores roscados son métodos tradicionales importantes dentro de esta categoría. El remachado, los ajustes a presión y los encajes de expansión son otras técnicas de ensamble mecánico que forman uniones más permanentes. 1.1.4. Máquinas de producción y herramientas Para la ejecución de las operaciones de producción se utilizan máquinas y herramientas. El uso extensivo de maquinaria se inició con la Revolución Industrial, ya que fue en esa época cuando se comenzaron a desarrollar y a usar ampliamente las máquinas cortadoras de metal denominadas máquinas herramienta, máquinas motorizadas para operar las herramientas de corte que antes se manejaban en forma manual. Entre todas las máquinas de producción, las máquinas herramienta son las más versátiles, no se usan para fabricar artículos de consumo únicamente, sino que también producen componentes para otras máquinas de producción. La máquina herramienta es la madre de toda la maquinaria. Entre las máquinas de producción se incluyen las prensas, los martinetes, los molinos, las máquinas soldadoras y así. En general, el nombre del equipo deriva del nombre del proceso en el que se utiliza. Los equipos de producción pueden ser de propósito general o especial. El equipo de propósito general es más flexible y adaptable a una diversidad de tareas, mientras que el equipo de propósito especial se diseña para producir partes o artículos específicos en grandes cantidades. La maquinaria requiere de herramientas, éstas especializan a la máquina para el trabajo de partes únicas de un producto. En muchos casos, las herramientas son especiales y deben diseñarse específicamente para ciertas partes o para la configuración del producto. Cuando se usan con equipo de propósito general, las herramientas se diseñan para ser intercambiables y como parte integral de la maquina. Para cada tipo de pieza se fijan las herramientas a la máquina y se corre la producción de un lote, después se cambian las herramientas para producir el siguiente tipo de pieza. Cuando se usan en equipos de propósito especial, es probable que las herramientas se diseñen para usarse en producción masiva, por tanto, puede no necesitarse el cambio de herramientas excepto para reemplazar componentes gastados o reparar superficies desgastadas. 14 En la tabla 3 se enumeran parte de los equipos usados para diferentes procesos llevados a cabo en manufactura. Tabla 3. Equipo de manufactura y herramientas. Proceso Equipo Herramienta Esmerilado Maquina esmeriladora Rueda de esmeril (remueve material) Estampado Prensa Dados (cortan y forman laminas de metal) Extrusión Prensa Dados de extrusión Forjado Martinete de forja Dados (comprime el material para formarlo) Fundición Varios Molde (cavidad para metal fundido) Laminado Molino laminador Rodillos (reduce el espesor del material) Maquinado Maquinas herramienta Herramienta de corte (remueve material) Moldeado Maquina moldeadora Molde (cavidad para polímetro caliente) Soldadura Maquina soldadora Electrodos (funden el metal) Fuente: tomado y modificado de: Groover, Fundamentos de manufactura moderna (1997). 1.1.5. Sistemas de manufactura Un Sistema de Manufactura2 es aquel donde los materiales que se manejan son principalmente piezas que se maquinan y/o ensamblan. Por lo tanto se le puede llamar sistema de producción discreto, y se diferencian de los sistemas de producción continuos que tratan con flujos continuos de material. Una de las categorías de los sistemas de manufactura se denomina Sistemas de Manufactura Flexible. Estos cubren en mediana proporción la producción. Es la tecnología más adecuada para la pequeña y mediana industria, ya que trabaja por lotes y tiene gran diversidad de producción. Combina la eficiencia de la producción en línea y la flexibilidad del taller convencional con el propósito de satisfacer una demanda variable a bajo costo. La mayoría de las actividades y su coordinación sé hacen automáticamente bajo el control del computador. Existen los híbridos donde la materia prima es continua pero se producen grupos de productos, por ejemplo las cajas de tabletas producidas a partir del polvo en la industria química. En la organización de producción de manufactura en línea, los materiales se mueven por medio de un sistema fijo de transporte. Las operaciones están sincronizadas y optimizadas para su producción en masa. Este sistema produce sólo una clase de producto. Lo que lo hace poco flexible pero muy eficiente. 2 GOMEZ, Jorge E., Sistemas de Manufactura Flexible. En: SEMINARIO INTERNACIONAL DE SISTEMAS AVANZADOS DE MANUFACTURA (2:1996: Pereira). Memorias del II Seminario Internacional de Sistemas Avanzados de Manufactura. Pereira: Universidad Tecnológica de Pereira, 1996. 15 El “flow shop” es una producción en línea más versátil donde las piezas materiales pueden saltar algunas máquinas. Se produce una única familia de productos que difieren poco entre ellos. En el “job shop” la ruta se define para cada producto. Esta ruta describe la secuencia de operaciones a efectuar sobre cada una de las piezas. Tal sistema maneja cualquier número de familias de piezas, limitado sólo por la capacidad de las máquinas. Su operación es asincrónica. Es el más flexible de todos los sistemas pero el menos eficiente. Para aumentar su eficiencia debe realizarse una sofisticada programación de la utilización de las máquinas. Los sistemas de manufactura flexible son un esfuerzo para combinar la eficiencia de la producción en línea y la flexibilidad del taller convencional con el propósito de satisfacer una demanda variable a bajo costo. Cuando hablamos de manufactura flexible esta se encuentra ligada con la producción en línea, la producción en serie, la producción en masa, los sistemas dedicados, etc. 1.1.5.1. Sistemas de manufactura flexible - FMS Cuando se habla de un sistema de manufactura flexible se debe tener en cuenta que este consiste en un grupo de estaciones de procesamiento entre las que predominan las máquinas herramientas CNC (generalmente Torno y Fresadora), interconectadas por medio de un sistema de manipulación y almacenaje; todo esto dentro de un sistema de manufactura integrada por computador (CIM). En la ilustración 5 se puede ver el esquema del FMS con el cual se cuenta para trabajar en el laboratorio CIM de la Universidad De La Salle. Ilustración 5. Sistema de manufactura flexible (FMS). Fuente: Autor (2008). 16 En los FMS se pueden distinguir dos tipos de flexibilidad, a corto plazo y a largo plazo. La primera, posibilita el manejo concurrente de una gran variedad de productos en un tiempo dado y la segunda posibilita el introducir nuevas familias de productos en el sistema de manufactura durante su operación y con un pequeño esfuerzo. En un sistema de manufactura flexible se podrían considerar tres niveles3: La célula flexible, las líneas flexibles y el taller flexible. La célula flexible hace referencia a dos máquinas CNC donde existe la posibilidad de cambio de herramientas y piezas. Se cuenta con almacenes de espera, se puede usar un computador para coordinar el proceso y se mecaniza una familia de piezas. Las líneas flexibles se refieren a varias máquinas CNC o células flexibles; se cuenta con sistemas de transporte y de identificación de piezas; se tienen almacenes automatizados de piezas y herramientas y se pueden mecanizar varias familias de piezas que pueden entrar al azar, de igual manera se tiene un computador que coordina la línea, también planifica y programa la producción. El taller flexible agrupa palos sistemas de recepción, inspección, almacenaje, los transporte, mecanización, verificación, ensamblaje, inspección y distribución los cuales están automatizados dentro de la filosofía de la fabricación flexible y un computador central coordina todo el sistema por medio de computadores satélites. Entre las funciones que se pueden encontrar en un sistema de manufactura flexible se encuentran la mecanización automática, el cambio automático de piezas y herramientas, el manejo y transporte automático de elementos, la identificación de piezas y herramientas, la monitorización y el control informatizado y la gestión de materiales, máquinas y herramientas. Un sistema de manufactura flexible también se puede descomponer en subsistemas como materiales, máquinas, manejo y transporte, control, gestión y mano de obra donde cada uno de ellos cumple una función necesaria y primordial en el sistema. A continuación se enumeran y explican los subsistemas de los FMS. Materiales: Estos son los elementos iniciales de trabajo, bien pueden ser materia prima o herramientas y utillajes de fijación para las máquinas. En el diseño de un FMS, a mayor flexibilidad, mayor costo de la inversión inicial, menor productividad y mayor costo unitario. Así pues, se debe generar un compromiso entre las variables que rigen este comportamiento. Cuanto más simples las piezas y su fabricación, menos complejos resultarán el diseño, la instalación y la operación de las células de manufactura flexible. 3 FERRÉ MASIP. Rafael., La fábrica flexible. 19 ed. Barcelona: Marcombo, 1988. 17 Máquinas: El elemento básico es la máquina herramienta programable por control numérico por computador “CNC” (siglas en ingles de computer numerical control,), la cual tiene funciones que se relacionan de manera directa con el mecanizado, las herramientas, las piezas, las estaciones de inspección de calidad y las estaciones de ensamble. Manejo y transporte: Cuando se habla de manejo y transporte se hace alusión al manejo de piezas y herramientas que se pueda generar; de igual manera se relaciona directamente con el manejo del almacén y el stock que se tenga en el mismo; así mismo también se tienen en cuenta el transporte de todo lo que tenga que ver con las piezas como por ejemplo los sistemas de eliminación de virutas. A nivel de almacenaje este se relaciona con eliminar las existencias de productos terminados así como de materiales, el cual es uno de los objetivos de la manufactura flexible. Esta reducción se aplica dentro de la filosofía del “justo a tiempo", JIT (siglas en ingles de just in time), de manera que se tengan las piezas y herramientas a pie de máquina en la cantidad estrictamente necesaria. A nivel de transporte en las células flexibles se puede llevar a cabo por robots de carga y descarga, por carruseles de pallets, por bandas transportadoras, o de rodillos, o rieles. En las líneas flexibles, donde se presentan recorridos aleatorios se utiliza el vehículo guiado automático (AGV), estos son vehículos autopropulsados y capaces de seguir una trayectoria variable. En cuanto a elementos manipuladores se puede tener: manipuladores de ciclo fijo, de ciclo variable; robots inteligentes , de aprendizaje y de control numérico. Para la manipulación de materiales y su respectiva identificación se pueden usar distintos sistemas como lo son: código de barras, OCR4 , números y letras grabados en una etiqueta, reconocimiento de formas por medio de cámaras de video, etiquetas magnéticas o cápsulas electrónicas que pueden leerse, borrarse y añadir más información. Control: En la automatización se ejercen las funciones como: identificación de piezas y selección de los programas de mecanizado, transporte e inspección respectivos, orden de ejecución de las operaciones de las máquinas herramientas y aparatos de manejo y transporte, monitoreo de la producción para conocer el estado de la misma y reacción ante situaciones anormales para minimizar sus efectos. Además de lo mencionado anteriormente, se efectúan funciones de control en la gestión de la producción y en la gestión empresarial. Estas tres funciones de control integradas dentro de un sistema de control general es el objetivo de la manufactura integrada por computador, CIM. 4 Optical character recognition – Reconocimiento óptico de caracteres. 18 La estructura jerárquica de un sistema de control puede dividirse en varios niveles: ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Actuadores y sensores. Controladores de máquinas. Control de células. Control de producción de los talleres. Control de la empresa. Gestión: En el proceso de la gestión de la producción se determina qué piezas, en qué cantidad y plazos y en qué máquinas deben fabricarse en un tiempo dado. La gestión de la producción puede desglosarse en las siguientes funciones: Planificación de la producción. Se fijan unas metas y las líneas de acción correspondientes. Esta empieza globalmente con la planificación estratégica, siguiendo con la planificación táctica, el plan operativo, el plan director de producción hasta llegar al plan detallado de producción. Control de la producción. Según las desviaciones del plan propuesto se toman los correctivos necesarios. Acá, según el plan detallado de producción, realiza el programa de fabricación, lanza las órdenes de fabricación, hace el seguimiento de la producción, recoge, elabora y almacena los datos de producción y controla los costos de materiales y mano de obra. La gestión de la producción en una fábrica flexible se complica todavía más debido a la flexibilidad del producto y de la fabricación. Se necesita también de una programación detallada y precisa de la automatización. La complejidad del sistema flexible exige un programa de simulación dinámica que cubra básicamente dos objetivos: ⋅ ⋅ Análisis de sensibilidad del sistema a sus diferentes parámetros. Análisis de la programación en la cual se simulan todas las operaciones y transportes programados. Mano de obra: Si se comparan los puestos de trabajo de una fábrica convencional con los de una fábrica flexible se concluye que desaparecen los puestos de trabajo directo en las máquinas, disminuyen los puestos de trabajo indirecto de apoyo a la producción, aumenta el personal de mantenimiento, supervisión y vigilancia, y se incrementa el personal técnico. Para que la implantación de la fabricación flexible en una empresa sea exitosa/se debe impulsar una amplia información a todos los niveles y desarrollar planes intensivos de formación con el propósito de obtener la integración. La motivación y la colaboración del personal alrededor de estos nuevos sistemas. 19 1.1.6. CIM – Manufactura integrada por computador Cuando se piensa en la industria y más en la producción industrial, se puede ver como esta a cada momento y cada vez con más fuerza pasa por una rápida y profunda transformación. Los mercados industriales desde siempre se han inclinado a seguir una tendencia y últimamente esas tendencias se inclinan hacia el desarrollo de productos soportados en ciclos de vida cortos, suministros de producto igualmente cortos, diversidad de productos y una notable preocupación por las normas de calidad y su aplicación. Con el fin de no perecer como industria en el mercado internacional, el cual es cada vez más riguroso y competitivo, las empresas adoptan diferentes medidas para incrementar su productividad, entre ellas la de introducir flexibilidad a su ciclos de producción, para así mejorar su rentabilidad y sus posibilidades en el mercado. En los últimos años se ha venido trabajando sobre un concepto conocido como CIM (Computer Integrated Manufacturing), o “Manufactura Integrada por Computador”, el cual reúne muchos de los aspectos que contribuyen a mejorar la rentabilidad de una empresa. Para el mas común de los significados que se le atribuyen al CIM, se tiene que todas las funciones que este desarrolla están “totalmente” integradas, de ahí pues que CIM quiere decir “Manufactura Integrada por Computador” haciendo énfasis en Integrada. Para lograr tal integración se requiere básicamente de una red de área local “LAN” (Local Area Network) para obtener la información, de una base de datos técnicos “TDB” con el fin de almacenar los mismos, de un sistema de información para el manejo de la información tecnológica de procesos y de gestión el cual interactúe con las bases de datos y el sistema tecnológico. Aun cuando principalmente se le atribuye al CIM la distinción de “Manufactura Integrada por Computador” a continuación se vera como este concepto se hace extensivo a toda una variedad de elementos dentro de la empresa otorgándole argumentos de peso para ser aplicado en muchas industrias. Entre muchas otras cosas este concepto encierra lo que al tratamiento continuo de la información en una moderna empresa de producción se trata; y se podría decir que es esta una de las funciones mas importantes que desempeña el computador en el ciclo de proceso de la información, en la industria hoy en día; la de integrar diferentes funciones como lo son el diseño, la manufactura y las operaciones de negocio dentro de un sistema unificado, coordinado y fluido. Un ejemplo de CIM se puede observar en la ilustración 6 donde se muestra la organización del laboratorio CIM con que se cuenta en la Universidad de la Salle. (ver ilustración 16 para la explicación). 20 Ilustración 6. Laboratorio CIM - Universidad De La Salle. Fuente: Autor (2008). 1.1.6.1. CIM: El concepto. El nacimiento del concepto CIM se puede decir, se da a partir de la preocupación de las industrias por permanecer activas en el mercado. Las industrias experimentan una fase donde ya no es el cliente el que se adecua al producto, sino el producto el que se debe adecuar al cliente; dado a esto y a raíz de la aparición de nuevas y mejores técnicas de producción, se genera una avalancha de productos con un ciclo de vida corto generando así un aumento de la competitividad en el mercado. Es esta competitividad, la que buscan las empresas mantener y para lograr esto tratan de implementar medidas estratégicas en los productos tales como: ⋅ Mejora en la calidad. ⋅ Ampliación de la gama. ⋅ Reducción de plazos de suministros. ⋅ Mejora en el cumplimiento de los plazos. Cumpliendo con estos objetivos se pueden mantener la competitividad en el mercado, pero no solo es la competitividad la que se debe mantener, la productividad es otro tema de suma importancia, pensando en eso se introducen sistemas de automatización que permiten incrementarla (incluso cuando se fabrican lotes pequeños), entre estos sistemas se tiene: 21 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Computadores de gran capacidad para el control de la producción. Sistema de fabricación automatizada. Máquinas-herramienta de control numérico. Robots industriales. Una vez se introducen estos sistemas se debe asegurar que la acción de los procesos de mecanización, flujo de materiales y flujo de información, se den de una manera coordinada para que así la automatización se considere efectiva y se puedan de igual manera encadenar con facilidad los sistemas de automatización. De esta manera se establece que en las industrias modernas la correcta implementación de la automatización de la mano con el buen manejo de la información, se convierten en un valor de producción decisivo. A consecuencia de esto y para mejorar la flexibilidad en una empresa se hace necesario mejorar la calidad de la información de la que se dispone, lo cual exige un cambio hacia el tratamiento integrado de datos y por ende también se hace necesario que exista un flujo continuo de información que con la ayuda del tratamiento de datos se convierta en un sistema de información global. Así, se pretende que los datos generados aisladamente se puedan centralizar y se presten para trabajar en todos los sistemas que se vean involucrados en el desarrollo de la industria. Es esta, pues, la resolución del problema logístico de la información, la razón que ha conducido a la creación del concepto CIM. 1.1.6.2. ¿Qué es el CIM? Pero, ¿qué es realmente el CIM, como se lo puede definir para tener una visión clara del mismo y de todo lo que este encierra?. Bien podría decirse a primera vista que CIM es: ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ CAD, CAM. Un sistema de robots unido a equipo de movimiento de materiales". PLC’s unidos para formar "un sistema más grande". Es MRP y MRP2. Computadores. Maquinaria CN. Si se miran estas definiciones, el concepto CIM no se aclara mucho y aunque actualmente, conseguir una visión global del CIM es todavía algo que no esta completamente definido, existen al respecto varias definiciones las cuales provienen de las grandes industrias y organizaciones que directa e indirectamente están relacionadas con el desarrollo del modelo CIM, a continuación se exponen algunas de estas : 22 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Joel Coldhar, Director del Instituto Tecnológico de Illinois5: “Es necesario pensar en CIM como si fuera un sistema informático donde, en lugar de los periféricos tradicionales (impresoras, terminales, discos, etc.) tendremos robots, máquinas-herramienta, los AGV y otros equipos de proceso. Es un poco más ruidoso y complicado, pero es básicamente un sistema informático". Jack Conaway, CIM Marketing Manager de Digital Equipment Corporation: "CIM no es nada más que un problema de redes y gestión de datos". Charles Savage, Presidente de Savage Associates: "CIM es una oportunidad para realinear sus dos principales recursos de fabricación: personas y tecnologías". Dan Appleton, Presidente de DACOM Incorporated: "CIM es una filosofía crucial para la supervivencia de la mayoría de las empresas de fabricación, ya que proporciona los niveles de diseño de producto, control de producción y flexibilidad de planta, necesarios para competir en los mercados internacionales y domésticos del futuro". Charles Savage de nuevo: "CIM es mucho más que la integración del sistemas mecánicos, eléctricos e incluso informáticos. CIM es el entendimiento de una nueva manera de gestionar la empresa". Peter Zotto, Director de Fabricación en Digital Equipment Manufacturing: "CIM significa 'Computer Integrated Management (Dirección Integrada por Ordenador)". Entonces, si se tienen en cuenta las condiciones de como nace el concepto y de como poco se va fortaleciendo el CIM con el tiempo, se puede decir que este es una realidad dentro de una industria cuando: Todas las funciones de proceso, así como las funciones de dirección relacionadas, están expresadas como información. Esta información puede ser generada, transformada, utilizada, movida y almacenada mediante tecnología informática. Esta información se puede mover libremente entre funciones en el sistema durante la vida del producto. Así pues, de esa manera, se mantiene la visión de Joseph Harrington quien, cuando acuñó el término CIM en 1973, hablaba de: "Una compañía que funcionara basándose en un flujo de información sin interrupción entre todas sus funciones". Hoy en día conviene mas definir el CIM en términos de la integración que se da en una EMPRESA de fabricación. Una EMPRESA puede consistir en varias entidades corporativas, las cuales colaboran en tareas que van de la concepción a la distribución, pasando por la instalación y hasta el mantenimiento del producto. La industria del automóvil es uno de los más claros ejemplos. 5 Arnedo Rosel, José María. Fabricación integrada por ordenador (CIM). 19 Ed. Barcelona: Marcombo, Boixareu Editores, 1992. 23 Una vez se ha visto como empieza a gestarse el CIM; que conceptos involucra y que definición se le atribuye por parte de muchas de las empresas involucradas en su evolución, se puede intentar resumir en un solo concepto el significado de CIM. El concepto que reúne los elementos de un CIM podría definirse como: CIM: Es la estrategia dinámica que integra personas, procesos, información, estructuras y tecnologías para proporcionar un método más eficaz de gestión y poder ganar una o varias ventajas competitivas para la empresa. Donde si se desglosan cada uno de los elementos de la definición se puede ver como cada elemento permanece acorde y enmarcado dentro de la visión inicial del CIM. ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Estrategia: No es un producto, ni ordenadores, ni máquinas; es una estrategia, un modelo a seguir. Dinámica: Con el CIM se sabe cuándo se comienza, pero no cuándo acaba. El CIM no debe acabar ni pararse nunca debe fluir, ser dinámico. Integrador: Frente al concepto de Taylor de la división del trabajo el CIM busca la integración a todo nivel presente en una empresa Personas, Procesos, Información, Estructuras Y Tecnologías: Elementos básicos de las empresas de fabricación, elementos sin los cuales ciertos alcances de una empresa no se podrían dar. Para Proporcionar: El CIM no es un "juguete tecnológico" sino que ha de buscar unos objetivos, busca llegar más allá; siempre con unos objetivos claros y delimitados. Un Método más eficaz de Gestión: Un modelo para poder manejar los elementos que se involucran en el CIM. Una o varias Ventajas Competitivas: Dependiendo de la empresa que lo aplique y los objetivos propuestos se obtendrán las ventajas competitivas. Para la Empresa: Concepción amplia de la compañía, considerando a la empresa como la entidad básica para el proceso. De los cientos de modelos CIM que se pueden encontrar, existe uno desarrollado por el Consejo Técnico de la Computer & Automated Systems Association, perteneciente a la Society of Manufacturing Engineers6, el cual condensa las tecnologías y sistemas de información participantes en el CIM y permite observar mas fácilmente la interacción entre las diferentes áreas de una compañía. En la ilustración 7 se observa el modelo CIM desarrollado por el Consejo Técnico de “Computer & Automated Systems Association”. 6 Arnedo Rosel, José María. Fabricación integrada por ordenador (CIM). 19 Ed. Barcelona: Marcombo, Boixareu Editores, 1992. 24 Ilustración 7. Modelo CIM. Fuente: tomado y modificado de Arnedo Rosel (1992). Donde: MFG & HR MGM = Gestión de recursos humanos y de fabricación. MKT = Ventas y Marketing. STRAT. PLANN.= Planeación Estratégica. F & A = Instalaciones y costos administrativos ENG = Ingeniería CAD = Diseño asistido por computador. CAE = Ingeniería asistida por computador. CATP = Planificación y pruebas del proceso asistido por computador. MPCS = Sistemas de control y planificación de la producción. PRO = Procesos. QC = Control de calidad FP = Gestión de instalaciones. SCHE = Programación de procesos. 25 MPR I = Planificación de necesidad de materiales. SFC = Sistema de control de planta F.A. = Fabricación y ensamblaje AMH = Manejo automatizado de material ASS = Ensamblaje. TE = Inspección y pruebas. MP = Proceso de materiales. Si se tiene en cuenta la integración de estas áreas se puede decir que el CIM permite, por lo tanto, asegurar el futuro de la empresa; señalando hacia el futuro creando y ampliando de forma sistemática los sistemas de automatización de la producción; definiendo la estructura de la automatización de la producción a partir de datos de producción comunes y homogéneos; exigiendo que se utilicen sistemas de automatización capaces de comunicarse entre sí, tales como controles de memoria programables, controles numéricos y ordenadores con sistemas de gestión de datos, redes de comunicación y sistemas de software, para poder asegurar un flujo continuo de información. CIM es el medio que permitirá convertir en una realidad los objetivos de la empresa. 1.1.7. Tecnología de grupo (GT) La tecnología de grupo7 es una filosofía de la fabricación, en la cual las piezas similares se identifican y se agrupan para tomar ventajas de sus semejanzas en su fabricación y diseño. Cada familia poseerá características similares de diseño y de fabricación. Por lo tanto, el proceso de una familia dada será similar, y dara lugar a eficiencias en la fabricación; estas son alcanzadas organizando el equipo de producción en grupos de máquinas o células para facilitar el flujo del trabajo. En el diseño de producto, también se obtienen ventajas de agrupar las piezas dentro de familias. Estas se logran con la clasificación y codificación de las piezas; al identificar las semejanzas entre piezas y a relacionar estas semejanzas con un sistema de codificación. Las semejanzas entre las piezas pueden ser de dos tipos: atributos de diseño (forma y tamaño geométrico), y los atributos de fabricación (la secuencia de los pasos de proceso requerido). Los sistemas de clasificación y de codificación se idean a menudo para permitir diferencias entre el diseño de una pieza y su fabricación. La razón de usar un esquema de codificación es facilitar la recuperación de datos para los propósitos del diseño y de la fabricación. 7 GROOVER, Mikell P., Automation, production systems, and computer integrated manufacturing. 19 ed., Englewood Cliffs: Prentice-Hall, 1980. 808p. 26 La tecnología de grupo, la clasificación de las piezas y su codificación se relacionan muy de cerca. La tecnología de grupo es el concepto subyacente de la fabricación, pero alguna forma de clasificación de las piezas y su codificación se requieren generalmente para poner la Tecnología de Grupo en ejecución. 1.1.7.1. Familias de piezas Una familia de piezas es una conjunto de piezas que son similares debido a su forma geométrica y su tamaño o porque existen pasos de proceso similares que se requieren en su fabricación. Las piezas dentro de una familia son diferentes, pero sus semejanzas hacen que sean lo bastante cercanas para merecer su identificación como miembros de la familia de piezas. Las ilustraciones 8 y 9 muestran a dos familias de piezas las cuales se pueden clasificar por geometría y por proceso. Las piezas mostradas en la ilustración 8 son similares desde el punto de vista del diseño pero absolutamente diferentes en términos de fabricación. Ilustración 8. Piezas de igual geometría con diferencias en manufactura. Fuente: tomado y modificado de Groover; Automation, production systems, and computer integrated manufacturing (1980). Las 13 piezas mostradas en la ilustración 9 pueden constituir una familia de piezas en fabricación, pero si se observan sus características de geometría desde el punto de vista del diseño, estas características no permiten que sean agrupadas como una familia de las piezas por diseño. 27 Ilustración 9. Piezas de manufactura similar con diferencias en geometría. Fuente: tomado y modificado de Groover, Automation, production systems, and computer integrated manufacturing (1980). Una de las grandes ventajas de fabricación al agrupar piezas de trabajo en familias se puede explicar observando las ilustraciones 10 y 11. La ilustración 10 muestra una disposición por tipo de proceso para la producción en lote, donde las diferentes maquinas-herramientas se organizan por función. Ilustración 10. Disposición por tipo de proceso. Fuente: tomado y modificado de Groover, Automation, production systems, and computer integrated manufacturing (1980). 28 Hay una sección para el Torno, una para la Fresadora, una para el taladro, y así una sección para cada máquina y sus operaciones. Durante la fabricación de una pieza dada, la pieza de trabajo se debe mover entre las diferentes secciones, quizás visitando la misma sección de trabajo varias veces. Esto da lugar a una cantidad significativa de material a manejar, de un inventario grande en proceso, generalmente de configuraciones de máquina mayor a las necesarias, largos tiempos de fabricación, y altos costos. La ilustración 11 muestra un almacén de producción de capacidad equivalente, pero con las máquinas organizadas en células. Ilustración 11. Disposición de la tecnología de grupo. Fuente: tomado y modificado de Groover, Automation, production systems, and computer integrated manufacturing (1980). Cada célula se organiza para especializarse en la fabricación de una familia de piezas en particular. Las ventajas se ganan en la forma en que se reduce el manejo de las piezas de trabajos, tiempos más bajos de configuración de máquinas, menos inventario en proceso, y tiempos de trabajo mas cortos. Algunas de las células de fabricación se pueden diseñar para formar líneas de flujo de producción, usando transportadores para llevar las piezas de trabajo entre las máquinas en la célula. 1.1.7.2. Clasificación de las piezas y su codificación El obstáculo más grande que se presenta a la hora de migrar a la tecnología de grupo desde la forma tradicional de la producción, es el problema de agrupar las piezas en familias. Hay tres métodos generales para solucionar este problema: los tres métodos consumen tiempo e implican el análisis de muchos datos por personal correctamente entrenado. Los tres métodos son: 29 Inspección visual: Este método es el menos sofisticado y el menos costoso. Implica la clasificación de piezas en las familias mirando bien sea las piezas físicas o sus fotografías y arreglándolas en grupos similares. Aunque este método se considera generalmente ser el menos exacto de los tres, una de las primeras historias principales del éxito de la GT en los Estados Unidos hizo el cambio usando el método visual. Clasificación y codificación por examinación del diseño y de los datos de la producción: Este método implica que para clasificar las piezas en las familias se debe examinar el diseño individual y/o las cualidades de fabricación de cada pieza. La clasificación resulta en un número de código que identifica únicamente las cualidades de la pieza. Esta clasificación y codificación se pueden realizar en la lista entera de las piezas activas de la firma o una cierta clase de procedimiento de prueba se puede utilizar para establecer las familias de piezas. Por ejemplo, las piezas producidas durante cierto período de tiempo dado se podrían examinar para identificar categorías de las familias de piezas. El problema con cualquier procedimiento de prueba es el riesgo que existe que la muestra que se tome de las piezas producidas puede no ser lo suficientemente representativa de la población entera. El método de clasificación y codificación de las piezas parece ser el método de uso más general hoy en día. Existe en el mercado un variado número de sistemas de la clasificación y de codificación; a la par de un variado numero de software disponible que es vendido a las industrias interesadas. Análisis de flujo de la producción (PFA): Este tercer método hace uso la información contenida en las hojas de ruta más que en los planos de las piezas. Las piezas de trabajo con rutas de producción idéntica o similar se clasifican en una familia de piezas. Acerca del análisis de flujo de la producción no se hablara acá, puesto que este método no se aplica. Los tres métodos para identificar las familias de piezas requieren una inversión significativa de tiempo y mano de obra. El más complicado y el que más tiempo consume de los tres métodos es el de clasificación de piezas y su codificación. Muchos sistemas se han desarrollado a través del mundo, pero no se ha adoptado ninguno universal. Una de las razones de esto es que el sistema de clasificación y codificación debe ser adaptado y dirigido para una compañía o una industria dada. Un sistema puede ser el mejor para una compañía mientras que otro sistema servirá más a otra compañía. Las ventajas8 principales de un sistema bien diseñado de clasificación y codificación para la tecnología de grupo, se pueden resumir de la siguiente manera: 8 HAM, I., Introduction to Group Technology, Technical Report MMR76-03, Society of Manufacturing Engineers, Dearborn, Mitch, 1976. 30 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Facilita la formación de las familias de piezas y de las células de máquinas Permite la recuperación rápida de diseños, dibujos, y planes de proceso. Reduce la duplicación de diseños. Proporciona una estadística confiable de las piezas de trabajo. Facilita una estimación precisa de los requisitos de la máquina-herramienta y de las cargas lógicas de la máquina. Permite la racionalización de las configuraciones de herramientas, reduce tiempo de configuración de máquina, y reduce tiempo del rendimiento de procesamiento de la producción. Permite la racionalización y la mejora en diseño de la herramienta. Ayuda al planeamiento de procedimientos y a la programación de producción. Mejora la valoración de costos y facilita los procedimientos para llevar la contabilidad. Prevé una mejor utilización de la máquina-herramienta y un mejor uso de las herramientas, de accesorios, y de la mano de obra. Facilita la programación de la pieza para el NC. Tipos De Sistemas de Clasificación y Codificación Bien se podría decir que de las ventajas anteriormente mencionadas casi todos los departamentos en una firma se podrían beneficiar en cuanto a la implementación de un buen sistema de clasificación y codificación se trata, las dos áreas que principalmente utilizan el sistema son las de diseño y fabricación. Por consiguiente, los sistemas de clasificación de las piezas encajan en una de tres categorías: ⋅ ⋅ ⋅ Sistemas basados en atributos de diseño de la pieza Sistemas basados en atributos de fabricación de la pieza Sistemas basados atributos de diseño y de fabricación Entre los atributos de diseño y fabricación que se incluyen típicamente para las piezas de trabajo, se tiene; para los atributos de diseño: forma básica externa, forma básica interna, longitud, diámetro, tipo de material, función de parte, dimensión mayor, dimensión menor, tolerancias, acabado superficial y para los atributos de fabricación: proceso mayor, proceso menor, dimensión mayor, longitud, diámetro, acabado superficial, herramienta de máquina, secuencia de operación, tiempo de producción, tamaño de lote, produccion anual y herramientas de corte. El esquema de codificación de las piezas consiste en una secuencia de los dígitos numéricos ideados para identificar los atributos de diseño y de fabricación de la pieza. Los esquemas de codificación para la clasificación de las piezas pueden ser de dos estructuras básicas: 31 Estructura jerárquica: En esta estructura de código, la interpretación de cada símbolo depende del valor de los símbolos precedentes. Estructura tipo cadena: En este tipo de código, la interpretación de cada símbolo en la secuencia es fija. No depende del valor del símbolo precedente. Algunos sistemas de clasificación y codificación de piezas utilizan una combinación de la estructura jerárquica y del tipo cadena. El número de los dígitos requeridos en una codificación puede variar de 6 a 30. Los esquemas de codificación que incluyen únicamente características de diseño requieren pocos dígitos, 12 o menos. La mayoría de los sistemas modernos de clasificación y de codificación incorporan datos de diseño y fabricación en el código. Para lograr esto, los números de codificación con 20 a 30 dígitos pueden ser necesarios. Algunos de los más importantes sistemas de clasificación y de codificación en los Estados Unidos y las empresas que los usan son los siguientes: ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Brisch (Brisch-Birn, Inc.), CODE (Manufacturing Data Systems, Inc.) CUTPLAN (Met cut Associates) DCLASS (Brigham Young University) MultiClass (OIR—Organization for Industrial Research), Part Analog System (Lovelace, Lawrence & Co., Inc.). Entre muchos de los sistemas de clasificación que se usan alrededor del mundo hay dos que se destacan el sistema de Opitz y el sistema MultiClass. También existen sistemas de codificación como el Vuoso Praha y el KK3, los cuales aquí solo se nombran. El sistema de Opitz -el cual se aplico al presente proyecto y sobre el cual se profundiza mas adelante- es de interés histórico porque fue uno de los primeros esquemas publicados acerca de la clasificación y codificación para piezas mecánicas. El sistema de MultiClass es un producto comercial actualmente ofrecido por el OIR, la Organización para la Investigación Industrial. El Sistema de clasificación MultiClass : Este es un sistema de clasificación y de codificación desarrollado por la OIR. El sistema es relativamente flexible, permitiendo a la compañía acomodar la clasificación y el esquema de codificación para que adecue sus requisitos particulares a sus propios productos y aplicaciones. MultiClass puede ser utilizado para una variedad de diversos tipos de producto manufacturado, incluyendo piezas del metal, chapas, elementos electrónicos, piezas compradas, ensambles y subensambles, máquinasherramientas, y otros elementos. Hasta nueve diversos tipos de componentes pueden ser incluidos dentro de una sola estructura del software de MultiClass. 32 MultiClass utiliza una estructura jerárquica o codificación tipo decisión-árbol en la cual los dígitos siguientes dependen de valores de los dígitos anteriores. La estructura de la codificación consiste en hasta 30 dígitos. Los 30 dígitos se dividen en dos regiones, una proporcionada por la “OIR” y el segundo diseñado por el usuario para resolver necesidades y requisitos en específico. Un prefijo precede los 30 dígitos y se utiliza para identificar el tipo de pieza como las piezas del metal trabajado a máquina y las chapas, por ejemplo. 1.1.7.3. Beneficios de la tecnología de grupo Los problemas que se han prevenido con el uso extenso de la tecnología de grupo en los Estados Unidos y los países donde se ha implementado la misma incluyen los siguientes: ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ El problema de identificar las familias de la pieza entre los muchos componentes producidos por una planta. El costo de clasificación y codificación de las piezas. El reacomodamiento de las máquinas en la planta en las células apropiadas. La resistencia que se produce comúnmente cuando el cambio a un nuevo sistema se tiene en cuenta. Cuando se solucionan estos problemas y la tecnología de grupo es aplicada, las ventajas se observan en las áreas siguientes: ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Ventajas en el diseño del producto Herramientas y disposiciones Manejo de materiales Control de producción e inventario Planeamiento de procesos Satisfacción del empleado Diseño de producto: En el área de diseño Cuando se requiere una nueva pieza, se pueden dedicar algunos minutos para establecer el código de la parte requerida, entonces los diseños que coinciden con el código se pueden recuperar para considerar i uno de ellos como la geometría para la “nueva” función deseada. Los pocos minutos que se han gastado buscando el archivo del diseño con la ayuda del sistema de codificación ahorran varias horas del tiempo del diseñador. Si el diseño exacto de la pieza no se puede encontrar quizás un leve cambio de un diseño existente dará solución a la función. Un punto importante de la GT es que promueve la estandardización del diseño. Elementos de diseño tales como radios de esquinas internas, chaflanes, y tolerancias son más probables ser estandarizadas con GT. 33 Herramientas y configuraciones: La tecnología de grupo también tiende a promover la estandardización en las áreas de fabricación. Como por ejemplo en el área de herramientas; donde se diseñan las plantillas y los accesorios que acomodarán a cada miembro de una familia de las piezas asi como los elementos de sujeción que usaran adaptadores especiales de manera que se pueda convertir en un elemento de trabajo sobre el cual se pueda trabajar todos y cada uno de los elementos que componen la familia de partes. Manejo de materiales: Otra ventaja en la fabricación es una reducción en el tiempo de movimiento y en el tiempo de espera de la pieza de trabajo. Las disposiciones de máquina de la tecnología de grupo se prestan para que el flujo de materiales se de manera eficiente a través del taller. Producción y control del inventario: Varias ventajas se suman a la producción de una compañía y a la función de control de inventario como consecuencia de tecnología de grupo, la planeación de la producción se simplifica , el agrupar las máquinas en las células reduce el número de centros de producción que deben ser programados, también se reduce la complejidad y el tamaño de los lotes de piezas que se necesitan programar y que generan problemas y debido a todo esto, se reducen los tiempos de trabajo y el trabajo en proceso se reduce. Planeamiento de proceso: La apropiada clasificación y codificación de las piezas puede conducir a un sistema de planeamiento de proceso automatizado. Incluso sin un sistema de planeamiento de proceso automatizado, las reducciones en el tiempo y el costo del planeamiento de proceso pueden ser logrados todavía. Esto se hace a través es de la estandarización. Los nuevos diseños de la pieza son identificados por su código de pertenencia a cierta familia de las piezas, para la cual la ruta de proceso se conoce de antemano. Satisfacción del empleado: La célula de mecanizado permite a menudo que las piezas sean procesadas de la materia prima al estado final por un grupo pequeño de trabajadores. Los trabajadores deben ser capaces de visualizar su contribución al trabajo de la firma de una manera mas clara. Esto tiende a cultivar y mejorar la actitud del trabajador y a tener un nivel mucho más alto de satisfacción en el trabajo. Otro beneficio relacionado con la GT es que se le presta más atención a la calidad del producto. La calidad de una pieza de trabajo es mucho más fácil de ubicar desde una célula de trabajo en particular en la tecnología de grupo. Consecuentemente, los trabajadores son mucho más responsables de la calidad del trabajo que ellos realizan. La rastreabilidad de los defectos de una pieza es a veces muy difícil en una disposición de proceso tipo convencional, y el control de calidad sufre por consecuencia. 34 1.1.8. Sistema de clasificación de OPITZ Este sistema de clasificación y codificación fue desarrollado por H. Opitz de la Aachen Technical University en Alemania hacia el año de 1970. Representa uno de los esfuerzos pioneros en el área de la tecnología de grupo y es probablemente el más conocido de los esquemas de clasificación y de codificación. El sistema de codificación de Opitz utiliza la siguiente secuencia de dígitos: 12345 6789 ABCD El código básico consiste en nueve dígitos, que pueden ser extendidos a trece agregando cuatro dígitos más. Los primeros nueve se usan para codificar el diseño y los datos de la fabricación. Los cinco dígitos iniciales, -12345-, se les llama el “código de forma o primario” y describen las atributos de diseño de la pieza. Los cuatro dígitos siguientes -6789-, constituyen el “código secundario” el cual indica algunos de los atributos que se usaran para la fabricación. A los últimos cuatro dígitos -ABCD-, se le conoce como el “código suplementario” y se tienen con la intención de identificar la secuencia y el tipo de la operación de la producción. El “código suplementario” se puede adaptar de acuerdo con las necesidades propias de el usuario que usa la codificación de Opitz; este se adapta a necesidades particulares. El sistema de codificación completo es bastante complejo. Opitz escribió un libro entero acerca de su sistema el cual se puede consultar para ampliar el conocimiento sobre el mismo9. A continuación se explica en detalle el uso y la manera de aplicar el código a un conjunto de piezas para formar familias de piezas. 1.1.8.1. Código primario El sistema de codificación de OPITZ emplea 5 dígitos primarios, los cuales representan: el primero: la clase; el segundo: los elementos básicos de la forma externa; el tercero: los elementos básicos de la forma interna; el cuarto: las superficies maquinadas y el quinto: los agujeros auxiliares y las superficies dentadas. En la ilustración 12 se aprecia gráficamente la secuencia del código primario de Opitz y su significado según su posición. 9 OPITZ, H., A classification system to describe workpieces, Pergamon Press ltd., Oxford, 1970. 35 Ilustración 12. Código primario Opitz. Fuente: Autor (2008). Cada digito puede tener un valor entre 1 y 9. Dependiendo de la característica ya sea de diseño o de fabricación este valor será asignado de la siguiente manera: El primer digito: la clase. Si es una pieza con superficies de rotación estará entre 0 y 5: ⋅ Será 0 si L/D ≤ 0.5. ⋅ Será 1 si 0.5 > L/D <3. ⋅ Será 2 si L/D ≥ 3. Donde L es la longitud total de la pieza y D es el diámetro mayor de la pieza. Los valores 3, 4 y 5 se podrán asignar a piezas con superficies de rotación en un rango específico definido por el usuario dependiendo de las dimensiones que se necesite trabajar. Si no es una pieza con superficies de rotación estará entre 6 y 9, donde el rango de valores estará definido por el usuario dependiendo de las dimensiones que se necesite trabajar. El segundo digito: elementos básicos forma externa. Será 0 si las formas externas son suaves o no tiene formas externas. Si es una pieza escalonada en una dirección estará entre 1 y 3 y: ⋅ Será 1 si no tiene elementos de forma. ⋅ Será 2 si es roscada. ⋅ Será 3 si tiene ranuras funcionales. 36 Si es una pieza escalonada en las dos direcciones estará entre 4 y 6 y: ⋅ Será 4 si no tiene elementos de forma. ⋅ Será 5 Si es roscada. ⋅ Será 6 Si tiene ranuras funcionales. ⋅ Será 7 si tiene conos funcionales. Será 8 si tiene roscas (debe observarse que como el primer digito establece jerarquía es una pieza no rotacional con rosca). Será 9 si posee cualquier otra forma. El tercer dígito: elementos básicos forma interna Será 0 si no tiene agujero alguno. Si es una pieza escalonada en una dirección estará entre 1 y 3 y: ⋅ Será 1 si no tiene elementos de forma. ⋅ Será 2 si tiene roscas. ⋅ Será 3 si tiene ranuras. Si es una pieza escalonada en las dos direcciones estará entre 4 y 6 y: ⋅ Será 4 si no tiene elementos de forma. ⋅ Será 5 si tiene roscas. ⋅ Será 6 si tiene ranuras ⋅ Será 7 si tiene conos funcionales. ⋅ Será 8 si tiene roscas Será 9 si posee cualquier otra forma. ⋅ Será 9 si posee cualquier otra forma El cuarto dígito: superficies mecanizadas Será 0 si no tiene superficies mecanizadas. Será 1 si tiene superficies planas y/o curvas en una dirección y son externas. Será 2 si tiene superficies planas relacionadas por graduación alrededor de un círculo. Será 3 si tiene Ranuras o estrías exteriores. Será 4 si tiene superficies planas en forma de polígonos. Será 5 si tiene superficies planas, ranuras o estrías, exteriores. Será 6 si tiene superficies planas o ranuras y son interiores. Será 7 si tiene superficies planas en forma de polígonos o estrías interiores. Será 8 si tiene superficies planas, polígonos, ranuras o estrías, exteriores o interiores. Será 9 si tiene cualquier otra forma. 37 El quinto digito: agujeros auxiliares y superficies dentadas. Será 0 si no tiene agujeros auxiliares. Si no es una rueda dentada estará entre 1 y 5 y: ⋅ Será 1 si tiene agujeros axiales pero no en un círculo definido. ⋅ Será 2 si tiene agujeros axiales en un círculo definido. ⋅ Será 3 si tiene agujero radial ⋅ Será 4 si tiene agujero axial y en cualquier otra dirección. ⋅ Será 5 si tiene agujero axial y/o radial en el círculo de paso. Si es una rueda dentada el quinto dígito estará entre 6 y 8 y: ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Será 6 si es un engrane recto. Será 7 si es un engrane cónico. Será 8 si es otro tipo de engrane. Será 9 para cualquier otra combinación posible. 1.1.8.2. Código secundario El “código secundario” permite ampliar la información y está compuesto por cuatro dígitos adicionales los cuales representan: el sexto: la dimensión mayor (diámetro o longitud); el séptimo: el material; el octavo: la forma original de la pieza bruta; el noveno: la precisión. En la ilustración 13 se aprecia gráficamente la secuencia del código secundario de Opitz y el significado según su posición. Ilustración 13. Código secundario Opitz. Fuente: Autor (2008). 38 Cada digito puede tener un valor entre 1 y 9. Dependiendo de la característica ya sea de diseño o de fabricación este valor será asignado de la siguiente manera: El sexto digito: dimensión mayor (diámetro o longitud) Será 0 si dimensión mayor es Será 1 si la dimensión mayor es Será 2 si la dimensión mayor es Será 3 si la dimensión mayor es Será 4 si la dimensión mayor es Será 5 si la dimensión mayor es Será 6 si la dimensión mayor es Será 7 si la dimensión mayor es Será 8 si la dimensión mayor es Será 9 si la dimensión mayor es ≤ 20 mm. >20 ≤ 50 >50 ≤ 100 >100 ≤ 160 >160 ≤ 250 >250 ≤ 400 >400 ≤ 600 >600 ≤ 1000 >1000 ≤ 2000 >2000 o ≤ 0.8 pulg. o > 0.8 ≤ 2.0 o > 2 ≤ 4.0 o > 4 ≤ 6.5 o >6.5 ≤ 10.0 o >10 ≤ 16.0 o >16 ≤ 25.0 o >25.0 ≤ 40.0 o > 40 ≤ 80.0 o >80.0 El séptimo digito: material de la pieza. Será 0 si es hierro fundido gris. Será 1 si es hierro fundido con grafito nodular o fundición maleable. Será 2 si es acero de baja resistencia. Será 3 si es acero de bajo carbono tratable térmicamente, sin endurecer. Será 4 si es acero de baja aleación tratado térmicamente. Será 5 si es acero aleado no tratado térmicamente. Será 6 si es acero tratado térmicamente. Será 7 si es un metal no ferroso. Será 8 si es una aleación ligera. Será 9 si es otro tipo de material. El octavo digito: forma original pieza en bruto Será 0 si es una barra laminada en caliente. Será 1 si es una barra laminada en frío. Será 2 si es una barra no redonda. Será 3 si es tubular. Será 4 si es una viga o angular. Será 5 si es una chapa. Será 6 si es una planchuela. Será 7 si es una pieza fundida o conformada. Será 8 si es un ensamblaje por soldadura. Será 9 si la pieza esta previamente maquinada. 39 El noveno digito: el grado de precisión: Será 0 si no está definida la precisión Será 1 si la precisión mayor de las superficies exteriores es (A) Será 2 si la precisión mayor de las superficies exteriores es (B) Será 3 si la precisión mayor de las superficies interiores es (A) Será 4 si la precisión mayor de las superficies interiores es (B) Será 5 si hay combinación de (A) y (B), (mayor precisión en el exterior). Será 6 si hay combinación de (A) y (C). Será 7 si hay combinación de (B) y (C). Será 8 si hay combinación de (A), (B) y (C). Será 9 si hay otras posibilidades. En las tablas 4 y 5 se presentan el resumen de los parámetros que se tienen en cuenta para realizar la clasificación de Opitz. 40 Tabla 4. Código Primario Opitz. 3: si 15 < D ≤ 20 4: si 20 < D ≤ 25 6 1; sin elementos de forma 2; si es roscada 3;ranuras funcionales 4; sin elementos de forma 5; si es roscada 6; si tiene ranuras funcionales 1; sin elementos de forma 4; sin elementos de forma 2; si es roscada 3;ranuras funcionales 5; si es roscada 6; si tiene ranuras funcionales 7 7; si tiene conos funcionales 7; si tiene conos funcionales 8 8; si tiene rosca 8; si tiene rosca 9 9; cualquier otra forma 9; cualquier otra forma Agujeros auxiliares y superficies dentadas 0; sin superficies maquinadas 0; no tiene agujeros adicionales 1; superficies y o curva en 1 dirección, externas. 2; superficies planas relacionadas por graduación alrededor de un circulo 3; Ranuras o estrías exteriores 4; superficies planas en forma de polígonos (Ej. Barras hexagonales) 5: superficies planas, ranuras o estrías exteriores 6; superficies planas o ranuras interiores 7; superficies planas en formas de polígonos o estriadas internas 8; superficies planas, polígonos, ranuras o estrías interiores y exteriores 9; otra forma cualquiera No es una rueda dentada Superficies maquinadas Es una rueda dentada Pieza sin superficies de rotación 5: si 25 < D ≤ 30 0; sin agujero Escalonada en una dirección 2; si 10 < D ≤ 15 0; formas ext. Suaves o nulas Escalonada para los 2 extremos 1; si 5 < D ≤ 10 Forma interna Escalonada en las 2 direcciones Pieza con superficies de rotación 0; si D ≤ 5 Forma Externa Escalonada en una dirección Clase 1; con agujeros auxiliares pero no en un circulo definido 2; con agujeros auxiliares en un circulo definido 3; con agujero radial 4; con agujero radial y en cualquier otra dirección 5; axial o radial en circulo de paso 6; engrane recto 7; engrane cónico 8; otros tipos de engrane 9; otra combinación posible Fuente: tomado y modificado de Groover, Automation, production systems, and computer integrated manufacturing (1980). 41 Tabla 5. Código secundario Opitz. Dimensión mayor (D-L) Material 0; ≤20 mm o ≤0.8 pgd. ≥ 0; hierro fundido gris. 1; >20 ≤50 o >0.8 ≤2.0 1; hierro fundido con grafito nodular o fundición maleable. 2; >50 ≤100 o >2 ≤4.0 2; acero de baja resistencia. 3; >100 ≤160 o >4 ≤6.5 3; acero de bajo carbono tratable térmicamente sin endurecer. 4; >160 ≤250 o >6.5 ≤10.0 4; acero de baja aleación tratado térmicamente. 5; >250 ≤400 o >10 ≤16.0 5; acero aleado no tratado térmicamente. 6; >400 ≤600 o >16 ≤25.0 6; acero tratado térmicamente. 7; >600 ≤1000 o >25.0 ≤40.0 7; un metal no ferroso. 8; >1000 ≤2000 o >40 ≤80.0 8; una aleación ligera. 9; >2000 o >80.0 9; otro tipo de material. Forma original pieza en bruto Precisión en superficies 0; una barra laminada en caliente. 0; indica que no esta definida la precisión 1; una barra laminada en frío. 1; la precisión mayor exterior es (2) 2; una barra no redonda. 2; la precisión mayor exterior es (3) 3; tubular. 3; la precisión mayor interior es (2) 4; una biga o angular. 4; la precisión mayor interior es (3) 5; una chapa. 5; combinación de 2 y 3.(mayor ext) 6; una planchuela. 6; combinación de 2 y 4. 7; una pieza fundida o conformada. 7; combinación de 3 y 4. 8; un ensamblaje por soldadura. 8; combinación de 2, 3.y 4 9; previamente maquinado. 9; otras posibilidades. Fuente: tomado y modificado de Groover, Automation, production systems, and computer integrated manufacturing (1980). 42 1.1.8.3. Ejemplo práctico Como un ejemplo práctico para ver cómo se aplica el código de clasificación de Opitz se puede tomar la ilustración 14, una pieza con múltiples operaciones tanto externas como internas y aplicar con ella el código de clasificación de Opitz para entender de una manera más práctica su funcionalidad. Ilustración 14. Pieza mecanizada de revolución. Fuente: tomado y modificado de Bustos Sosa (2005). Para la pieza se tienen las siguientes características: Pieza de revolución Material en bruto: cilíndrico Material: Aluminio Dimensiones Diámetro mayor: 30mm Longitud: 60mm Operaciones Operaciones Interiores 5. Agujero al lado izquierdo 6. Ranura de salida para la rosca 7. Rosca interior 8. Agujero al lado derecho Operaciones Exteriores 1. Rosca exterior 2. Ranurado 3. Cilindro sin roscar 4. Cono – Superficie Acabada 43 Tomando las tablas 4 y 5 procedemos por inspección y comparación a realizar el código tanto primario como segundario para la pieza. Código primario Primer digito: clase Lo primero es considerar si la pieza es de revolución o no, puesto que esto define el camino que se tomara para realizar la clasificación, una vez se tiene que es una pieza de revolución y considerando el diámetro como la dimensión base para la clase tenemos que: D = 30; el cual le otorga el valor de 5 para el primer dígito. Segundo digito: forma externa Para la forma externa se considera si la pieza es escalonada o no y si es escalonada en una o en las dos direcciones, viendo que la pieza es escalonada en las dos direcciones debería tener un valor entre 4 y 6 pero como tiene un cono externo funcional se le da el valor de 7 para el segundo digito. Tercer digito: forma interna Para la forma interna se considera si la pieza es escalonada o no y si es escalonada en una o en las dos direcciones, en este caso la pieza es escalonada en las dos direcciones debido a que tiene una ranura que divide a la pieza en dos y debido a que se presenta una rosca en una de las dos cavidades internas se le otorga a esta pieza el valor 5 para el tercer digito. Cuarto digito: superficies maquinadas Para la superficie se considera las operaciones y los acabados que esta tiene, para la pieza se tiene que la superficie del cono es una superficie acabada y por ende maquinada, de igual manera existe un escalonamiento en las dos direcciones de la pieza e igual mente también existe una ranura interna de la pieza, debido a esto se le otorga el valor de 8. Quinto digito: agujeros auxiliares y superficies dentadas Al considerar los agujeros auxiliares y las superficies dentadas, podemos ver que la pieza no se tiene ni agujeros auxiliares ni superficies dentadas por la tanto se le otorga el valor de 0. Código secundario Sexto digito: dimensión mayor Al considerar el sexto digito se tienen dos valores, bien puede ser el diámetro mayor o la longitud total de la pieza, de tal manera que dependiendo de la dimensión mayor y el rango donde se encuentre tendremos el valor respectivo, en este caso se le otorga el valor de 2 puesto que 50mm < D ≤ 100mm. 44 Séptimo Digito: material Para tener total seguridad del material con el que se esta trabajando haría falta consultar las ordenes de pedido y revisar el tipo de material con el que se trabaja, en este caso tenemos que el valor es de 7 debido a que el material con el que se trabaja es aluminio el cual es un metal no ferroso. Octavo digito: forma material bruto De la misma manera que al evaluar el material de las piezas, para tener certeza absoluta de la forma original del material en bruto haría falta revisar las ordenes de pedido. Debido a esto para la pieza tenemos que debido a que la forma original del material era de forma cilíndrica tenemos que el valor para este digito es de 7. Noveno digito: precisión en superficies En este caso no se tiene precisión alguna para las superficies por lo tanto el valor de este digito es 0. De esta manera el código resultante que se le atribuye a la pieza después de analizar sus características y clasificarlas con los parámetros de la tabla es: “57580-2770”. 1.1.9. Programación NC Cuando se habla de control numérico (CN) se habla un amplio campo de acción, el control numérico10 puede definirse como un “dispositivo flexible de automatización de una máquina que controla su funcionamiento mediante números”. En el CN los números constituyen el programa de instrucciones que se usa para desarrollar una determinada tarea. Cuando la tarea se termina, el programa que se usa cambia por otro para realizar otro trabajo. Y así, el mismo equipo productivo puede realizar distintos trabajos sin más que cambiar el programa del CN. Si bien el CN se utiliza en una gran variedad de procesos su aplicación principal se ve reflejada en las máquinas herramientas (Tornos, Fresadoras, taladradoras, cortadoras, etc.). En el campo de la manufactura el control numérico se puede definir como un dispositivo capaz de controlar el movimiento de uno o varios elementos de la máquina de forma automática a partir de los números y letras que constituyen el programa de trabajo. 10 Ferré Masip, Rafael., Fabricación asistida por computador-CAM 19 ed. Ed.Barcelona: Marcombo; Boixareu Editores, 1987. 45 El inicio de esta data de 1948 cuando “Parsons Corporation” fabrica unos alabes de rotores para helicópteros mediante un computador cuyos datos de entrada eran tarjetas perforadas con las coordenadas de la herramienta en ellas. Desde entonces la evolución tecnológica del CN ha sido y continúa siendo muy rápida y profunda en función de los desarrollos de la microelectrónica, la informática y la automatización. Los controladores son cada vez más potentes, con más funciones y posibilidades de automatización, más fiables y más sencillos de operar y programar. Dentro de la evolución del CN puede hablarse de cuatro generaciones de máquinas de control numérico de acuerdo con la electrónica utilizada. Estas cuatro generaciones son: ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Válvulas electrónicas y relés - 1950. Transistores - 1950. Circuitos integrados – 1965. Microprocesadores - 1975. Estos sistemas tenían un gran inconveniente: la falta de flexibilidad de las funciones de control las cuales al estar basadas en componentes físicos no era fácil cambiarlas. A finales de los años 60 nace el control numérico por computador. Las funciones de control se empiezan a realizar mediante programas en la memoria del computador de tal manera que se pudieran adaptar fácilmente con solo modificar el programa. En esa época los computadores eran todavía muy grandes y caros; la única solución practica para el CN era disponer de un computador central conectado a varias máquinas herramientas que desarrollaban a tiempo compartido todas las funciones de control de las mismas. Esta tecnología se conoció con las siglas DNC-Direct Numerical Control (control numérico directo). 1.1.9.1. El Controlador de una máquina en CN La función principal del controlador es leer e interpretar el programa de mecanizado y convertirlo en órdenes entendibles para los elementos de la máquina herramienta. Para lograr esto se precisa de: ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Unidad de entrada de datos Memoria de almacenamiento de instrucciones. Unidad de cálculo. Interprete de los códigos del programa. 46 ⋅ ⋅ ⋅ Unidad de enlace con los elementos de máquina. Controlador de secuencia. La Máquina Herramienta Las máquinas herramienta utilizadas en el CN han sufrido una gran evolución. En las primeras aplicaciones el CN se instalaba sobre máquinas convencionales modificadas para tal fin en su accionamiento y control. El perfeccionamiento de las cadenas cinemáticas de potencia y posicionamiento, la mejora estructural, la incorporación de almacenes de herramientas con cambiador automático, de cambiadores de piezas, la concentración de operaciones elementales de mecanizado en una sola máquina y finalmente la incorporación del computador en la unidad de control configuran hoy día unas estaciones de trabajo que difieren en su forma y en su operación de las máquinas convencionales. El comportamiento dinámico de los sistemas de accionamiento es uno de los parámetros fundamentales en la precisión del mecanizado. Un accionamiento ideal seria aquel en que la herramienta reaccionara instantáneamente a la orden de movimiento. Pero en la realidad siempre existirá un tiempo de retardo. Entre los factores que influyen tanto en la magnitud como en la evolución del movimiento en este periodo inicial de desarrollo del CN son: ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ El juego, que proporciona un tiempo de retraso, así como inestabilidad en el posicionamiento. La rigidez de la transmisión, que absorbe elásticamente los movimientos iniciales y provoca oscilaciones al devolver la energía elástica almacenada. La inercia del sistema, que retarda el alcanzar la velocidad necesaria al limitar la aceleración. Los rozamientos, que limitan el par disponible y por lo tanto la aceleración conseguida, si bien provoca también la amortiguación de las vibraciones. 1.1.9.2. El Programa de una máquina CN El programa de un CN es el conjunto de números, letras y símbolos que describen para cada pieza a mecanizar las operaciones que debe realizar la máquina herramienta. Este contiene información geométrica relacionada con la pieza y las herramientas tales como coordenadas y dimensiones e información de tecnología de mecanizado y velocidades de avance y rotación. La programación CN consiste en definir cada una de las acciones-funciones a realizar y su secuencia identificándolas mediante un código alfanumérico. Para la realización del programa se precisa conocer datos como: 47 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ De la máquina: potencia, velocidades, esfuerzos, campo de trabajo. De la pieza: dimensiones, forma y dimensiones del material en bruto, material y acabado superficial. De las herramientas y utillajes: disponibilidad en el taller, con formas y dimensiones. Del control numérico: tipo de control, funciones, modo de actuación, formatos. A partir de estos datos se establecen los diferentes ciclos de mecanizado definiendo las bases del mismo y su secuencia. La codificación de estas en lenguaje máquina, es decir, en los formatos y valores que la máquina interpreta, constituye el listado del programa. Para obtener este listado el programador puede trabajar de dos maneras: directamente en lenguaje máquina la cual se denomina programación manual, la cual exige una descripción de todos los movimientos elementales de las herramientas con la especificación en cada caso de las coordenadas de los puntos de inicio y final lo que da lugar a múltiples y tediosos cálculos geométricos; y la programación automática la cual busca agilizar la programación y disminuir los frecuentes errores de cálculo, de esta manera la programación automática por computador permite obtener mediante la programación en un lenguaje simbólico el listado del programa en el lenguaje máquina. 1.1.9.2.1. Bloques de programación El conjunto de información que corresponde a una fase de mecanizado recibe el nombre de bloque o secuencia. El formato propio del bloque permite diferenciar e interpretar las distintas informaciones contenidas en el mismo. Las palabras o funciones dentro del bloque se dan, por convención, en el siguiente orden: ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Numero secuencia… N Función preparatoria… G. Movimiento o coordenadas… XYZ… ABC… UVW… PQR... ED... IJK. Velocidad de avance... F. Velocidad de rotación del husillo… S. Selección de herramienta… T. Funciones auxiliar… M. 48 Función N. Es la primera palabra del bloque; numera los bloques y ayuda a su localización. Va seguida de cuatro cifras que indican el número del bloque. Su formato es N4 – NXXXX- y puede numerar los bloques del N1 al N9999. A menudo se suelen numerar los bloques de 5 en 5 de tal manera que si hace falta insertar un nuevo bloque no se haga necesario reenumerar todos los bloques posteriores. Funciones Principales G. Es la función que se utiliza para informar al control la operación que se va a desarrollar y que este pueda interpretar correctamente los datos del resto de funciones del bloque. Su formato es G2 –GXX-, lo que significa que se pueden programar de G00 a G99; cien funciones distintas. Función velocidad de avance F. F es la función que se utiliza para indicar el valor de la velocidad de avance. Su formato es F4 –FXXXX-; donde el campo de velocidades podrá variar de F1 a F9999 milímetros por minuto, F0 se utiliza en general para indicar la velocidad máxima de avance de la máquina. Función velocidad de rotación del husillo S. S es la función utilizada para indicar la velocidad de giro de la herramienta. Su formato es S4 -SXXXX-, lo que implica un campo de velocidades de S1 a S9999 revoluciones por minuto. Función selección de herramientas T. T es la función correspondiente a la herramienta a utilizar y los valores de su corrección de herramienta. Así un formato T4 –TXXXX- significa que de las 4 cifras del código las dos primeras identifican un número de herramienta (máximo 100 herramientas distintas –de 00 a 99-, aunque realmente estará limitado al número de herramientas que la máquina pueda cargar) y las dos últimas un numero de corrección de herramienta. Funciones auxiliares M. M es la función con que se les llama. Sirven para especificar condiciones de funcionamiento como: sentido de giro de los husillos, cambio de herramienta, refrigeración en marcha, desplazamiento de origen, etc. Su formato es M2 –MXXlo que permite disponer de hasta 100 funciones programables de M00 a M99. 49 Además de estas direcciones, prácticamente normalizadas y por tanto comunes a todos los equipos de CN, los distintos fabricantes emplean otras direcciones no universales con un significado propio para cada equipo. 1.1.9.3. Tablas de comandos Los lenguajes de programación de las máquinas CNC difieren de una máquina a otra, por tal razón se hace necesario presentar los comandos propios que existen tanto para el Torno CNC -que es la máquina CNC que usa principalmente a lo largo del proyecto- y con la cual se cuenta en el laboratorio de CIM-FMS. Torno CNC “Emco Pc Turn 120” El lenguaje utilizado en la programación del Torno se denomina “EMCO WinNC GE Fanuc Serie 0-TC”11. A continuación en las tablas 6 y 7 se presentan los comandos principales y comandos auxiliares del correspondiente lenguaje de programación. Direcciones utilizadas ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ O… Numero de programa principal, de 1 a 9499, para programas de piezas y subrutinas. N… numero de bloque, de 1 a 9999 G… Función de recorrido X, Z… Datos de posición en valores absolutos (X temporización) U, W… Datos de posición en valores incrementales (U temporización) R… Radio, media cónica, parámetros de ciclos C… Chaflán I, K… Parámetros de arco F… Avance, paso de rosca S… Velocidad de husillo, velocidad de corte T… llamada a herramienta (calculo de longitud) M… Función lógica, función adicional P… Temporización, llamada a subrutina, parámetros de ciclos Q… Parámetros de ciclos ;… fin de bloque 11 Manual Torno “Emco Pc Turn 120”. Emco WinNC GE Series Fanuc 0-TC. Descripción del software/ Versión del software 13.70. Ref. SP 1802 Edición H2003-7. 50 Tabla 6. Comandos principales Torno CNC. A G70 G71 G72 G73 G74 G75 G76 G50 G90 G92 G94 G32 G98 G99 COMANDOS B G04 G07.1 G10 G11 G28 G72 G73 G74 G75 G76 G77 G78 G92 G00 G01 G02 G03 G77 G78 G79 G33 G96 G97 G94 G95 G 20 G21 G40 G41 G42 G80 G83 G84 G85 - FUNCIONES C G 20 G21 G24 G90 G91 G 70 G71 G98 G99 Temporización Interpelación cilíndrica Ajuste de datos Ajuste de datos a parar Aproximar al punto de referencia Ciclo de acabado de contorno Ciclo de torneado longitudinal Ciclo de refrentado Ciclo de seguir contorno Taladrado de agujeros profundos Ciclo de ranurado en Z Ciclo de ranurado de eje X Ciclo de roscado múltiple Fijar sistemas de coordenadas Limitar velocidad Avance rápido Interpolación lineal Interpolación circular a derechas Interpolación circular a izquierdas Ciclo de torneado longitudinal Ciclo de tallado de roscas Ciclo de refrentado Tallado de roscas Velocidad de corte constante Programación de velocidad Programación absoluta Programación incremental Avance en mm/minuto Avance en mm/revolución Programación en pulgadas Programación en milímetros Cancelar compensación de radio de herramienta Cancelar compensación de radio de herr. a izquierda Cancelar compensación de radio de herr. a derecha Cancelar ciclo de taladrado Ciclo de taladrado Ciclo de roscado con macho Ciclo de escariado Retorno al plano inicial Retorno al plano de retirada 51 G17 G18 G19 G12.1 G13.1 Selección de niveles XY Selección de niveles ZX Selección de niveles YZ Inicia la interpolación de coordenadas polares Termina la interpolación de coordenadas polares Fuente: Manual Torno CNC “Emco Pc Turn 120”. Tabla 7. Comandos Auxiliares Torno CNC. COMANDO FUNCION M0 Parada programada M1 Parada programada, condicional M2 Fin del programa M3 Husillo encendido en sentido de reloj M4 Husillo encendido en sentido opuesto al reloj M5 Husillo apagado M8 Refrigerante encendido M9 Refrigerante apagado M13 Herramienta motorizada encendida en sentido de reloj M14 Herramienta motorizada encendida en sentido opuesto al reloj M15 Herramienta motorizada apagada M20 Pínula atrás M21 Pínula adelante M23 Bandeja recogedora atrás M24 Bandeja recogedora adelante M25 Abrir elemento de sujeción M26 Cerrar elemento de sujeción M30 Fin del programa principal M32 Fin del programa para operación de carga M52 Operación redondo (eje C encendido) M53 Operación husillo (eje C apagado) M57 Oscilar husillo CON M58 Oscilar husillo DESCON M67 Avance barra / almacén alimentador avance CON M68 Avance barra / almacén alimentador avance DESCON M69 Cambio de barras M71 Soplado CON M72 Soplado DESCON M90 Plato manual 52 M91 Elemento de sujeción de tracción M92 Elemento de sujeción de presión M93 Control de posición final apagado M94 Activar avance de barra / Almacén alimentador M95 Desactivar avance de barra / Almacén alimentador M98 Llamada a subrutina M99 Fin de subrutina, mando de salto. Fuente: Manual Torno CNC Emco Pc Turn 120. 53 2. METODOLOGÍA DE DISEÑO La metodología de diseño con la que se llevó a cabo el desarrollo del proyecto, se conoce como “Ingeniería Concurrente”12: metodología de diseño que ampliamente utilizada ha ayudado en gran medida al desarrollo del diseño mecánico. La ingeniería concurrente tiene como gran ventaja el que su desarrollo no es lineal sino que sus tres fases de desarrollo se entrelazan entre si de tal manera que las correcciones se realicen en cualquier momento sin necesidad de esperar a acabar un ciclo para realizarlas, de igual manera la ingeniería concurrente se ha correlacionado e integrado con las herramientas informáticas. Entre las herramientas que hoy en día están disponibles para el usuario general y especializado, cabe destacar una herramienta que ha suscitado un gran avance y posee un valor fundamental: el simulador. Al respecto la Real academia de la lengua española “RAE” define la palabra simulador como: “Aparato que reproduce el comportamiento de un sistema en determinadas condiciones, aplicado generalmente para el entrenamiento de quienes deben manejar dicho sistema”. Así pues, este es una herramienta de apoyo al usuario, quien con base en la información contenida, es capaz de hacer una previsión del funcionamiento de un prototipo bien sea físico o virtual, y con ello, ayudar al equipo de diseño a adecuar sus requerimientos a la funcionalidad del conjunto. Las fases que se siguen en el desarrollo del proyecto son tres (ver ilustración 15). Ilustración 15. Proceso de Ingeniería concurrente. Fuente: Tomado y modificado de Bertoline, Dibujo en Ingeniería y comunicación grafica (1997). 12 BERTOLINE, Gary R. et al., Dibujo en ingeniería y comunicación gráfica. 2a ed. México: McGraw-Hill Interamericana Editores, 1999. 54 Y se nombran así: Proceso creativo (Primera Fase) Ingeniería del proyecto (Segunda Fase) Implementación (Tercera Fase) Los elementos que se encuentran en cada una de las fases del proyecto se resumen a continuación: 2.1. Proceso creativo (primera fase) 2.1.1. Formulación del problema Se describe, delimita y plantea el problema, proporcionando una visión del entorno que rodea el problema a trabajar. 2.1.2. Definición del sistema Después de observadas las condiciones de trabajo y los objetivos que se quieren lograr con el mismo, se ubica el proyecto dentro de un marco de referencia global y un marco de referencia específico. 2.1.3. Ideas preliminares Se plantean las ideas a nivel de hardware y software para llevar a cabo el proyecto, de acuerdo con los requerimientos y limitantes que involucra el mismo. 2.1.4. Diseño preliminar Una vez se ha delimitado el sistema sobre el cual se va a trabajar y se tienen las ideas preliminares, el paso a seguir será obtener un conjunto de piezas; de preferencia que pertenezca a la industria real, de tal manera que los parámetros de trabajo que se necesitan se puedan adecuar a las necesidades propias del proyecto. 2.2. Ingeniería del proyecto (segunda fase) 2.2.1. Definición del conjunto final de piezas a trabajar Basados en el diseño preliminar, y considerando que se ha delimitado un conjunto de piezas candidato a convertirse en el conjunto de trabajo, se procede a tomar tal conjunto y adaptarlo finalmente a las limitaciones del sistema con el cual se trabajara, creando así las geometrías finales de para la familia de piezas. 55 2.2.2. Desarrollo de los modelos CAD para las piezas de trabajo De manera que se siente un precedente, los planos de las piezas que se diseñaran para trabajar deberán quedar documentados en su totalidad de manera que en un futuro se pueda contar con un archivo y se puedan generar mejoras sobre los planos existentes. 2.2.3. Integración del modelo CAD con software CAM. Considerando que dentro de los alcances del proyecto se tiene pensado que las piezas que se diseñen puedan recorrer todas las estaciones de trabajo que se compone el laboratorio CIM; se tiene como objetivo generar los programas NC que convierten las geometrías finales en coordenadas entendibles para las máquinas de control numérico. 2.2.4. Desarrollo de la simulación de fabricación. Con el fin de visualizar la manera en que las máquinas realizaran el procedimiento de manufactura de las diferentes piezas, se generan las simulaciones de manufactura de las piezas a través del software especializado “UGS NX2” (Unigraphics NX2), con lo cual se genera la simulación en 3D para apoyar la simulación en 2D y 3D que genera el software de las máquinas CNC. 2.3. Implementación (tercera fase) 2.3.1. Codificación de las piezas de trabajo Basados en los diferentes códigos de clasificación que existen y que se exponen en la tecnología de grupo se definirá un código a utilizar para las diferentes piezas de trabajo. 56 3. DESARROLLO DEL PROYECTO En esta parte del proyecto, la metodología de trabajo plateada, se desarrolla siguiendo cada uno de los pasos expuestos anteriormente., 3.1. Proceso creativo (primera fase) Fue la fase inicial y preparatoria del proyecto. Abarcó el entendimiento de todo lo relacionado con el problema y con la recopilación del material preliminar necesario para el desarrollo del mismo. El proceso creativo se dividió en cuatro secciones, pasos que se hacen necesarios para entender el problema de tal manera que se pueda tener una excelente interpretación del mismo para así poder darle una solución adecuada. 3.1.1. Formulación del problema Descripción del problema Hoy en día, variables como calidad y tiempos de entrega al cliente se han convertido en factores importantes en la industria y de la misma manera se han convertido en el reflejo de la calidad con la que un proveedor realiza su trabajo. Debido a que estos factores determinan cada vez más y con mas fuerza las decisiones, que un ingeniero debe tomar con respecto a quien le proveerá de las partes, o de como un ingeniero deberá proveer esas partes necesarias para completar un proyecto en particular; se propone realizar este proyecto de manera que a través de la aplicación de la tecnología de grupo (GT) se puedan generar mejoras en la producción de las piezas a mecanizar desde que se inicia el diseño hasta su paso por las máquinas; para generar ahorros significativos en todos y cada uno de los aspectos y áreas en las que la industria se vea involucrada. Planteamiento del problema Dentro de los aspectos que se consideraron al momento de plantear este proyecto de grado, se tuvo en cuenta el optar por un enfoque científico para el desarrollo del mismo, considerando las aplicaciones que podrían tener a futuro el desarrollo y posibles los avances que se generaran con el mismo. Debido a que el interés primordial en este proyecto de grado era poder aplicar a una familia de piezas uno de los tipos de codificación existentes desarrollados para apoyar la tecnología de grupo; el problema que se planteo se definió como realizar CAD y CAM para una familia de piezas codificándolas con tecnología de 57 grupo “GT” y con el valor agregado que pudieran ser usadas para trabajar en los módulos restantes de la línea de producción. Con este proyecto de grado se pretende que en un proceso de manufactura de piezas se aplique la filosofía de producción conocida como “Tecnología de Grupo GT-” de manera que se puedan estudiar las posibles mejoras que la aplicación de una filosofía de este tipo supone en una línea de producción automatizada. Delimitación del problema Cuando se aplica la tecnología de grupos para codificar una familia de piezas que se van a mecanizar; los resultados de la utilización de la filosofía de trabajo “Tecnología d e grupo” van a ser muy variados en los distintos aspectos que esta puede abarcar, estos resultados una vez se ha implantado la GT afectarán desde el bosquejo de diseño de una nueva pieza hasta su salida a formar parte del inventario de producto terminado. El hecho de aplicar una filosofía de trabajo afecta de manera directa el recorrido en general que realiza la pieza a través de la planta, aun así no se puede afirmar a-priori que al aplicar la tecnología de grupo el resultado sea una mejoría notable en todos y cada uno de los aspectos involucrados en la manufactura de las piezas. La tecnología de grupo ayuda a dotar de un orden a los elementos que se van a mecanizar de manera que se pueda tener una referencia fácil de manejar con la cual se pueda llevar a cabo un control y una retroalimentación en todas las actividades que la pieza realiza a través de la línea de producción; es por eso que la idea principal al llevar a cabo el presente proyecto es el de tener una familia de familia de piezas (4 conjuntos en total, divididos en 2 conjuntos grandes) codificadas con tecnología de grupo; el cual se adapte a las limitantes del laboratorio CIM-FMS y que pueda recorrer toda la línea de producción para así dotar al estudiante de una herramienta que le permita interactuar con el ambiente de una línea de producción real. 58 3.1.2. Definición del sistema El sistema con el cual se va a trabajar se divide en dos partes: ⋅ Sistema global ⋅ Sistema especifico Donde el sistema global tiene las características de un CIM (sistema de manufactura integrada por computador) y el sistema específico se aproxima a un FMS (sistema de manufactura flexible). 3.1.2.1. Sistema global El sistema global con el cual se va a trabajar tiene por nombre: laboratorio CIM, donde la sigla CIM hace referencia a “manufactura integrada por computador”. Este laboratorio se localiza en el primer piso del bloque A de la Universidad de la Salle -sede centro-, laboratorio que se cuenta con elementos propios de una línea de manufactura real, tales como robots, bandas transportadoras y máquinas herramientas; este se utiliza como apoyo al desarrollo de las asignaturas relacionadas con los sistemas integrados de manufactura y los procesos de automatización. La ilustración 16 muestra la organización real de los módulos que componen el laboratorio CIM. La ilustración 17 muestra el sistema global de trabajo. El sistema global de trabajo – el laboratorio se CIM- , se compone de 6 módulos los cuales ofrecen un acercamiento a las estaciones de trabajo de una línea de producción de una industria real. Las estaciones que componen el laboratorio CIM son: ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Estación de Alimentación de materia prima Estación de Manufactura Flexible Estación de Control de Procesos Estación de Visión Artificial Estación de Ensamble Hidráulico Estación De Disposición Final Todo esto apoyado de estaciones de supervisión y control para cada uno de los módulos de trabajo del CIM. 59 Ilustración 16. Sistema global - Esquema. Fuente: Autor (2008). Ilustración 17. Laboratorio CIM – Sistema global. Fuente: Universidad de la Salle (2008). 60 Estaciones del laboratorio – CIM Las estaciones que componen el CIM tienen su propósito particular, a continuación se hace una breve explicación de cada uno de ellos: Estación de Alimentación de materia prima: esta es la primera estación del CIM, en esta se tiene el material en bruto que se va a usar a lo largo del CIM; elementos cilíndricos y prismáticos adaptados en sus dimensiones y materiales a las limitantes del CIM los cuales que recorren la banda transportadora en pallets de transporte. Estación de Manufactura Flexible: esta es la segunda estación del CIM, en esta el material en bruto que viene de la estación de materia prima es transformado por las máquinas CNC en las geometrías finales de trabajo que se usaran a lo largo del CIM a través del uso de los programas de control numérico. Estación de Control de Procesos: esta es la tercera estación del CIM, en esta estación se tienen 7 tinas de lavado para los elementos de trabajo en las cuales se dejan a punto las superficies de los elementos ya maquinados que vienen de la estación de manufactura flexible, estos elementos son manipulados por un robot cartesiano que se encarga de llevarlos de el pallet a las tinas y viceversa para pasar a la estación de visión artificial. Estación de Visión Artificial: esta es la cuarta estación del CIM, en esta estación se usa un software de visión artificial con el cual se lleva a cabo el proceso del control de calidad basados en la silueta de los elementos que han pasado por las primeras tres estaciones del CIM. Los elementos se manipulan con un robot q los ubica de el pallet a el tablero de inspección y viceversa. Estación de Ensamble Hidráulico: esta es la quinta estación del CIM, esta estación posee un robot hidráulico el cual apoyado por el robot de la estación de visión artificial ensambla las piezas si estas hacen parte de un conjunto. Estación De Disposición Final: es la sexta y ultima estación del CIM, en esta estación se disponen los diferentes lotes de conjuntos o piezas en su respectiva ubicación previamente configurada en el robot manipulador del cual se dispone para dicha acción. Para tener una visión mas clara de los módulos de los cuales se compone el sistema global –Laboratorio CIM- ver ilustraciones desde la 18 hasta la 23. 61 Ilustración 18. Alimentación de materia prima. Ilustración 19. Manufactura flexible. Fuente: Universidad de la Salle (2008). Fuente: Universidad de la Salle (2008). Ilustración 20. Control de procesos. Ilustración 21. Visión artificial. Fuente: Universidad de la Salle (2008). Fuente: Universidad de la Salle (2008). Ilustración 22. Ensamble hidráulico. Ilustración 23. Disposición final. Fuente: Universidad de la Salle (2008). Fuente: Universidad de la Salle (2008). 62 3.1.2.2. Sistema específico El sistema específico de trabajo (ver ilustración 24 y 25) esta ubicado en el laboratorio CIM y es una de las estaciones de trabajo del mismo. La estación de Manufactura flexible; estación donde mediante un Torno CNC, una Fresadora CNC y un brazo manipulador para carga y descarga apoyado en un riel de transporte, la materia prima se convierte en las geometrías de trabajo que circularan a través de la línea de producción; será el sistema especifico de trabajo. Ilustración 24. Sistema específico - Esquema. Fuente: Autor (2008). Ilustración 25. Sistema especifico - Estación de Manufactura Flexible. Fuente: Universidad de la Salle (2008). 63 Elementos del Sistema Específico Los elementos que hacen parte del sistema específico y que son parte activa y fundamental del mismo son los siguientes: ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Torno CNC (Emco Pc Turn 120) Fresa CNC (Emco Pc Mill 100) Banda Transportadora Robot Manipulador (CRS – A255) TORNO CNC “EMCO PC TURN 120” Las características técnicas, los accesorios y la configuración por defecto del Torno CNC “Emco PC Turn 120” se pueden encontrar en el anexo A.1. Ilustración 26. Torno CNC “EMCO PC TURN 120”. Fuente: Universidad de la Salle (2008). FRESADORA CNC “EMCO PC MILL 100” Las características técnicas, los accesorios y la configuración por defecto de la Fresadora CNC “Emco PC Mill 100” se pueden encontrar en el anexo A.2. 64 Ilustración 27. Fresadora CNC “EMCO PC MILL 100”. Fuente: Universidad de la Salle (2008). BANDA TRANSPORTADORA La banda transportadora se encuentra ubicada de manera paralela a los módulos de mecanizado, de tal manera que los elementos de trabajo que circulan desde la estación de alimentación de materia prima puedan ser fácilmente manipulados por el robot hacia las estaciones de manufactura flexible –Torno y Fresadora– para su posterior mecanizado, y una vez se haya realizado el mecanizado sean devueltos a la banda transportadora para seguir circulando por la totalidad del sistema. BRAZO ROBOT MANIPULADOR “CRS-A255” El robot manipulador se ubica en frente a los módulos de Torno y Fresadora; entre estos y la banda transportadora, de tal manera que la manipulación de las piezas de trabajo se haga de la manera mas fácil posible generando así un puente de comunicación entre las máquinas y la banda. Las características técnicas, los accesorios y la configuración por defecto del brazo robot manipulador “CRS-A255” se pueden encontrar en el anexo A.3. 65 Ilustración 28. Brazo Robot “CRS – A255”. Fuente: CRS Robotics (1997). 3.1.3. Ideas preliminares 3.1.3.1. Determinación del software CAD/CAM El software que se utilizó para llevar a cabo el desarrollo del proyecto, es software con el cual la universidad cuenta y de los cuales se posee las licencias de funcionamiento de tal manera que se pueda hacer completo uso de sus herramientas y módulos de trabajo, no se genere ninguna limitante y se pueda trabajar a plenitud con los mismos. Tres son los objetivos del proyecto que se ven involucrados con la utilización de software especializado y son tres los programas de software de los que se habla a continuación. Solid Edge v.14 : El primero de los objetivos que se relacionan con el uso de software especializado y que se plantea en el proyecto es el realizar los modelos CAD para cada una de las geometrías finales de trabajo. Para llevar a cabo dicho objetivo el software que se utilizó fue Solid Edge v.1413, el cual es un poderoso software de CAD en 3D que permite diseñar y reducir el tiempo de salida al mercado de productos, mejorar la calidad y bajar los costos del proceso de diseño, pensado como el software de diseño ideal para todos aquellos profesionales relacionados con el diseño mecánico Solid Edge ofrece una excelente opción para el diseño y la producción de planos de piezas mecánicas y ensambles para ayudar a los fabricantes a introducirse en el mercado en menos tiempo. 13 http://www.addlink.es/productos.asp?pid=85 66 La versión del software con la que se trabajó fue Solid Edge v.14, la pantalla de inicio de Solid Edge V.14 se puede ver en la ilustración 29. Ilustración 29. Pantalla de inicio de Solid Edge v.14. Fuente: EDS PLM Solutions (2003). Solid Edge v.14 cuenta con los siguientes requerimientos de hardware14: ⋅ Procesador Intel Pentium III (o superior) o AMD ⋅ Windows XP Profesional ⋅ 512 MB de RAM ⋅ Resolución mínima: 1024x768, 65.000 colores ⋅ Unidad de CD-ROM (local o en red) para la instalación ⋅ 20 GB de disco duro ⋅ Monitor de 17” (ideal) ⋅ Tarjeta de video de 32MB El software pertenece a la casa UGS y la página Web donde se puede encontrar más información acerca del producto es: http://www.ugs.com/products/velocity/solidedge/solidEdge.shtml WinNC v.3.21: El segundo de los objetivos fue el de integrar los modelos CAD con software CAM a través de los programas NC. Para lograr este objetivo se uso el software WinNC v3.21 sobre el cual se ejecutan “GE Fanuc Series 0T” y “Simumerik 810-M”, los cuales son los lenguajes desarrollados por la casa de Maquinaria industrial EMCO para el control numérico del Torno y la Fresadora. 14 http://www.crear3d.com/site/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=45 67 Este software permite mediante instrucciones “G” y “M” convertir las coordenadas de los modelos CAD en instrucciones entendibles para las máquinas de control numérico logrando así la integración del modelo de CAD con el modelo CAM de tal manera que el perfil de la pieza que se ha dibujado en el “papel” sea el mismo que se mecanice en las maquinas. La versión del software con la que se trabajo fue WinNC 3.21, en la ilustración 30 se pueden observar las pantallas de inicio de WinNC, Fanuc y Simumerik. Ilustración 30. Pantallas de inicio de WinNC v.3.21. Fuente: WinNc v.3.21 – Emco Maier Ges.m.b.H. (2007). WinNC v.3.21 cuenta con los siguientes requerimientos de hardware de manera que se pueda ejecutar de manera correcta15: ⋅ Procesador 80486-SX ⋅ MS-DOS 6.2 ⋅ Windows 3.1 ⋅ 4 MB de RAM ⋅ 170 MB en Disco Duro ⋅ Resolución mínima: monitor monocromático 14”, Tarjeta de video VGA + ⋅ Unidad de Diskett 3-1/2, 1.44Mb para la instalación ⋅ Teclado MPF-2 El software WinNC viene de fabrica con las máquinas EMCO CNC y donde se puede encontrar mas información acerca del producto es: http://www.emco.at 15 Manual Torno “Emco Pc Turn 120”, Emco WinNC GE Series Fanuc 0-TC, Descripción del software/ Versión del software 13.70, Ref. SP 1802 Edición H2003-7. 68 Ugs Unigraphics Nx 2: El tercer objetivo del proyecto que involucra el uso de software especializado es el de generar la simulación de fabricación para las diferentes piezas que se habrán de diseñar, esto significa trabajar con los modelos CAD en un ambiente CAM configurando los mismos para generar las trayectorias de las herramientas y poder generar la simulación del mecanizado de las piezas. Esto permitiría generar código máquina (programas NC), los cuales se usarían tanto para hacer pruebas en vacío como para mecanizar las geometrías de trabajo. Este software integra CAD/CAM/CAE para el diseño y desarrollo de productos nuevos y es particularmente fuerte en el desarrollo y conocimiento del proceso del desarrollo de producto. Una de las grandes ventajas de Unigraphics es que reúne las tres soluciones de ingeniería y estas se desarrollan en una sola plataforma. La versión del software con la que se trabajó fue UGS Unigraphics NX 2, en la ilustración 31 se observa la pantalla de inicio de Unigraphics Nx2 Ilustración 31. Pantalla de inicio de Unigraphics NX 2. Fuente: EDS Unigraphics NX2 (2003). Ugs Unigraphics NX 2 de tal manera que pueda funcionar correctamente cuenta con los siguientes requerimientos de hardware16: 16 http://www.plm.automation.siemens.com/en_us/products/nx/ 69 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Procesador Intel Pentium III o AMD Windows 2000 Service Pack 2 512 MB de RAM Resolución mínima: 1024x768, 65.000 colores Unidad de CD-ROM (local o en red) para la instalación 20 GB de disco duro Tarjeta de video de 32MB El software Ugs Unigraphics Nx 2 pertenece a la casa Ugs y la página donde se puede encontrar mas información acerca del producto es: http://www.plm.automation.siemens.com/en_us/products/nx/ 3.1.3.2. Determinación del hardware De acuerdo con los requerimientos propios de cada uno de los software en el desarrollo de los objetivos del proyecto y de los cuales se ha hablado anteriormente; se exponen aquí las características mínimas requeridas para que los tres programas de trabajo puedan funcionar de manera concurrente en un mismo equipo, estas características mínimas generales se obtienen después de haber evaluado por separado cada una de las características mínimas necesarias para que los diferentes software funcionen independientemente. El equipo que se considera óptimo para trabajar tiene por referencia “Dell Optiplex GX270” (ver ilustración 32). Ilustración 32. Equipo optimo para trabajo. Fuente: http://imagenes.solostocks.com/zoom/0/3/3/zoom_1941330.jpg (2008). 70 El “Dell Optiplex GX270” posee las siguientes características17: ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Nombre: Dell Optiplex GX270 Sistema operativo: Windows XP pro 2002 Tipo de actualización: Service Pack 2 Procesador: Intel Pentium4 2.6GHz Disco Duro de 80GB Memoria Ram: 512 RAM Video: Tarjeta de Video Nvidia GE Force MX 440 with Agp 8x 3.1.3.3. Limitantes de diseño Al considerar las limitantes de diseño que ejerce el sistema global y el sistema específico sobre los elementos de trabajo lo que se hizo fue delimitar las múltiples condiciones a las cuales se ven sometidos los elementos de trabajo que van a circular a lo largo de la línea de producción; de tal manera que las partes que se diseñen se adecuen al máximo a todos y cada uno de los diferentes módulos de trabajo de acuerdo con las condiciones propias de cada uno. Para cada uno de los módulos que componen el sistema global de trabajo existen ciertos limitantes que afectan a los elementos a diseñarse, que si bien en las geometrías finales de trabajo diseñadas para el módulo FMS no se aplican en su totalidad se tienen muy en cuenta para hacer que la relación piezas-maquina-robot se de de la mejor manera. Cada módulo de trabajo tiene sus propias limitantes de diseño por lo tanto estas se expondrán por módulo de trabajo de la línea de producción. Módulo de alimentación En este módulo las limitantes vienen dadas principalmente por: ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Bandejas de transporte de material Canales de alimentación de material Posición de las piezas Materiales de trabajo Orientación de el material de trabajo Bandejas de transporte del material Las bandejas son el medio que se usa para el trasporte del material y son por el cual el material de trabajo se desplaza a través de toda la línea de producción. Las bandejas poseen soportes en V para las piezas cilíndricas (material para el Torno) 17 www.dell.com/downloads/us/products/optix/gx270_spec.pdf 71 y soportes en U para las piezas prismáticas (material para la Fresadora) de manera que se tenga un apoyo, no corran el riesgo de caer y se facilite su manipulación. El espacio disponible para alojar las piezas es variable. Las longitudes máximas y mínimas para alojar piezas cilíndricas están entre los 24 y 90 mm y para las piezas prismáticas están entres los 23 y 90mm. Para los planos de los elementos de la bandeja de soporte y las dimensiones mínimas y máximas que las bandejas permiten para alojar el material ver de los planos 1.00, 1.02, 1.03, 1.04, 1.05, 1.06 y 1.07 del Anexo B. A lo largo de toda la línea de producción las bandejas estarán relacionados directamente con cada uno de los módulos puesto que son ellas las encargadas de trasportar el material entre módulos; solo en este módulo se hará referencia a las bandejas de trasporte dejando en claro que para cada módulo se consideran las limitantes de diseño que ellos conllevan. En la ilustración 33 se aprecian las bandejas de transporte y la posición ideal del material. Ilustración 33. Bandejas de transporte con material en bruto - Torno y Fresadora. Fuente: Autor (2008). Canales de alimentación de material En este módulo se tienen canales de alimentación de material en bruto tanto para el Torno como para la Fresadora, por donde este rueda (en el caso de las piezas para Torno) o es empujado (en el caso de las piezas para Fresadora) hacia las bandejas de transporte de material, las cuales después se ubicaran sobre pallets y estos a su vez sobre la banda transportadora la cual que comunica la línea de producción. Las medidas de los canales de alimentación son variables y limitan el 72 tamaño del material en bruto tanto para las piezas para Torno como para las piezas para Fresadora. Las longitudes máximas y mínimas para alojar piezas cilíndricas están entre los 50 y 70 mm y para las piezas prismáticas están entres los 32x52 y 70x90mm. Para los planos de los elementos de los canales de alimentación y las dimensiones mínimas y máximas que los canales de alimentación permiten para alojar el material en bruto ver los planos 2.00, 2.01, 2.02, 2.03, 2.04, 2.05, 3.00, 3.01, 3.02, 3.03, 3.04 y 3.05 del Anexo B. En la ilustración 34 se puede apreciar las geometrías de los canales de alimentación de material en bruto, tanto para el Torno como para la Fresadora. Ilustración 34. Bandejas canales de alimentación de material - Torno y Fresadora. Fuente: Autor (2008). Posición del material en bruto La posición del material en bruto con respecto a los canales de alimentación, es parte importante en el módulo de alimentación, puesto que de esta depende el buen funcionamiento del mismo. Para las piezas cilíndricas la posición se define con respecto a dos elementos del material en bruto, la base circular debe quedar en lo posible paralela a las paredes de contención del canal de alimentación y el cilindro debe quedar tangente a la base del canal de alimentación. Para las piezas prismáticas la posición se define con respecto al grosor de material, este debe quedar paralelo a la base del canal de alimentación. En la ilustración 35 se aprecia la posición que deben tener los materiales en los canales. 73 Ilustración 35. Posición material en bruto en los canales de alimentación - Torno y Fresadora. Fuente: Autor (2008). Materiales de trabajo Dentro de los materiales con los cuales se puede trabajar y alimentar este módulo se encuentran materiales blandos como: acrílico y aluminio; materiales que permiten aprovechar al máximo las capacidades de mecanizado de las máquinas CNC. Los materiales con los cuales se alimenta el módulo dependen de la manera con la que el sistema supervisa que realmente exista material en los canales de alimentación y los pueda poner a recorrer la línea de producción. En la base del canal de alimentación de material para la Fresadora se cuenta con un sensor capacitivo de proximidad el cual detecta la presencia de cualquier elemento sobre el sensor, por lo tanto entre los materiales de trabajo que se excluyen para la Fresadora no se encuentra ninguno. En el canal de alimentación del Torno existe un inconveniente puesto que se cuenta con un sensor inductivo el cual detecta únicamente materiales metálicos; con lo cual materiales como maderas y plásticos quedan totalmente excluidos de la lista de posibilidades de alimentación de material aun cuando en el módulo de manufactura flexible es posible mecanizar este tipo de materiales. Entre las características de trabajo de las máquinas CNC se recomienda para los materiales de trabajo, que estos sean materiales dúctiles, puesto que esto permite trabajar sin la necesidad de refrigerante y le otorga una mayor expectativa de vida a la herramienta. 74 Orientación del material de trabajo La orientación de los materiales en bruto dentro del módulo de alimentación esta dado con respecto a los puntos cardinales, para comodidad en la orientación de la pieza manejaremos un sistema de coordenadas donde para las piezas cilíndricas el cero-pieza será tangente a la cara mas próxima a la herramienta si la pieza estuviera ubica en la mordaza del torno. Tal como se aprecia en la ilustración 36 el plano XY deberá ser paralelo a la base del canal de alimentación y el eje Y paralelo al Norte (Para ubicar el norte ver ilustración 16 – Esquema laboratorio CIM). Ilustración 36. Orientación material en bruto - Piezas cilíndricas. Fuente: Autor (2008). Para las piezas prismáticas tal como se aprecia en la ilustración 37 el plano XY deberá ser paralelo a la base del canal de alimentación y el eje Y paralelo al Norte. Ilustración 37. Orientación material en bruto - Piezas prismáticas. Fuente: Autor (2008). 75 Modulo de manufactura flexible En este módulo las limitantes vienen dadas principalmente por: ⋅ Fresadora CNC – Emco Pc Mill 100 ⋅ Dimensiones del material ⋅ Espacio entre máquinas ⋅ Materiales ⋅ Herramientas ⋅ Carga/descarga de material ⋅ Robot manipulador “CRS-A255” Fresadora CNC – Emco Pc Mill 100 Uno de los principales limitantes para el desarrollo de proyecto se presenta en el módulo de manufactura flexible, exactamente en la Fresadora CNC. En principio el proyecto se pensó realizar CAD y CAM para Torno y Fresadora pero debido a que la Fresadora presenta limitantes en cuanto a elementos de sujeción y tamaño del material se decidió aplicar el proyecto únicamente para el Torno. Cuando se habla de limitantes de Fresadora a nivel de elementos de sujeción se tiene que la máquina viene con las barras de amarre y que los demás elementos de sujeción se consiguen en EMCO bajo pedido, las dimensiones de los elementos de sujeción no permite trabajar con dimensiones mayores a 100mmx100mmx20mm largo x ancho x alto- (Ver plano 4.06 en el anexo B) y esto obliga a que los desarrollos se vean limitados a estas dimensiones. Cuando se habla de limitantes a nivel de tamaño del material en bruto se refiere a que las geometrías finales en la Fresadora resultan ser muy pequeñas para poder interactuar con los elementos diseñados para el Torno CNC. Dimensiones del material Torno Las dimensiones de material en bruto para el Torno dependen de varios elementos de la máquina tales como el rango de apertura de las mordazas (dependiendo si se usa la mordaza manual o la mordaza neumática) -si estas son manuales se tienen un espacio de agarre para material entre 0 y 32mm, si son neumáticas se tiene 30mm de agarre-; el espacio disponible entre la copa y la pínula es de 150mm (178mm totales menos 20mm de las mordazas para que las herramientas no choquen), y el espacio de trabajo disponible el cual tiene una longitud de 121mm desde el borde de las mordazas hasta la punta de la herramienta y una altura de 44mm desde el centro de la copa hasta la punta de trabajo de la herramienta . Se debe tener en cuenta que el valor máximo del área de trabajo es un valor teórico y que en la práctica este se ve afectado por las herramientas usadas y sus respectivas dimensiones. 76 Si bien, estas medidas son importantes al momento de considerar las limitantes de las dimensiones para el material en bruto, existen un modelo de pieza en bruto con dimensiones variables que se ajustan de una manera optima a las limitantes de dimensiones del material. Para las medidas que influyen en las dimensiones del material en bruto para el torno ver el plano 4.01 del anexo B. Fresadora Los limitantes de las dimensiones de material en bruto para la Fresadora dependen de los límites en los recorridos de los carros; el área de trabajo en el plano XY esta dado por el recorrido del carro en el eje X el cual es de 185mm y el recorrido del carro en el eje Y el cual es de 100mm, de la carrera vertical útil en Z la cual es de 100mm (Ver planos 4.03, 4.04 y 4.05 del anexo B.). Entre los medios de amarre con los que se cuenta para la Fresadora están las barras de amarre, el banco de tornillo con mordazas recambiables, las garras escalonadas, una brida intermedia y el plato de tres garras de diámetro 85mm18. Al igual que para el Torno, si bien, estas medidas son importantes al momento de considerar las limitantes de las dimensiones para el material en bruto, existe un modelo de pieza en bruto con dimensiones variables que se ajustan de una manera optima a las limitantes de dimensiones del material. (Ver plano 4.06 del anexo B.) Espacio entre maquinas El espacio que se considera entre las maquinas, es el espacio entre las puertas de las maquinas, el cual afecta directamente los tiempos de mecanizado de las piezas (en caso que requieran operaciones de Torno y Fresadora), el espacio entre las máquinas (los puntos mas próximos sobre la superficies de cada maquina) es de 6cm, el espacio entre el punto de posicionamiento de las máquinas es de 1,80mt. Materiales19 Los materiales que se pueden mecanizar en el módulo de manufactura flexible, tanto en el Torno como en la Fresadora vienen especificados en los manuales del fabricante; los materiales con los cuales se puede trabajar son Aluminio, Acero de autómatas, Plásticos blandos y Plásticos duros. 18 Emco Pc Mill 100, Descripción de la maquina, B95-04 SP 4341, ed.1995. Manual Plansee Tizit-Cera Tizit, Tools and inserts for turning, EN 03.07-7000296. http://pdf.directindustry.com/pdf/ceratizit/tools-and-inserts-for-turning/Show/24084-22555.html 19 77 Los materiales a mecanizar también están limitados a las diferentes clases de insertos disponibles para tal fin. Dependiendo de la casa comercial de los insertos existen ciertas categorías de mecanizado, Plansee-Tizit es la referencia de los insertos que se usan en las máquinas CNC, estos insertos se dividen en 6 grupos según el tipo de material a mecanizar (ver ilustración 38). Ilustración 38. Clasificación de colores insertos Plansee Tizit. Fuente: Plansee-Tizit /Cera-Tizit (2008). Donde cada color define un grupo de materiales los cuales se pueden mecanizar en las máquinas. Los colores y los materiales respectivos se especifican de la siguiente manera: ⋅ Azul: Aceros; Aceros para tornos automáticos, aceros de cimentación, aceros templados y revenidos y aceros de construcción. ⋅ Amarillo: Acero inoxidables; Aceros ferríticos, aceros austeníticos, aceros martensíticos y aceros duplex. ⋅ Rojo: Fundición de hierro; Fundición gris, fundición maleable, fundición nodular y hierro sinterizado. ⋅ Verde: Metales no ferrosos y materiales no metálicos; Aleaciones de aluminio (fundición y forja), cobre, aleaciones de cobre y materiales no metálicos. ⋅ Naranja: Superaleaciones; Aleaciones con base Ni o Co, aleaciones de titanio. ⋅ Blanco: Materiales Duros; Aceros templados, fundiciones de hierro dura. Herramientas Las herramientas de las que se dispone limitan de manera directa la capacidad de mecanizado en las máquinas CNC. Las herramientas con las que se cuenta en el laboratorio tanto para Torno como para Fresadora se listan a continuación (ver tablas 8 y 9), para las respectivas fotos revisar el cd adjunto.. 78 Tabla 8. Torno CNC - Herramientas y operaciones. Torno Herramienta Operación Imagen Juegos de brocas de centro Centro punto Torno Foto 01 – 02 Juegos de brocas helicoidales Taladrado Torno Foto 03 – 07 Fresa cónica Chaflanado Torno Foto 08 – 11 Porta insertos para alesado Alesado Torno Foto 12 – 13 Roscado interno Torno Foto 13 -14 Desbaste, acabado Torno Foto 14 Roscado externo Torno Foto 14 Juego de boquillas de reducción Acople para brocas, barras de alesado y roscado interno Torno Foto 15 Juego de porta machos Acople para montar machos de roscar Torno Foto 16, 19 Porta insertos para roscado interno Porta insertos para mecanizado externo Porta insertos para roscado externo Juego de portaherramientas Juego de mordazas Acople para montar brocas, barras de alesado y roscado interno. Elemento para sujetar las piezas cilíndricas Torno Foto 17 Torno Foto 18 Inserto para mecanizado Operaciones de acabado Torno Foto 20 Inserto para mecanizado Operaciones de ranurado Torno Foto 21 Inserto para mecanizado Operaciones de acabado Torno Foto 22 Inserto para mecanizado Operaciones de desbaste Torno Foto 23 Inserto para mecanizado Operaciones de desbaste Torno Foto 24 Inserto para mecanizado Operaciones de desbaste Torno Foto 25 Inserto para mecanizado Operaciones de ranurado Torno Foto 26 Inserto para mecanizado Operaciones de roscado Torno Foto 27 Inserto para mecanizado Operaciones de acabado Torno Foto 28 Fuente: Universidad de la Salle – Laboratorio CIM-FMS (2008). 79 Tabla 9. Fresadora CNC - Herramientas y operaciones. Fresadora Herramienta Operación Imagen Juegos de machos Operaciones varias Fresadora Foto 01 - 03 Juego de pinzas Acople para montar fresas Fresadora Foto 04 Volvedor para machos de roscar Roscas manuales Fresadora Foto 05 - 06 Bridas de sujeción Sujeción del material Fresadora Foto 07 Fresa de planear Operación de planeado Fresadora Foto 08 Porta pinzas Porta pinzas Fresadora Foto 09 Anillos Extensión de herramienta Fresadora Foto 10 Fresas varias Operaciones de fresado Fresadora Foto 11 Fresa vertical Fresado vertical Fresadora Foto 12 Fresa en T Fresado Fresadora Foto 13 Fresa de planeado Fresado Fresadora Foto 14 Escariador de punta redonda Acabado Fresadora Foto 15 Fresadora vertical Desbaste Fresadora Foto 16 -18 Fresadora vertical Desbaste Fresadora Foto 18 Portaherramientas Portaherramientas Fresadora Foto 19 Portaherramientas Portaherramientas Fresadora Foto 20 Llave de portaherramientas Ajuste portaherramientas Fresadora Foto 21 Juego de bridas escalonadas Sujeción de piezas Fresadora Foto 22 Juego de bridas escalonadas Sujeción de piezas Fresadora Foto 23 Palpador descentrable Hallar cero-pieza Fresadora Foto 24 Plato auxiliar de soporte de piezas Soporte de piezas Fresadora Foto 25 Copa neumática Soporte de piezas - auxiliar Fresadora Foto 26 Insertos para mecanizado Acabado - desbaste Fresadora Foto 27 Insertos para mecanizado Planeado Fresadora Foto 28 - 30 Fuente: Universidad de la Salle – Laboratorio CIM-FMS (2008). 80 Carga/Descarga De Material La carga y descarga de material se realiza por medio del robot manipulador CRSA255, el cual retira el material de la bandeja de transporte y ubica el material en la máquina adecuada dependiendo de la aplicación que se vaya a realizar. Robot manipulador “CRS-A255” En el robot manipulador las limitantes vienen dadas por el peso máximo de carga el cual es de 2Kg como valor máximo de diseño –para manipulación de material- y de 1Kg cuando el robot se desplaza al máximo de su velocidad y aceleración. El otro limitante viene dado por el volumen del área de trabajo (ver anexo A.3). Módulo de procesos En este módulo las limitantes vienen dadas principalmente por: ⋅ Apertura de la garra de ataque del robot x-y-z ⋅ Posición de carga y descarga del robot ⋅ Tinas de proceso y soportes para piezas ⋅ Peso máximo de los materiales a manipular Apertura de La Garra de Ataque del Robot X-Y-Z Esta influye en el tamaño de los elementos a manipular, se tiene una apertura variable entre 20mm y 55mm (ver ilustración 39). Una limitante se produce debido a que la geometría de la garra solo permite manipular elementos cilíndricos y deja de lado a los elementos prismáticos que vienen desde la fresadora, debido a es se podría considerar el diseño de una pinza de sujeción que pueda atacar elementos prismáticos. Ilustración 39. Garra de ataque módulo de procesos. Fuente: Universidad de la Salle – Laboratorio CIM-FMS (2008). 81 Posición de carga y descarga La posición de carga y descargue de material (ver ilustración 40) presenta una limitante puesto que esta depende del diseño geométrico de las piezas, particularmente de su centro de gravedad; puesto que del punto de toma de la pieza por parte de la garra de ataque depende su correcta manipulación y ubicación Ilustración 40. Carga y descarga en el módulo de procesos. Fuente: Universidad de la Salle – Laboratorio CIM-FMS (2008). Tinas de proceso En este modulo existen 7 tinas en las cuales se llevan a cabo los procesos de este modulo, las dimensiones de las tinas en las cuales se alojan las piezas son 120mmx80mmx80mm -largo x ancho x alto -. Soportes en las tinas de proceso Una limitante en las tinas de proceso son los soportes que se usan para la ubicación de las piezas; los soportes poseen ranuras en V, las cuales únicamente permiten alojar piezas cilíndricas. Estos soportes poseen las mismas dimensiones que los soportes que hay para torno en las bandejas de transporte de material, a diferencia de estas la longitud de apertura varía entre 80mm y 13mm. 82 Peso máximo En cuanto al peso máximo que se puede manipular con la garra de ataque del robot cartesiano, debido a que este es accionado por elementos neumáticos el rango del peso depende directamente de las características técnicas del robot. *Cabe tener en cuenta que los elementos prismáticos (los cuales vienen desde la Fresadora) no son susceptibles de ser trabajados en el módulo de procesos, debido a que la geometría de la garra de ataque del robot cartesiano solo permite manipular elementos cilíndricos. De igual manera los soportes para los elementos dentro de los tanques de proceso solo admiten geometrías cilíndricas impidiendo así que se pueda trabajar con los elementos prismáticos. Módulo de visión artificial En este módulo las limitantes vienen dadas principalmente por: ⋅ Robot manipulador “Movemaster” ⋅ Apertura de la garra de ataque del robot “Movemaster” ⋅ Área de alcance del robot “Movemaster” ⋅ Tablero de inspección Robot manipulador “Movemaster”20 En el módulo de Visión Artificial los principales limitantes se presentan a nivel del robot manipulador “Movemaster”, el cual es el encargado de realizar las tareas de manipulación de las geometrías de trabajo para su traslado desde la bandeja de transporte a el tablero de inspección y viceversa. Limitantes como la apertura de la garra de ataque del robot, área de trabajo en los planos XY y área de trabajo en el eje Z son los factores que limitan las geometrías de trabajo en este modulo. Para las características técnicas del robot ver el anexo A.4. Apertura de la garra de ataque del robot “Movemaster” La apertura de la garra influye directamente en las dimensiones tanto máximas como mínimas que este puede atacar. Los elementos que se usan para sujetar las piezas de trabajo no son elementos de fábrica; dependiendo de las necesidades propias del comprador y de las aplicaciones en las cuales se quiera integrar el robot las garras podrán variar en tamaño, forma y material. Lo que siempre estará estandarizado en la apertura de la garra del robot son dos apéndices sobre los cuales se pueden acoplar los diferentes elementos diseñados como elementos de sujeción. Estos apéndices tienen un desplazamiento variable que oscila entre los 0mm y los 60 mm. 20 Manual Robot “ Movemaster”, Universidad De La Salle-Laboratorios CIM-FMS, Documentación . 83 Para los planos de los elementos que actualmente se encuentran montados sobre el robot ver planos 5.00, 5.01, 5.02 y 5.03 del anexo B. Área de alcance del robot “Movemaster” El área de alcance del robot manipulador es un parte importante en cuanto a la disposición de los elementos en el espacio, ya que de esta área de alcance depende que el robot pueda ubicar los elementos de trabajo en su respectivo lugar y así lograr una integración precisa los elementos de trabajo. El área de trabajo del robot también depende de las características propias de de fabricación de cada serie de robots (ver anexo A.4.) Tablero de Inspección El tablero de inspección es el elemento fundamental en el módulo de visión artificial, es en este donde a las diferentes piezas de trabajo se les evalúa en los aspectos de control de calidad pertinentes para que puedan seguir por la línea de produccion, sean desechadas o en caso de ser posible se les realice los arreglos necesarios para que se reinserte a la línea. En el tablero de inspección se deben tener en cuenta aspectos como el posicionamiento de la pieza sobre el tablero, el tamaño de las piezas sobre el tablero y la orientación de las mismas. Cuando se habla de el posicionamiento de las piezas el aspecto principal que se debe observar es el tener en cuenta que el software que apoya en el proceso de control de calidad trabaja en base a los perfiles de las piezas que circulan por la línea de produccion, por lo tanto el cilindro mecanizado debe ser tangente a la superficie de el tablero de inspección (ver ilustración 41). El tamaño de las piezas también es otro aspecto importante al momento de inspeccionar las piezas en tablero, si estas exceden las dimensiones del tablero la imagen adquirida no será la adecuada para su posterior tratamiento en el software, algo que también influye directamente en las dimensiones mínimas de la pieza es la resolución de la cámara con la que se adquieren las imágenes, en el laboratorio CIM se cuenta con un cámara “SONY CYBERSHOT DSC-H19” con una resolución de 10Mpx con lo cual se asegura que la calidad de las imágenes sean optimas para su procesamiento. Para los planos del tablero de inspección ver los planos 6.00, 6.01 y 6.02 de Anexo B. 84 Ilustración 41. Posición y orientación pieza mecanizada en el tablero. Fuente: Universidad de la Salle – Laboratorio CIM-FMS (2008). Módulo de ensamble En este módulo las limitantes vienen dadas principalmente por: ⋅ Robot hidráulico “HYD-2800” ⋅ Apertura de la garra de ataque del robot hidráulico ⋅ Espacio de ajuste del robot de ensamble ⋅ Modos de ensamble del robot Robot Hidráulico “HYD-2800” Los robots que se utilizan en el módulo de ensamble son dos: un robot hidráulico y un cilindro hidráulico los cuales ensamblan las piezas usando la presión. Cabe resaltar que en el proceso de ensamble se hace necesario el apoyo del “Movesmaster” debido a que la posición de la materia prima en la estación lo exige. En el robot hidráulico se encuentran varios puntos con los cuales se debe tener en cuenta al momento de integrar este a la línea de produccion. 85 El primero de estos puntos es el volumen de trabajo y el área de alcance que el robot hidráulico tiene de tal manera que la ubicación de los elementos sea ideal para la buena interacción con la banda transportadora y el sistema en general. Otro punto a tener en cuenta es la posición de carga y descarga de los elementos con respecto al cilindro que ejecuta el ensamble entre los elementos, esto debido a que el cilindro de ensamble trabaja en el eje Z. Un punto muy importante es el peso máximo que los elementos a manipularse puedan tener, debido a que es un robot hidráulico los rangos capacidad de carga varían con respecto a los otros robots del sistema y dado que este módulo hace parte esencial de la línea de produccion se debe tener en cuenta sus características de fabricación al momento de integrarlo con la línea de produccion. Para las características del robot hidráulico “HYD-2800” ver el anexo A.5. Apertura de la garra de ataque del robot hidráulico El tamaño de la garra de ataque del robot hidráulico de ensamble influye en los elementos a manipular, la apertura de la garra se da en un rango de agarre donde 20mm es el diámetro menor de agarre y 45mm es el diámetro de agarre mayor. La ilustración 42 muestra el rango de apertura de la garra de ataque. Ilustración 42. Apertura garra de ataque robot hidráulico. Fuente: Universidad de la Salle – Laboratorio CIM-FMS (2008). 86 Espacio De Ajuste Del Robot De Ensamble El espacio ajuste del robot delimita las dimensiones máximas de ajuste de ajuste del mismo (ver ilustración 43). Ilustración 43. Espacio de ajuste. Fuente: Universidad de la Salle – Laboratorio CIM-FMS (2008). Modos de Ensamble del Robot La única opción que se tiene para ensamblar las piezas unas con otras cuando se hace necesario es el ensamble por presión. El cilindro hidráulico de ensamble presiona las piezas unas sobre otras. Por esta razón que las piezas que se van a diseñar deberán ensamblarse única y exclusivamente por presión, haciendo uso de las tolerancias eje-agujero. Con el fin de lograr el ensamble entre las piezas por interferencia se le aplica a las piezas un ajuste eje-agujero “H7/h6” de holgura de ubicación21, de tal manera que el ensamble se mantenga y sea fácil de ensamblar y desensamblar manualmente para futuras aplicaciones. Una de las principales limitantes al momento de ensamblar las piezas se hace visible al cuando de tomar las piezas directamente desde la banda se trata, la configuración de la garra no lo permite y es por esto que se hace necesaria la integración del robot “Movemaster” como apoyo al modulo de ensamble. De acuerdo a las razones expuestas anteriormente quedan totalmente descartadas las roscas como elemento de sujeción entre piezas ya que no se dispone de elementos que permitan rotar las piezas. 21 JENSEN, Cecil Howard, Dibujo y diseño en ingeniería, 6a. ed. México: McGraw-Hill, 2002. 87 Modulo de disposición final En este módulo las limitantes vienen dadas principalmente por: ⋅ Robot manipulador “Mitsubishi RV-2A/Melfa” Robot manipulador “Mitsubishi RV-2A/Melfa” Debido a que el módulo de Disposición final es un módulo que se adapta constantemente a las exigencias de las aplicaciones desarrolladas con el, las limitantes para este módulo vienen dadas únicamente por el robot manipulador. Cuando se consideran las posibles limitantes a nivel del robot manipulador se empieza por considerar todas y cada una de las características de fabricación propias del robot como lo son grados de libertad, volumen de trabajo, carga máxima, velocidad entre otras. Para las características del robot manipulador “Mitsubishi RV-2A/Melfa” ver el anexo A.6. Aparte de las características propias del robot, la apertura de la garra de ataque del robot es uno de los puntos mas importantes a tener en cuenta cuando de un robot manipulador se trata; la garra de ataque del robot “Melfa” posee las mismas características de la garra de ataque del robot “Movemaster” en cuanto a que posee apéndices de acople para los elementos de sujeción ya sea para los elementos de trabajo prismáticos o cilíndricos. Estos apéndices al igual que el robot “Movemaster” tienen un desplazamiento variable que oscila esta entre los 0mm y los 60 mm. La geometría de los elementos que componen la garra de ataque es la misma que la del robot “Movemaster”. (ver planos 5.00, 5.01 5.02 y 5.03 del Anexo B.) Ilustración 44. Apertura garra de ataque robot de almacenaje. Fuente: Universidad de la Salle – Laboratorio CIM-FMS (2008). 88 Así, pues, Estas son las limitantes que influyen en el diseño de las piezas, de manera que como se había dicho antes las piezas de adapten lo mejor posible a todos y cada uno de los módulos de trabajo del sistema global y por ende al sistema específico. 3.1.3.4. Diseño preliminar En esta etapa del proceso se relacionan los bocetos de las piezas y los posibles conjuntos existentes que se pueden tomar como posibles geometrías con las que se trabajara a lo largo del proyecto. De acuerdo con las especificaciones de otros grupos de trabajo involucrados en un proyecto mayor en el cual se encuadra el presente proyecto se tienen como requerimientos que para las geometrías que se diseñen se tengan en cuenta las siguientes recomendaciones: ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Las piezas preferiblemente deberán estar relacionadas con la industria metalmecánica. Se deberán diseñar 2 conjuntos principales. Uno de los dos conjuntos deberá poder dividirse en 3 subconjuntos con iguales grados de dificultad de ensamble (básico-medio-avanzado). El conjunto restante tendrá un nivel mayor a los 3 subconjuntos anteriores (industrial). La piezas que se diseñen deberán ensamblarse por medio del robot destinado para tal fin y poderse desensamblar de manera manual. Deberá usarse tolerancias a fin de poder dar la suficiente sujeción entre piezas ante la imposibilidad de usar roscas. Por otro lado, para las recomendaciones anteriores, se deberá tener en cuenta las limitantes de diseño anteriormente expuestas, tratando de aprovechar al máximo las dimensiones disponibles para maximizar el material en bruto. De esa manera el resultado será un conjunto de piezas susceptible de adaptarse a las necesidades que impone el proyecto. Tomando en cuentas todas las especificaciones de diseño las geometrías sobre las que se pensó trabajar en un principio se dividieron en 2 grupos: ⋅ ⋅ Conjunto: Punto de giro; Montaje: Básico-Medio-Avanzado Conjunto: Transmisión; Montaje: Industrial 89 Conjunto: Punto de giro; Montaje: Básico-Medio-Avanzado El diseño de las piezas para el primer montaje partió desde 0, comenzado en bocetos ilustrativos de como se esperaba podían ser las piezas que se usarían para trabajar en el laboratorio de CIM y específicamente en el módulo de manufactura flexible. Así mismo se consideró como conjunto a trabajar un “punto de giro” en el cual se pudieran involucrar 3 grados de ensamble (subconjuntos) para aplicaciones a futuro. El “punto de giro” consiste en un cilindro el cual aloja en uno de sus extremos un rodamiento el cual a través de un eje conecta el cilindro central con la “rueda”; un subconjunto donde se tiene un rodamiento alojado en una pieza que emula la forma de una rueda el cual será el elemento final de contacto del punto de giro. El conjunto consta de 3 subconjuntos: Rueda, Eje y Cilindro, los cuales al unirse forman el Punto de giro. En las tablas 10, 11 y 12 se enumeran los conjuntos y las piezas que los componen. En las ilustraciones 45, 46, 47, 48, 49, y 50 se aprecian las geometrías propuestas de trabajo. Para ampliar la compresión de los tres conjuntos ver los planos 7.00, 7.01, 7.02, 7.03, 7.04, 7.05, 7.06 y 7.07 del anexo B. Conjunto: Transmisión; Montaje: Industrial Para el segundo conjunto se consideró un montaje tipo industrial, como lo puede llegar a ser una transmisión, la cual requiere de un tratamiento y de un mecanizado superior al primer conjunto que se planteó. El diseño de las piezas para el segundo conjunto se generó a partir de un conjunto ya diseñado, por lo cual se considera que es una adaptación de las piezas originales a las limitantes de diseño que el sistema específico de trabajo plantea. De esta manera lo que se realizó considerando las ideas preliminares de este conjunto fue revisar las características de las piezas que componían el conjunto y evaluar si las mismas encajaban en lo que se necesitaba para poder llevarlas a cabo en el proyecto. Así pues, se optó por considerar la transmisión como un conjunto apto para adaptar a las necesidades del proyecto. Las ilustraciones 51 y 52 muestran el conjunto y su explosionado. El montaje tipo industrial se compone de 11 piezas las cuales se relacionan en la tabla 13. 90 Tabla 10. Montaje Alto - Piezas del montaje. Conjunto: Punto de giro Montaje: Avanzado Clasificación del montaje Numero de parte Nombre de parte Numero de plano 1 Rueda 7.03 Aluminio 1 2 Rodamiento SKF-608 - - 2 3 Cilindro 7.04 Aluminio 1 4 Eje 7.05 Aluminio 1 Montaje Avanzado Fuente: Autor (2008). Ilustración 45. Conjunto: Punto de Giro - Montaje: Avanzado. Fuente: Autor (2008). Ilustración 46. Conjunto: Punto de Giro - Montaje: Avanzado - Explosionado. Fuente: Autor (2008). 91 Material Cant. Tabla 11. Conjunto: Punto de giro - Montaje: Medio - Piezas del montaje. Conjunto: Punto de giro Montaje: Medio Clasificación del montaje Numero de parte Nombre de la parte Numero de plano Material Cant. 2 Rodamiento SKF-608 - - 2 3 Cilindro 7.04 Aluminio 1 Montaje Medio Fuente: Autor (2008). Ilustración 47. Punto de Giro - Montaje Medio. Fuente: Autor (2008). Ilustración 48. Conjunto: Punto de Giro – Montaje: Medio – Explosionado. Fuente: Autor (2008). 92 Tabla 12. Conjunto: Punto de giro - Montaje Básico - Piezas del montaje. Conjunto: Punto de giro Montaje: Básico Clasificación del montaje Numero de parte Nombre de la parte Numero de plano Material Cant. 1 Rueda 7.03 Aluminio 1 2 Rodamiento SKF-608 - Aluminio 1 Montaje Básico Fuente: Autor (2008). Ilustración 49. Conjunto: Punto de Giro – Montaje: básico. Fuente: Autor (2008). Ilustración 50. Conjunto: Punto de Giro - Montaje básico: - Explosionado. Fuente: Autor (2008). 93 Tabla 13. Conjunto: Transmisión - Montaje: Industrial - Piezas del montaje. Conjunto: Transmisión Montaje: Industrial No. de parte Nombre de la parte No. De plano/Norma Material Cant. 1 Tuerca hexagonal DIN 934 M27 - m5 1 2 Arandela plana biselada UNE 17066 D27 1 3 Chaveta plana UNE 17012 20x12x80 1 4 Rueda Dentada 8.01 F-1520 M=5.5 Z=32 1 5 Anillo de presión 8.02 F-1110 1 6 Tuerca moleteada 8.03 F-1120 1 7 Engrasador UNE 26030 10MB 1 8 Tornillo de engrase 8.04 F-1120 1 9 Arandela plana biselada UNE 17066 D27 1 10 Cuerpo de transmisión 8.05 F-1150 1 11 Eje 8.06 F-1250 1 Fuente: Autor (2008). Ilustración 51. Conjunto: Transmisión - Montaje: Industrial. Fuente: Autor (2008). 94 Ilustración 52. Conjunto: Transmisión - Montaje: Industrial - Explosionado. Fuente: Autor (2008). Las piezas originales corresponden al libro “Dibujo industrial: conjuntos y despieces”22; para las geometrías de las piezas base ver los planos 8.00, 8.01, 8.02, 8.03, 8.04, 8.05 y 8.06 del Anexo B. Una vez se han definido los parámetros iniciales de trabajo como lo son: la definición del sistema, las ideas preliminares y el diseño preliminar se puede ahora continuar con la “Ingeniería del proyecto” que es la segunda fase del mismo. 22 AURIA APILLUELO, José M. et al., Dibujo industrial: conjuntos y despieces., 20 ed. Madrid: Paraninfo, Thompson Learning, 2000. 95 3.2. Ingeniería del proyecto (Segunda Fase) 3.2.1. Definición del conjunto final de piezas a trabajar El conjunto final de piezas a trabajar se obtuvo -previo asesoramiento- al considerar todas y cada una de las limitantes que se plantearon anteriormente en la fase de diseño preliminar, prestando especial atención a las limitantes de máquina que se tenían, y a las operaciones que las máquinas podían y no se podían realizar. Con esto se obtiene un conjunto de piezas ideales para trabajar, las cuales poseen la característica de adaptarse completamente a todas las máquinas de trabajo que pertenecen al sistema global. Las geometrías finales de trabajo se organizaron en 2 grandes grupo; según el conjunto y en cuatro sub-grupos según la dificultad de ensamble de la siguiente manera: Conjunto: Punto de giro Montajes: Básico-Medio-Avanzado ⋅ Montaje Alto: Punto de giro ⋅ Montaje Medio: Cilindro ⋅ Montaje Básico: Rueda Conjunto Avanzado Montaje Industrial En la definición final del Conjunto: Punto de Giro; Montaje; Básico-MedioAvanzado las geometrías de trabajo no cambian en lo absoluto; solo se definen los ajustes, asientos, tolerancias geométricas y tolerancias dimensionales para su correcto ensamble. Las tablas 10 corresponden a el conjunto final, las tablas 11 y 12 y relacionan los sub-conjuntos finales con sus piezas respectivas. Las ilustraciones 45, 46, 47, 48, 49 y 50 ilustran las geometrías definitivas del Montaje básico-medio-avanzado. Dado que las geometrías finales de trabajo para el Conjunto: Punto de Giro no difieren en dimensiones con respecto al diseño preliminar; para las geometrías de las piezas y sus tolerancias tanto geométricas como dimensionales ver los planos 7.00, 7.01, 7.02, 7.03, 7.04, 7.05, 7.06, y 7.07 del anexo B. En la definición final del Conjunto: Transmisión; Montaje: Industrial las geometrías se escalaron para adaptarse a las limitantes de sistema, se eliminan operaciones en las piezas imposibles de realizarse debido a las restricciones de herramientas y por ende de operaciones que existen; y se definen los ajustes, asientos y tolerancias tanto geométricas como dimensionales para el conjunto final. 96 En la tabla 14 se relacionan las respectivos piezas; las ilustraciones 53 y 54 ilustran las geometrías definitivas del Conjunto: Transmisión - Montaje: Industrial. Tabla 14. Montaje Industrial - Piezas del montaje. Conjunto: Transmisión Montaje: Industrial No. de parte Nombre de la parte No. de plano Material Cant. 1 Eje 9.02 Aluminio 1 2 Cuerpo de la transmisión 9.03 Aluminio 1 3 Tuerca 9.04 Aluminio 1 4 Tornillo de engrase 9.05 Aluminio 1 5 Engrasador 9.06 Aluminio 1 6 Rueda 9.07 Aluminio 1 7 Anillo de presión 9.08 Aluminio 1 Fuente: Autor (2008). Ilustración 53. Transmisión - Montaje Industrial. Fuente: Autor (2008). 97 Ilustración 54. Transmisión - Montaje avanzado – Explosionado. Fuente: Autor (2008). 3.2.2. Desarrollo de los modelos CAD para las geometrías finales de trabajo Una vez se han definido las geometrías finales para los conjuntos a trabajar; tanto para el Punto de giro como para la Transmisión, se puede decir que se tienen los modelos CAD (Diseño asistido por computador) finales para cada uno de los conjuntos de trabajo y para cada una de las partes que los componen. Los modelos CAD condensan los requerimientos de diseño. La información recopilada se convierte en geometrías, las cuales reúnen todos los atributos propios de una familia de piezas pertenecientes a la industria metal-mecánica donde los conjuntos diseñados cumplen con los requisitos de diseño y se adaptan a las limitantes tanto del sistema especifico como del sistema global. Los planos finales de cada uno de los modelos se obtuvieron como el resultado de la depuración de los modelos preliminares a través del filtro que fueron las restricciones de diseño que se encontraron a lo largo de los módulos del laboratorio CIM. Los modelos definitivos se presentaron en la sección anterior, por lo tanto en esta sección solo se hará referencia a su ubicación en el Anexo B. 98 Los conjuntos finales de trabajo se dividieron de la siguiente manera: Conjunto: Punto de giro Montaje: Básico-medio-Avanzado Montaje: Avanzado (Planos 7.00, 7.01, 7.02, 7.03, 7.04 y 7.05 de Anexo B.) Montaje: Medio (Ver los planos 7.01 y 7.04 del Anexo B.) Montaje: Básico (Ver los planos 7.02 y 7.03 del Anexo B.) Conjunto: Transmisión Montaje: Industrial (Ver los planos 9.00, 9.01, 9.02, 9.03, 9.04, 9.05, 9.06, 9.07 y 9.08 del Anexo B.) 3.2.3. Integración del modelo CAD con software CAM Cuando se habla de la integración de los modelos CAD con software CAM a través de la programación NC, por lo general el procedimiento que se lleva a cabo es el de generar los códigos NC a través de la programación manual. Esto se logra ubicando en el plano los puntos más importantes de la geometría tales como los límites mismos de la geometría, los cambios de ángulo del perfil y los puntos iniciales y finales de los arcos que lo conforman. Este método, por tratarse de un trabajo netamente manual implica una inversión elevada de tiempo y dinero y de horas de trabajo/ingeniero lo cual a largo plazo puede no resultar provechoso. WinNC v3.21 es el software que se usa para la programación NC, este software convierte las geometrías y las instrucciones propias del mecanizado en coordenadas entendibles para la máquina de tal manera que se realice el mecanizado de manera precisa, igualmente el software permite generar la simulación del mecanizado y las trayectorias de herramientas para una mas fácil comprensión del código que se programa. Así es que el software especializado posee herramientas para agilizar estos procesos; Unigraphics Nx2 posee un módulo que se denomina PostBuilder o el cual es una herramienta que permite a través de la programación de rutinas generar el código NC (código de programación de la máquina) que en este caso funcionara con el Torno CNC “Emco Pc Turn 120”. El procedimiento que se siguió para lograr tal cometido fue el siguiente: 99 1. Se inicia con el modelo CAD definitivo de una de las piezas perteneciente a la familia de piezas con la que se va a trabajar, por ejemplo -en este caso- el modelo del eje del Conjunto: Transmisión del Montaje: Avanzado (ver ilustración 55). Ilustración 55. Modelo en Solid Edge. Fuente: Ugs Unigraphics Nx 2. 2. Teniendo el modelo CAD en un formato *.par creado a través del software Solid Edge para tal fin, se procede a exportarlo al software Unigraphics en el cual se realizaran las operaciones CAM. (Ver ilustración 56) Ilustración 56. Modelo exportado en Unigraphics. Fuente: Ugs Unigraphics Nx 2. 100 3. El modelo en Unigraphics se almacena como un archivo *.prt, en este entorno de trabajo en el modelo se configuraran elementos como: perfil limite de mecanizado (corte transversal), material en bruto, origen de pieza, origen de máquina, origen de herramientas, operaciones de manufactura, configuración de herramientas; datos que el modelo precisa para poder realizar los cálculos y las verificaciones propias del módulo de manufactura de Unigraphics. 4. Previamente en el módulo de Manufactura de Unigraphics se han configurado las herramientas y operaciones de mecanizado para la geometría de cada pieza de trabajo de tal manera que se pueda verificar la correcta trayectoria de las operaciones involucradas en el mecanizado de la pieza. (ver ilustración 57). Ilustración 57. Modelo en Unigraphics con trayectoria de herramienta. Fuente: Ugs Unigraphics Nx 2. 5. Una vez se tiene la pieza configurada en su totalidad en cuanto a herramientas de mecanizado y operaciones de manufactura; y habiendo de antemano desarrollado el Post Procesador para el respectivo control -en este caso Fanuc series 0T- se procede a realizar el PostProcesado de la pieza. 6. En el entorno de manufactura de Unigraphics se elige el icono de UG/Post Process, después se elige el Post Procesador adecuado, se elige el nombre de salida del archivo –en nuestro caso se graba directamente a la carpeta de programas de WinNC para realizar la verificación- y a continuación se observa el archivo de salida en formato *.dat. (ver ilustraciones 58 y 59). 101 Ilustración 58. Cuadros de dialogo para el Post Procesador. Fuente: Ugs Unigraphics Nx 2. Ilustración 59. Salida del Post Procesador - Archivo NC. Fuente: Ugs Unigraphics Nx 2. 7. A continuación y sin realizar ningún cambio en el archivo de salida se realiza la verificación de la trayectoria por medio del modo de “graficar” de WinNC V3.21 (Ver ilustración 60). 102 Ilustración 60. Modelo simulado en WinNC. Fuente: WinNC v.3.21 (2008). Y tal como se puede apreciar, el perfil de mecanizado que realiza WinNC corresponde a la trayectoria generada y postprocesada desde el módulo de manufactura de Unigraphics hacia software que maneja el Torno CNC sin la necesidad de invertir largas horas de programación y depuración manual en el control numérico. Y así de esta manera se puede contrastar como se realiza el postprocesado del modelo CAD-CAM, a través de la exportación del mismo hacia una plataforma de CAM como lo es Unigraphics y de ahí una vez se obtiene el código máquina sin realizar cambio alguno se simula en el software propio del Torno CNC pudiendo aseverar de esta manera que el Torno CNC podrá mecanizar con este código sin necesidad de modificación manual alguna. Es fue el procedimiento que se empleó para generar los programas NC de cada una de las piezas de trabajo. 103 En las tablas 15 y 16 se relacionan las geometrías finales con su respectivo plano del Anexo B y el programa NC que resulta de postprocesar las piezas que se desarrollaron. Para los programas “O101”, “O201”, “O301”, “O402”, “O403”, “O405”, “O406“ Y “O407” ver los archivos digitales en el CD adjunto. Tabla 15. Conjunto: Punto de giro - Montaje Básico-Medio-Avanzado - Programas NC. Conjunto: Punto de giro Montaje: Básico-Medio-Avanzado Nombre de la pieza Numero de plano Nombre del programa Figura Rueda 7.03 “O101” NC – 1 Cilindro 7.04 “O201” NC – 2 Eje 7.05 “O301” NC – 3 Fuente: Autor (2008). Tabla 16. Conjunto: Transmisión - Montaje Industrial - Programas NC. Conjunto: Transmisión Montaje: Industrial Nombre de la pieza Numero de plano Nombre del programa Figura Eje 9.02 “O401” NC – 4 Cuerpo transmisión 9.03 “O402” NC – 5 Tuerca 9.04 “O403”* NC – 6 Tornillo de engrase 9.05 Engrasador 9.06 “O405” NC – 7 Rueda 9.07 “O406” NC – 8 Anillo de presión 9.08 “O407” NC – 9 Fuente: Autor (2008). El Código NC resultante, su comentariado y el perfil simulado (ver ilustración 61) para una de las piezas de trabajo se presenta a continuación. Para el código NC resultante, el comentariado y el perfil simulado de los programas restantes ver los archivos digitales adjuntos en el CD. * Debido a sus características de fabricación las piezas con los planos número 403 y 404 se mecanizan con el mismo programa. 104 PROGRAMA NC “O401” Instrucción N0005 G28 U0 W0 N0010 G90 G71 N0015 G95 G96 S100 N0020 G92 S2000 N0025 T0101 M03 N0030 G01 X36. Z3. F.5 N0035 X0.0 Z2. F2. N0040 Z-1. N0045 Z2. F.5 N0050 X36. F1. N0055 Z3. N0060 G28 U0 W0 N0065 T0202 N0070 X0.0 Z2. F.5 N0075 Z-2. F.1 N0080 Z2. F.5 N0085 Z-1. F.1 N0090 Z-5. N0095 Z2. F.5 N0100 Z-4. F.1 N0105 Z-8. N0110 Z2. F.5 N0115 Z-7. F.1 N0120 Z-11. N0125 Z2. F.5 N0130 Z-10. F.1 N0135 Z-14. N0140 Z2. F.5 N0145 Z-13. F.1 N0150 Z-14.602 N0155 Z2. F.5 N0160 x36. F1. N0165 Z3 N0170 G28 U0 W0 N0175 T0505 M04 N0180 F.5 N0185 X30. Z4. N0190 Z3.6 N0195 Z-93.5 Comentario // máquina a punto de referencia // Programación absoluta, medidas en milímetros // Avance mm/rev, vel. de corte constante, Smin // Limite de velocidad en Smax=2000 // Cambio de herramienta a broca de centros // Inicio de operación de centro punto // Operación de centro punto // Operación de centro punto // Fin de operación de centro punto // Retorno de máquina a punto seguro // Retorno de máquina a punto seguro // máquina a punto de referencia // Cambio de herramienta a broca de taladrado // Inicio de la operación de taladrado // Operación de taladrado // Operación de taladrado // Operación de taladrado // Operación de taladrado // Operación de taladrado // Operación de taladrado // Operación de taladrado // Operación de taladrado // Operación de taladrado // Operación de taladrado // Operación de taladrado // Operación de taladrado // Operación de taladrado // Operación de taladrado // Operación de taladrado // Operación de taladrado // Fin de la operación de taladrado // Retorno de máquina a punto seguro // Retorno de máquina a punto seguro. // máquina a punto de referencia // Cambio de herramienta a buril izquierdo // Avance de herramienta // Inicio de operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste 105 N0200 Z-93.1 N0205 Z4.4 N0210 X27. N0215 Z4. N0220 Z-93.5 N0225 X30. N0230 X30.566 Z-93.217 N0235 Z4.4 N0240 X24. N0245 Z4. N0250 Z-93.5 N0255 X27. N0260 X27.566 Z-93.217 N0265 Z4.4 N0270 X21. N0275 Z4. N0280 Z-46.684 N0285 X21.5 Z-46.934 N0290 Z-93.5 N0295 X24. N0300 X24.566 Z-93.217 N0305 Z4.4 N0310 X18. N0315 Z4. N0320 Z-45.7 N0325 X19.032 N0330 X21. Z-46.684 N0335 X21.566 Z-46.401 N0340 Z4.4 N0345 X15. N0350 Z4. N0355 Z-45.7 N0360 X18. N0365 X18.566 Z-45.417 N0370 Z4.4 N0375 X12. N0380 Z4. N0385 Z-.458 N0390 X12.334 Z-.761 N0395 X12.5 Z-1.083 N0400 Z-1.4 N0405 Z-45.7 N0410 X15. N0415 X15.566 Z-45.417 N0420 Z4.4 // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste 106 N0425 X9. N0430 Z4. N0435 Z.494 N0440 X10.248 Z.338 N0445 X11.276 Z.001 N0450 X12. Z-.458 N0455 X12.566 Z-.175 N0460 Z4.4 N0465 X6. N0470 Z4. N0475 Z.5 N0480 X8.7 N0485 X9. Z.494 N0490 X9.566 Z.777 N0495 X12.366 N0500 Z.9 N0505 X3.97 N0510 Z.5 N0515 X6. N0520 X6.566 Z.783 N0525 X36. N0530 Z3 N0535 G28 U0 W0 N0540 X.866 Z.775 N0545 X1.042 Z.362 N0550 X1.66 Z.064 N0555 X2.494 Z-.01 N0560 X3.678 Z0.0 N0565 X3.7 N0570 X7.2 N0575 X8.654 Z-.145 N0580 X9.888 Z-.556 N0585 X10.71 Z-1.173 N0590 X11. Z-1.9 N0595 Z-46.2 N0600 X16.992 N0605 X17.33 Z-46.222 N0610 X17.642 Z-46.287 N0615 X17.912 Z-46.39 N0620 X19.62 Z-47.244 N0625 X19.884 Z-47.386 N0630 X20.008 Z-47.55 N0635 X20. Z-47.704 N0640 Z-50.496 N0645 X20.014 Z-50.672 // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Fin de operación de desbaste // Retorno de máquina a punto seguro. // Retorno de máquina a punto seguro. // máquina a punto de referencia // Inicio de la operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado 107 N0650 X19.826 Z-50.821 N0655 X19.388 Z-51.2 N0660 X21.5 N0665 X22.3 Z-51.093 F1 N0670 X22.886 Z-50.8 N0675 X23.1 Z-50.4 N0680 X36. F.5 N0685 G28 U0 W0 N0690 T0606 N0695 Z3. F1. N0700 X22.3 Z-82.9 F.1 N0705 X21.5 N0710 X18.5 Z-80.302 N0715 Z-51.7 N0720 X19.032 N0725 X21.328 Z-50.552 N0730 X21.894 Z-50.835 F1. N0735 Z-80.302 N0740 X19.3 F.1 N0745 X18.5 N0750 X15.5 Z-77.704 N0755 Z-57.7 N0760 Z-51.7 N0765 X18.5 N0770 X19.066 Z-51.983 F1. N0775 Z-77.704 N0780 X16.3 F.1 N0785 X15.5 N0790 X12.5 Z-75.106 N0795 Z-57.7 N0800 X15.5 N0805 X16.066 Z-57.983 F1. N0810 Z-75.106 N0815 X13.3 F.1 N0820 X12.5 N0825 X9.5 Z-72.508 N0830 Z-57.7 N0835 X12.5 N0840 X13.066 Z-57.983 F1. N0845 X36. N0850 Z3 N0855 G28 U0 W0 N0860 Z-73.601 N0865 X11.686 N0870 Z-72.801 // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado .// Operación de acabado // Operación de acabado // Final de operación de acabado // Retorno de máquina a punto seguro // máquina a punto de referencia // Cambio de herramienta a buril a derechas // Inicio de la operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Operación de desbaste // Fin de la operación de desbaste // Retorno de máquina a punto seguro. // Retorno de máquina a punto seguro. // máquina a punto de referencia // Inicio de operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado 108 N0875 X10.938 Z-72.923 F.5 N0880 X10.116 Z-72.826 N0885 X9.5 Z-72.508 N0890 X8. Z-71.209 N0895 Z-57.2 N0900 X12.7 N0905 X13.35 Z-57.113 N0910 X13.826 Z-56.875 N0915 X14. Z-56.55 N0920 Z-51.2 N0925 X16.992 N0930 X17.33 Z-51.178 N0935 X17.642 Z-51.113 N0940 X17.912 Z-51.01 N0945 X19.62 Z-50.156 N0950 X19.826 Z-50.022 N0955 X20.36 Z-49.714 F1. N0960 X21.182 Z-49.596 N0965 X22.012 Z-49.729 N0970 X36. N0975 Z3 N0980 G28 U0 W0 N0985 T0707 N0990 Z-70.2 N0995 X0.0 N1000 X8. F.5 N1005 X36. F1. N1010 Z3 N1015 G28 U0 W0 N1020 M30 N1025 % // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Operación de acabado // Final de la operación de acabado // Retorno de máquina a punto seguro. // Retorno de máquina a punto seguro. // máquina a punto de referencia // Cambio de herramienta a buril de tronzado // Inicio de la operación de tronzado // Operación de tronzado // Final de la operación de tronzado // Retorno de máquina a punto seguro // Retorno de máquina a punto seguro. // máquina a punto de referencia // Fin de programa. Vale la pena aclarar que debido a la configuración propia del postprocesador desarrollado para la el Torno CNC en UGS Unigraphics Nx 2 es que se producen la gran cantidad de líneas de programa que se aprecia. 109 Ilustración 61. Perfil resultante - Programa “O401”. Fuente: Autor (2008). 3.2.4. Desarrollo de la simulación de fabricación Usando el software de manufactura “Unigraphics NX 2“ se generarán las simulaciones del mecanizado de las diferentes piezas que componen la familia de piezas de trabajo. Para que de esta manera, aparte de que se ilustre de una manera mas clara la forma en que trabajara la máquina el material en bruto se puedan tener datos como la herramienta con la que se trabaja, la velocidad de la herramienta para cada movimiento, el avance por cada movimiento de la herramienta, el tiempo real de mecanizado que la máquina tardaría en realizar el mecanizado de la pieza; el tiempo que lleva y el que le falta, el estado de los grupos auxiliares, las coordenadas de posición ya sea en la herramienta o en los ejes de la máquina, etc, valores que en la evaluación de un proceso real de manufactura apoyarían en gran medida las decisiones a tomar en cuanto a trayectorias de mecanizado y lo menores tiempos de trabajo, tiempos que en produccion en masa determinan la capacidad de produccion de una industria lo cual se vera reflejado en competitividad, productividad y un aumento en la rentabilidad de la empresa. A la par de los beneficios de los que se ha hablado en cuanto al uso de un simulador, al correr la simulación de mecanizado de cualquier pieza que contenga elementos de manufactura se generara el programa NC con el correspondiente controlador con el que se halla configurado anteriormente permitiendo esto realizar 110 pruebas de máquina en vacío para evaluar la concordancia del programa NC que arroja el software y la interpretación que realiza el controlador propio de la máquina CNC, esto siendo el ultimo paso para pasar del ambiente virtual a un ambiente real experimentando resultados reales de un proceso virtual. La realización de la simulación se realiza en el módulo denominado “Integrated Simulation & Verification” conocido como “IS&V” por sus siglas en ingles que significan “Simulación y Verificación Integrada”, es en este módulo donde a través de una series de pasos se puede llegar a simular el comportamiento de la máquina. Brevemente se describirán los pasos que se realizaron para llegar a generar la simulación en el entorno “IS&V”. Los pasos que se llevaron a cabo fueron los siguientes: 1. Se realizo el modelo CAD de la máquina –Torno CNC “Emco Pc Turn 120” (ver ilustración 62 y 63). Ilustración 62. Modelo CAD - Torno CNC “Emco Pc Turn 120”. Fuente: EDS PLM Solutions - Solid Edge v.14(2008). 111 Ilustración 63. Modelo CAD - Torno CNC “Emco Pc Turn 120” - Detalle. Fuente: EDS PLM Solutions – Solid Edge v.14 (2008). 2. Se exporto el modelo CAD al entorno de Unigraphics. Ilustración 64. Modelo CAD - Entorno Unigraphics. Fuente: Ugs Unigraphics Nx 2. 112 3. Se configuraron las relaciones entre las piezas del modelo, los elementos cinemáticos que intervienen en los movimientos de los elementos, se definieron los ejes de desplazamiento de los elementos y los uniones entre piezas de tal manera que el modelo a nivel cinemático funcione perfectamente (ver ilustración 65). Ilustración 65. Modelo CAD - Entorno Unigraphics - Cinemática. Fuente: Ugs Unigraphics Nx 2. 4. Una vez se han definido los elementos cinemáticos se deben configurar los archivos *.dat, *.pui, mtd_*.def, mtd_*.tlc y vnc_*.tlc que son archivos que guardan datos como las instrucciones del postprocesador y los límites de movimiento de la máquina. 5. Una vez se ha conseguido configurar estos elementos se procede a cargar la máquina dentro de un archivo pieza que contenga operaciones CAM que se puedan simular. (ver ilustración 66) 113 Ilustración 66. Modelo pieza y máquina cargada en entorno Unigraphics. Fuente: Ugs Unigraphics Nx 2. 6. Antes de realizar la simulación se deben generar las trayectorias de los procesos que se van a simular (ver ilustración 67). Ilustración 67. Trayectoria de las operaciones a mecanizar. Fuente: Ugs Unigraphics Nx 2. 114 8. Y con la carga de las operaciones el último paso es el de simular y ver como la máquina ejecuta los movimientos tal cual lo haría el Torno CNC (ver ilustración 68). Ilustración 68. Simulación operaciones de mecanizado. Fuente: Ugs Unigraphics Nx 2. Y de esta manera se realiza satisfactoriamente la simulación de las operaciones del mecanizado obteniendo en este caso: ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Las coordenadas de los ejes de máquina El programa NC que resulta de realizar la simulación de mecanizado. Una ventana de dialogo que alerta sobre el estado del proceso. Las características de visualización. permitiendo aprovechar a través de los datos que arroja Unigraphics todos los beneficios de los cuales se había hablado antes. 115 3.3. Implementación (Tercera Fase) La codificación de las piezas que componen una familia de piezas, hace parte de la filosofía de manufactura llamada Tecnología de Grupo, la cual en su momento le dio un nuevo sentido a la manufactura, dotándola de herramientas que producen mejoras sustanciales a nivel del sistema global, por ejemplo una planta de producción. La codificación de las piezas finales de trabajo se realizo usando el sistema de clasificación de Opitz, en la aproximación a la tecnología de grupo (GT) se habló de lo que es y como se compone. A continuación se presenta en detalle los elementos del sistema de clasificación y como se aplica. 3.3.1. Aplicación del sistema de clasificación de OPITZ 3.3.1.1. Codificación de las piezas de trabajo Después de haber hecho la aproximación a la tecnología de grupo (GT), la cual provee de las herramientas necesarias para aplicar la misma a la familia de piezas definidas anteriormente se resuelve adoptar como método de codificación para las piezas de trabajo que comprenden este proyecto; el sistema de codificación de Opitz, sistema que aparte de ser uno de los primeros en aparecer y permanecer, ofrece una gran variedad de información en unos pocos dígitos haciendo de la codificación un proceso sencillo y eficaz. De acuerdo con los parámetros establecidos en el sistema de codificación de Opitz, a continuación se muestran los códigos resultantes para las geometrías finales de trabajo. Los modelos se dividieron de la siguiente manera: Conjunto: Punto de giro Montajes Básico-medio-Avanzado Montaje Básico Montaje medio Montaje Avanzado Conjunto: Transmisión Montaje: Industrial A continuación en las tablas 17 y 18 se presenta el modelo final para cada una de las geometrías de trabajo y su respectivo código resultante en el sistema de clasificación de Opitz. 116 Tabla 17. Codificación Opitz - Conjunto: Punto de Giro. Conjunto: Punto De Giro - Montaje: Básico-Medio-Avanzado Código OPITZ** Pieza “Rueda” “Cilindro” “Eje” Fuente: Autor (2008). * C.P.: Código primario; C.S.: Código Secundario 117 Tabla 18. Conjunto de Piezas - Transmisión. Conjunto: Punto de giro - Montaje: Básico-Medio-Alto Pieza Código OPITZ “Eje” “Cuerpo de la transmisión” “Rueda Dentada” “Anillo de presión” 118 “Tuerca” “Tornillo de engrase” “Engrasador” Fuente: Autor (2008). Una vez se han obtenido los códigos para las piezas, se procede a formar las familias de piezas que finalmente resultan tras aplicar la codificación de Opitz. Se obtuvieron entonces 5 familias de piezas, así: ⋅ Familia “5 0 1 1 0 ” Piezas pertenecientes: Rueda, Cilindro, Rueda dentada, Anillo de presión y Tuerca. Características: Familia de piezas tipo buje, sin operaciones exteriores salvo acabado, con operaciones interiores para ensamble de piezas y en el rango máximo de trabajo radial –entre 25 y 30mm- . 119 ⋅ Familia “1 4 0 1 0” Piezas pertenecientes: Eje y Engrasador. Características: Piezas con operaciones exteriores y escalonadas en ambas direcciones, sin operaciones interiores y de dimensiones pequeñas -entre 5 y 10mm⋅ Familia “3 4 1 1 0” Piezas pertenecientes: Eje de transmisión. Características: Piezas con operaciones exteriores y escalonadas en ambas direcciones, con un agujero auxiliar para acople de piezas y de dimensiones medianas -entre 15 y 20mm⋅ Familia “2 1 1 1 0” Piezas pertenecientes: Tornillo de engrase. Características: Pieza con operaciones exteriores y escalonada en un dirección, con un agujero para acople de piezas y en un rango bajo de trabajo -entre 5 y 8mm⋅ Familia “5 1 1 1 0” Piezas pertenecientes: Cuerpo de la transmisión. Características: Pieza con operaciones exteriores y escalonada en un dirección, con un agujero transversal para acople de piezas y en el un rango máximo de trabajo -entre 25 y 30mm- Las familias de piezas permiten agilizar muchos de los procesos que se realizan en una fábrica; entre estos procesos se encuentran el diseño de piezas –tanto cilíndricas como prismáticas- permitiendo recuperar las geometrías a través del código de la pieza –ya sea a través del código total o parcial- para así editar las geometrías existentes y ahorrar tiempo valioso en la fase de Diseño; también en la fase de fabricación el agrupar el conjunto de piezas en familias permite mejoras en la produccion ya que debido a que las famillas de piezas tienen operaciones y geometrías similares el alistamiento y la configuración de la maquina se aprovecha de una mejor manera permitiendo ahorrar tiempo convirtiéndose esto directamente en ganancias económicas para la industria. 120 CONCLUSIONES Se identifico una familia de piezas asociada a la industria metal mecánica. Aunque, un principio para el desarrollo del proyecto se considero el identificar una única familia de piezas, se identificaron, adaptaron y definieron dos conjuntos de piezas relacionadas con la industria metal-mecánica que cumplieron con los objetivos del proyecto proporcionando valores agregados al mismo. Las dos conjuntos de piezas que se diseñaron se denominaron así: El primer conjunto fue diseñado desde cero y se denomina Punto de giro. Este conjunto posee la particularidad que se constituye por tres subconjuntos de tal manera que se tengan igualmente tres dificultades de ensamble. Esto hace la experiencia de trabajo mucho más enriquecedora y a través de un conjunto de piezas ensambladas que podría definirse como “didáctico”, se prepara al estudiante, al docente y a la máquina de una manera sutil pero acertada hacia el siguiente nivel. El siguiente nivel se denomina Conjunto Transmisión su nombre viene dado debido a que este conjunto fue en si una adaptación de un conjunto diseñado previamente, este conjunto es el segundo paso hacia el afianzamiento de conocimientos en cuanto al módulo de ensamble se trata puesto que sus piezas se adaptaron y diseñaron pensando en un ensamble tipo industrial que permitiera probar las capacidades de trabajo hombre-máquina de una manera mas satisfactoria dotando al estudiante de las herramientas para desarrollar un conjunto mucho mas complicado. Así pues, las familias de piezas que se diseñaron pertenecen por completo a la industria real y proporcionan de igual manera la posibilidad a lo estudiantes de expandir sus horizontes, de no solo quedarse en un conjunto sino de adaptarlo a las necesidades que se presenten o que se quieran analizar. Se desarrollaron los modelos CAD para cada una de las geometrías pertenecientes a las piezas de trabajo final. Los modelos CAD fueron modelos de diseño asistido por computador; lo cual permitió que en la fase de diseño se suprimieran en cierta cantidad el uso del papel para la realización de los bocetos o planos definitivos que se llevaron a cabo y necesitaron a lo largo del proyecto. Gracias a la utilización del CAD al generar estos modelos el ingeniero de diseño tiene la posibilidad de ahorrarse mucho más tiempo en la fase de diseño y puede dedicar mucho mas tiempo a revisar y evaluar sus diseños evitando así el desperdicio de tiempo convirtiéndolo en tiempo de producción y generando ganancias de esa manera. Los modelos CAD de la misma manera permiten 121 mantener un record de los diseños que se trabajan en una planta o en una línea de producción de tal manera que llegado el caso se puede generar una rápida retroalimentación del trabajo realizado. Los modelos finales de CAD, generados a partir de las geometrías finales de trabajo se integraron con el software CAM a través de los programas NC. En orden que las geometrías finales de trabajo se pudieran integrar con el software CAM; o sea, en orden que las geometrías finales de trabajo no solo se quedaran en la fase de diseño asistido por computador; si no pasaran a la fase de manufactura asistida por computador se realizaron los programas NC o “programas de control numérico” los cuales convirtieron las geometrías finales diseñadas en coordenadas entendibles para la máquinas de control numérico. Es aquí, donde se presenta un avance importante e inesperado a nivel del desarrollo del proyecto; en un principio se pensó en integrar los programas NC mediante el desarrollo manual de los estos, pasando las geometrías a comandos de máquina lo cual llevaba bastante tiempo, tiempo con el cual muchas veces se debía contar para otras operaciones. Durante el desarrollo del proyecto usando Ugs Unigraphics Nx 2, se hallo un modulo de trabajo, el cual a través de la configuración de ciertas rutinas permite realizar el Post-procesamiento de las trayectorias de mecanizado de las piezas de trabajo. El postprocesador que se realizo para el Torno CNC (ver cd adjunto) convierte directamente estas trayectorias en coordenadas entendibles para la máquina CNC las cuales no solo permiten la mecanización de los elementos sino que mediante la simulación permiten la planeación de los mismos; de la misma manera permiten realizar pruebas en vacío y simular el comportamiento de los elementos antes de llevar a cabo su manufactura para prever cualquier inconveniente y poder superarlo con facilidad y de esta manera ahorrarse un tiempo muy valioso que tal como se había dicho antes se puede utilizar en la fase de optimización mas que en otras fases donde no se precise gran cantidad de tiempo de trabajo. Se llevó a cabo la simulación de la fabricación de los elementos bajo un ambiente virtual, en este caso se utilizó la plataforma CAE “Ugs Unigraphics NX 2” la cual permite mediante la correcta configuración de la pieza y sus elementos de trabajo generar la simulación del mecanizado de la pieza; obteniendo así un código susceptible de utilizarse para generar pruebas en las diferentes máquinas de control numérico con las que se cuenta en el laboratorio CIM. En esta etapa de proyecto Teniendo en cuenta que el módulo de IS&V de Ugs Unigraphics 2 es la primera versión se decidió apoyar el desarrollo de la simulación con Ugs Unigraphics 3 y Ugs Unigraphics 4 permitiendo lograr resultados mucho mas precisos. 122 Y por ultimo, se realizo la aplicación de la filosofía de producción conocida como “Tecnología de Grupo” la cual precisa de todos los pasos anteriormente expuestos y dota a la manufactura de elementos que permiten darle un orden adicional al trabajo; el cual se ve reflejado en una aplicación real en tiempos de desarrollo mas cortos para cada una de fases (diseño, CAD, CAM, etc). Estos tiempos se ven reflejados en especial en la fase de codificación de las partes de trabajo donde a través del sistema de codificación de Opitz se codificaron las piezas de trabajo que en un principio se identificaron, adaptaron y diseñaron a lo largo del proceso de investigación y desarrollo tal como se ha visto en el presente documento, a estas piezas se les otorga un código no único pero si característico que hace mas fácil su ubicación dentro del sistema global y de paso genera una biblioteca de piezas a la cual el acceso se ve simplificado gracias a el código que poseen, esto debido a que las características que poseen permitirán ahora recuperar estas piezas mucho mas rápidamente y permitirán editarlas en caso de necesitar un geometría anteriormente diseñada o en caso de necesitar una retroalimentación. 123 RECOMENDACIONES A lo largo del desarrollo del presente proyecto se observaron ciertas falencias que si bien no hacen que el proyecto se trunque por completo si genera ciertas limitantes que no permite el rápido avance del mismo, a continuación se presentan las consideraciones y recomendaciones que podrían hacer de este un proyecto mucho mas enriquecedor: En el sistema global de manufactura se puede observar como el limitante máximo lo dan las dimensiones de los materiales y las limitantes en las herramientas de trabajo; con respecto a las dimensiones del material nada se puede hacer salvo aprovecharlas al máximo, pero con respecto a las herramientas, la versatilidad de las operaciones que se pueden realizar en una máquina de este estilo esta dado por las herramientas de la misma máquina la cual significa mayores opciones de diseño y desde el punto de vista de este proyecto una mayor exploración a fondo del código de codificación usado para las piezas de trabajo final. Operaciones como roscado, moleteado y la posibilidad de realizar agujeros auxiliares le otorgan a las piezas de trabajo y al diseñador una libertad los suficientemente grande para optar por -en un proyecto de este tipo- realizar elementos de trabajo “complejos”. Por esta razón se recomienda revisar el listado de herramientas disponibles tanto para el Torno como la Fresadora y de posible completar el herramental de tal manera que se puedan incluir muchas mas operaciones en las piezas que se diseñen. De la misma manera en un principio se pensó en diseñar piezas para las dos máquinas CNC (Torno y Fresadora) pero debido a limitantes en los elementos de sujeción para piezas en la Fresadora las piezas resultantes no poseían mayor aplicación dentro del conjunto diseñado y por ende se decidió realizar el desarrollo exclusivamente para el Torno. A raíz de esto se hace necesario reevaluar los accesorios que existen para la sujeción de piezas en las máquinas y en los módulos del sistema global (laboratorio CIM), y se deben diseñar y construir elementos de sujeción y manipulación más versátiles que se puedan acoplar fácilmente a los elementos ya existentes dentro del sistema. Retomar las piezas y considerar las posibles mejoras y modificaciones que se les podría realizar para elevar la dificultad de mecanizado seria un buen proyecto a considerar; llevando a un nivel mucho más alto el desarrollo que aquí se plantea. De igual manera considerar posibles conjuntos de piezas susceptibles a realizarse en la Fresadora siguiendo la metodología de diseño y de trabajo que aquí se expone complementaria el desarrollo que este proyecto plantea para realizarse en el modulo de manufactura flexible y por supuesto en el sistema de trabajo global (laboratorio CIM). 124 Al momento de realizar el postprocesamiento de los programas para obtener el código NC, debido a que el postprocesador trabaja basado en segmentos de línea y no por ciclos, se hace necesario entonces que para piezas complejas que contengan un elevado numero de operaciones, los programas NC se generen en paquetes de subprogramas debido a los limites de líneas de programación que soporta la maquina CNC. Como complemento a la “Tecnología de Grupo” se recomienda diseñar e implementar una base de datos enlazando las geometrías que se diseñen para trabajar en los distintos módulos del laboratorio CIM con la codificación Opitz. La literatura disponible acerca de tecnología de grupo de escasa, y la explicación de como se lleva a cabo su implementación en español no se encuentra, el acceso a material de este tipo –bien sea en idioma extranjero- seria ideal considerando que la información es la base del conocimiento y que el autor original es la fuente ideal de consulta. 125 BIBLIOGRAFIA ALBA DÍAZ, Hugo Ferney. Diseño y construcción del módulo de alimentación de materia prima para el CIM del laboratorio de CAD/CAM de la Universidad de la Salle Universidad de la Salle, 1998. ALTAMIRA REDONDO, Rafael. Operaciones mecánicas de los metales. Editorial Madrid: M. Aguilar. 1943. ALTING, Leo. Procesos para ingeniería de manufactura. Editorial: México. Ediciones Alfaomega, 1990. 369 p. ARANGO LINARES, Jorge Enrique. Tolerancias, ajustes y acabado superficial. 19 ed. Editorial: Santa Fe de Bogotá: Universidad Nacional de Colombia, 1993. ARNEDO ROSEL, José María. Fabricación integrada por ordenador (CIM). 19 Ed. 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Umi-23-643. Crs robotics corporation. 1993-1994. -Universidad De La Salle, laboratorio CIM/FMS. DocumentaciónManual: Fresadora “Emco Pc Mill 100”. Descripción de la maquina. Ed.95. B9504. SP 4341. Emco Maier Gelleshaft m.b.H. -Universidad De La Salle, laboratorio CIM/FMS. DocumentaciónManual Fresadora Emco Pc Mill 100. Emco WinNC GE Sinumerik 8108/820. Descripción del software. Versión del software 13.70. Ref. SP-1802. Edición H2003-7. -Universidad De La Salle, laboratorio CIM/FMS. DocumentaciónManual: Robot “HYD-2800”. Hydraulics station. CIM – Computer integrated Manufacturing. Maintenance manual. Degem systems. -Universidad De La Salle, laboratorio CIM/FMS. DocumentaciónManual: Plansee Tizit – Cera Tizit, Tools and inserts for turning - Hard Materials, EN 03.07 – 7000296, http://pdf.directindustry.com/pdf/ceratizit/tools-and-insertsfor-turning/Show/24084-22555.html. Manual Torno “Emco Pc Turn 120”. Descripción de la maquina. Ed.95. B95-01. SP 4361. Emco Maier Gelleshaft m.b.H. -Universidad De La Salle, laboratorio CIM/FMS. Documentación- 127 Manual: Torno “Emco Pc Turn 120”. Emco WinNC GE Series Fanuc 0-TC. Descripción del software. Versión del software 13.70. Ref. SP 1802 Edición H2003-7. -Universidad De La Salle, laboratorio CIM/FMS. DocumentaciónManual: Robot “Movemaster”, -Universidad De La Salle, laboratorio CIM/FMS. DocumentaciónManual: Robot “RV-2ª Series”. Standard specifications manual (CR1-571 controller). Mitsubishi. Mitsubishi Industrial Robot. Melfa. BFP-A8182-CUniversidad De La Salle, laboratorio CIM/FMS. DocumentaciónManual Torno “Emco Pc Turn 120”, Emco WinNC GE Series Fanuc 0-TC, Descripción del software/ Versión del software 13.70, Ref. SP 1802 Edición H2003-7. -Universidad De La Salle, laboratorio CIM/FMS. DocumentaciónSeminario de Sistemas Avanzados de Manufactura, (1995 : Pereira) Título: Seminario de Sistemas Avanzados de Manufactura / III Seminario de Sistemas Avanzados de Manufactura CAD/CAM, Robótica, CIM, Automatización, Simulación. Edición:Editor Hrishi Bera. Editorial:Pereira : Universidad tecnológica de Pereira, 1995. 23 p. Seminario Internacional Sobre Sistemas Avanzados de Manufactura (1998: Cartagena de Indias, Colombia) IV Seminario internacional sobre sistemas avanzados de manufactura. Proceedings of the 4th Seminar on advanced manufacturing systems. Editor Dr. Hrishi Bera. Cartagena: U. Tecnológica de Pereira, 1998. Seminario Internacional de Sistemas Avanzados de Manufactura, (1996: Pereira) Seminario Internacional de Sistemas Avanzados de Manufactura. II Seminario internacional de Sistemas Avanzados de Manufactura., Editado por Waldo Liscano Arias y Hrishi Bera., Pereira: Universidad tecnológica de Pereira, 1996. SULE, Dileep R. Instalaciones de manufactura: ubicación, planeación y diseño. 2a. ed. Editorial: México: Thomson Editores, 2001. WALDNER, Jaen-Baptiste. Cim: principles of computer integrated manufacturing. 19 Ed. CHichester (England): Johns Wiley & Sons, 1992. 128 ANEXOS 129 ANEXOS ANEXO A. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LAS MAQUINAS Anexo A.1. Torno CNC “Emco PC Turn 120” Anexo A.2. Fresadora CNC “Emco PC Mill 100” Anexo A.3. Características técnicas Brazo Robot CRS A-255 Anexo A.4. Robot Manipulador – “Movemaster” Anexo A.5. Robot Hidráulico - “Hyd - 2800” Anexo A.6. Robot Manipulador– “Mitsubishi RV-2A/Melfa” ANEXO B. LIMITANTES DE DISEÑO Anexo B.1. Modulo de Alimentación - Bandeja de transporte de materia prima Anexo B.2. Canales de alimentación de materia prima – Torno Anexo B.3. Canales de alimentación de materia prima – Fresadora Anexo B.4. Modulo de manufactura flexible - Torno CNC “Emco PC Turn 120” Anexo B.5. Modulo de visión artificial - Robot “Movemaster” Anexo B.6. Modulo de visión artificial - Tablero de inspección Anexo B.7. Diseño preliminar – Conjunto: Punto de giro - Montaje: Básico-medio-avanzado Anexo B.8. Diseño preliminar - Conjunto: Transmisión - Montaje: Avanzado Anexo B.9. Diseño final - Conjunto: Transmisión – Montaje: Industrial 130 ANEXO A. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LAS MAQUINAS 131 Anexo A.1. Torno CNC “Emco PC Turn 120” Características Técnicas Tabla 1. Características técnicas Torno CNC “EMCO PC TURN 120”1 Lugar de trabajo Diámetro máximo de pieza al plato [mm] ø120 Diámetro máximo de pieza de trabajo entre plato y contrapunto [mm] ø75 Longitud máxima de giro [mm] 121 Diámetro de volteo sobre bancada [mm] ø180 Diámetro de volteo sobre carro de refrentado [mm] ø75 Recorrido de carro transversal (útil) [mm] 55 Recorrido de carro longitudinal (útil) [mm] 172 Taladro de husillo [mm] ø20,7 Diámetro de plato [mm] ø85 Revoluciones de husillo (infinitamente variable) [rpm] 150-4000 Par de giro a 100%/60% ED [Nm] 14-19 Potencia a 100%/60% ED [Kw.] 2,2/2,8 [mm] 0.0025 Avance de trabajo en X/Z (infinitamente variable) [mm/min.] 0-2000 Marcha rápida en X/Z [mm/min.] 321564 [N] 2000/2000 Husillo Nariz de husillo según Norma de fábrica Motor principal Motor asíncrono trifásico Motores de avance Resolución de paso/Precisión Fuerza máxima de avance X/Z Sistema de herramientas Revólver automático de herramienta Apoyos de herramienta (interiores o exteriores) 8 Sección máxima de cuchilla de torno [mm] 12x12 Taladro de apoyo de herramientas de mecanización interna [mm] ø16 1 Manual Torno Emco Pc Turn 120. Emco WinNC GE Series Fanuc 0-TC. Descripción del software/ Versión del software 13.70. Ref. SP 1802 Edición H2003-7 132 Contrapunto Diámetro de la pínula [mm] ø35 Carrera de la pínula [mm] 120 Punto giratorio integrado Conexión eléctrica Voltaje, conmutable [V] Fluctuaciones máximas de tensión [%] 230/400 ~ 3/N/PE 230 ~ 3/PE ±10 Frecuencia [Hz] 50/60 [A-trag] 20 Fusible principal Sistema de engrase Carriles guía, carros longitudinales y transversales Lubricación central Husillo de trabajo, husillos a bolas Engrase Dimensiones Altura del eje de giro sobre el suelo [mm] Aprox. 1095 Longitud total x profundidad total x altura total [mm] 1730x875x1620 Peso total [Kg.] 530 Recepción de la máquina Recepción de la máquina según DIN DIN 8605 Volumen de presión sonora Volumen de presión sonora medido [dB(A)] En las siguientes condiciones: * Procedimientos de medición: de superficie envolvente según DIN 45 635 * Estado de funcionamiento: revoluciones máximas en marcha en vacío 66 Normas de seguridad/Normas Conformidad con las normas europeas siguientes: EN 292 Parte 1/2 EN 60204 Parte 1 Fuente: Manual Torno Emco Pc Turn 120 - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. 133 Tabla 2. Accesorios Torno CNC “EMCO PC TURN 120” Dispositivos de refrigerante Capacidad del depósito [l] 35 Caudal máximo [l/min.] 15 Presión suministrada [bar] 6 Conexión neumática [mm] ø10 [mm] ø85 [mm] 120 * Unidad neumática * Plato neumático Plato de 3 garras con control de posición final y dispositivo de soplado Diámetro de plato * Contrapunto Automático Contrapunto neumático con control de posición final Avance de pínula Puntero giratorio integrado Fuente: Manual Torno Emco Pc Turn 120 - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. Tabla 3. Configuración PC Torno CNC “EMCO PC TURN 120” Montaje de control Montaje separado de tablero de mandos de máquina y teclado específico de control PC 80486-SX Ordenador integrado (PC) 14", monocromático Monitor Standard Configuración del PC 80486-SX Siemens PC IBM compatible Frecuencia de trabajo [MHz] 25 Tarjeta gráfica VGA Teclado MPF-2 Unidad de disco 3-1/2", 1,44MB Software Sistema operativo MS DOS 6.2 MS-Windows Versión 3.1 Fuente: Manual Torno Emco Pc Turn 120 - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. 134 Anexo A.2. Fresadora CNC “Emco PC Mill 100” Características Técnicas De La fresadora2 Tabla 4. Características técnicas Fresadora CNC “EMCO PC MILL 100” Área de trabajo Recorrido longitudinal del carro (eje X) [mm] 185 Recorrido transversal del carro (eje Y) [mm] 100 Recorrido vertical del carro (eje Z) [mm] 200 Carrera vertical (Z) útil [mm] 100 Distancia entre el cabezal y la superficie de mesa [mm] 95-195 Superficie de fijación (LxT) [mm] 420x125 Carga máxima de mesa [Kg.] 10 2 ranuras en T [mm] 11 Distancia entre las ranuras en T [mm] 90 [mm] ø40 Mesa de fresadora Husillo de la fresa Cojinete del husillo Tipo de cojinete De rodamiento Recepción de herramienta: como en DIN 2079 SK 30 Pernos de apriete Norma de fábrica Amarre de herramienta Automático Accionamiento de husillo de la fresa Motor de corriente alterna Potencia a 100%/60% ED [W] 640/700 Revoluciones del motor [rpm] 5000 Gama de revoluciones (infinitamente variable) [rpm] 150-5000 ] Par de giro máximo del husillo de la fresa (60% DC) Diámetro máximo de fresa para trabajos de fresado de acero Capacidad de taladrar en aluminio [Nm] 3,5 [mm] 25 [mm] 16 Capacidad de roscar en aluminio [mm] M8 2 Manual Fresadora Emco Pc Mill 100. Emco WinNC GE Sinumerik 8108/820. Descripción del software. Versión del software 13.70. Ref. SP 1802 Edición H2003-7. 135 Motores de avance Resolución de paso/Precisión [mm] 0,0025 Avance de trabajo en X/Y/Z (infinitamente variable) [mm/min.] 0-2000 Marcha rápida en X/Y/Z [mm/min.] 3000 Fuerza máxima de avance en X/Y/Z [N] 2000/2000/2400 Sistema de herramientas Tambor de herramienta con lógica de dirección Número de estaciones de herramienta 10 Diámetro máximo de herramienta [mm] ø55 Peso máximo de herramienta [Kg.] 0,7 Fuerza de arrastre Tiempo de arranque viruta a viruta T1/T2/T3 según VDI 2852 Tiempo de cambio de herramienta T1/T2/T3 sin desplazamiento [N] 1100 [s] 11/10/10 [s] 9/7,5/7,5 Conexión eléctrica Voltaje, conmutable m Oscilaciones máximas de voltaje [%] 230/400 ~ 3/N/PE 230 ~ 3/PE ±10 Frecuencia [Hz] 50/60 Valor de conexión [KVA] 2,8 Fusible principal [A-trag] 20 Sistema de lubricación Carriles guía Lubricación central Carros de cargador de herramienta Lubricación Cojinete del husillo Z Engrase. Neumática Unidad neumática de mantenimiento para soplado del carro de herramienta Presión de suministro [bar] 6 Conexión neumática [mm] ø10 Longitud total x profundidad total x altura total [mm] 1730 x 875 x 18921 Peso total [Kg.] 570 Dimensiones 136 Recepción de la máquina Recepción de la máquina según DIN DIN 8615 parte 1 Volumen de presión sonora Volumen de presión sonora medida [dB(A)] 69 En las siguientes condiciones: * Procedimientos de medición: de superficie envolvente según DIN 45 635 * Estado de funcionamiento: revoluciones máximas en marcha en vacío Prescripciones de seguridad / Normas EN 292 Parte 1/2 Conformidad con las normas europeas siguientes: EN 60204 Parte 1 Directiva europea sobre maquinaria Fuente: Manual Torno Emco Pc Mill 100 - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. Tabla 5. Accesorios fresadora CNC “Emco PC Mill 100” Dispositivos de refrigerante Capacidad del depósito Caudal máximo Presión máxima [l] [l/min.] [bar] 35 15 0,5 * Unidad neumática Equipo básico para mordaza neumática y puerta automática. Presión de suministro Conexión neumática [bar] [mm] 6 ø10 * Mordaza neumática Mordaza neumática con control de posición final Distancia máxima entre garras Recorrido máximo de garras [mm] [mm] 70 5 * Puerta Automática Fuente: Manual Torno Emco Pc Mill 100 - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. 137 Tabla 6. Configuración PC fresadora CNC “EMCO PC MILL 100” Montaje de control Montaje separado de tablero de mandos de máquina y teclado específico de control Teclado específico de control Intercambiable Ordenador integrado (PC) PC 80486-SX Monitor Standard 14", monocromático Monitor opcional 14"color Configuración del PC Siemens PC IBM compatible 80486-SX Frecuencia de trabajo [MHz] 25 Memoria RAM [MB] 4 Disco duro [MB] 170 Tarjeta gráfica VGA Teclado Interfaz serie MPF-2 Interfaz paralelo 1 Unidad de disco 3-1/2", 1,44MB 2 Software Sistema operativo MS DOS 6.2 MS-Windows Versión 3.1 Fuente: Manual Torno Emco Pc Mill 100 - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. 138 Anexo A.3. Características técnicas Brazo Robot CRS A-25534 Tabla 7. Características técnicas Robot manipulador “CRS-A255” Structure Articulated 5 DOF Drive Motor Bearings Max voltage Max current Mech. time constant. Max speed @ 25V Peak torque Brush life Permanent magnet Dc servo ABEC Class 1 - 0,375" ID +/- 25Vdc 10,8 amps 11,62 msec 3600 rpm 100 oz-in 8000 hours @ 1200 rpm Transmission Waist rotate Shoulder Elbow Wrist bend (pitch) Tool roll size 20 cup type harmonic drive size 20 cup type harmonic drive size 20 cup type harmonic drive/chain bevel-/spur-gear/chain bevel-/spur-gear/chain/gear Payload Maximum design Full speed/acc Kg 2,0 1,0 Reach - Waist to tool flange 22 inches Reach by link Base to shoulder Shoulder to elbow Elbow to wrist pivot Wrist pivot to fool flange Inches 10 10 10 2 Joint travel ranges degrees Waist rotate Shoulder Elbow Wrist bend (pitch) Tool roll +/- 175 +110, -0 +0, -130 +/- 110 +/- 180 3 4 CRS A255 - “Small industrial Robot System”. Robot Arm Installation and operation. Umi -14-504 Servo Gripper Option. User’s Guide – CRS Robotics Corporation. Umi -23-643 139 Joints speed at 100% program speed rad/sec A150 series: Waist rotate Shoulder3 Elbow Wrist bend (pitch) Tool roll 1,74 1,08 1,74 3,14 6,28 A250 series: Waist rotate Shoulder3 Elbow Wrist bend (pitch) Tool roll 3,05 2,18 3,05 3,14 6,28 Joint default acceleration ranges rad/sec2 A150 series: Waist rotate Shoulder Elbow Wrist bend (pitch) Tool roll 5,45 5,45 5,45 24,54 49,09 A250 series: Waist rotate Shoulder Elbow Wrist bend (pitch) Tool roll 12,93 12,93 12,93 58,18 116,36 Position Feedback Resolution Index Output Optical incremental encoders 1000 pulse/rev Marker pulse 1 per rev. Channels A, B, Z sq.wave TTL Joint resolution deg Waist rotate Shoulder Elbow Wrist bend (pitch) 0,005 0,005 0,005 0,023 140 Joint resolution inches @ tool flange Waist rotate Shoulder Elbow Wrist bend (pitch) Tool roll 0,0019 0,0009 0,0009 0,0008 0,0016 Fuente: Manual Robot manipulador “CRS-A255 - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. Figura 1. Área de trabajo Robot “CRS-A255” Fuente: Manual Robot manipulador “CRS-A255 - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. Figura 2. Posición de inicio Fuente: Manual Robot manipulador “CRS-A255 - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. 141 Figura 3. Área de trabajo en el plano Z Fuente: Manual Robot manipulador “CRS-A255 - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. Figura 4. Pinza del robot manipulador CRS-A255 Fuente: Manual Robot manipulador “CRS-A255 - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. 142 Tabla 8. Características técnicas Pinza “CRS-A255” Gripping finger range 0 in. (0mm) to 2,00in (50mm) Repeatability +/- 0.015 inches (0.38mm) Accuracy +/- 0.030 inches (0.76mm) Maximum grip force 10 pounds (4.53 kg) Weight 1 pound (0.45Kg) Drive System DC permanent magnet type, driven at +/- 15Vdc Position sensing 10 kilo-ohmio servo potentiometer Fuente: Manual Robot manipulador “CRS-A255 - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. 143 Anexo A.4. Robot Manipulador – “Movemaster” Características Técnicas Tabla 9. Características técnicas Robot Movemaster – Standard specifications Specification Mechanical Structure 5 freedom degrees Vertical articulated robot Arm length Operation Range Item Remarks Waist rotation 300º (max 120º/sec) J1 Axis Shoulder rotation 130º (max 72º/sec) J2 Axis Elbow rotation 130º (max 72º/sec) J3 Axis Wrist pitch 130º (max 72º/sec) J4 Axis Wrist roll 130º (max 72º/sec) J5 Axis Upper arm 225mm Fore arm 160mm Maximum path capacity 100mm/sec (wrist tool surface) Speed at point P Position repeatability 0,3mm (roll center of the wrist tool surface) Accuracy at point P Drive system Electrical servo drive using DC servo motors Robot weight Approx 19Kgf Motor capacity J1 to J2 axes: 30W; J4, J5 axes: 11W Fuente: Manual Robot “Movemaster” - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. Figura 5. Área de trabajo plano XY Figura 6. Área de trabajo eje Z Fuente: Manual Robot “Movemaster” - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. 144 Anexo A.5. Robot Hidráulico - “Hyd - 2800”24 Características Técnicas Figura 7. Robot Hidráulico “HYD-2800” Fuente: Manual Robot Hidráulico “Hyd-2800” - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. Tabla 10. Elementos que componen el “HYD-2800” COMPONENTE FABRIC. ESPECIFICACIONES Actuador R11H3180 PDH Cilindro A Actuador R21H3090 PDH Cilindro B Actuador R21H1090 PDH Cilindro C Actuador 81071-0-0-1 PDH Cilindro D Pinza 8420-20-001 PDH - Sujetar la pinzas Cilindro Hidráulico Clippard Cilindro E: 7/8" de roscado por 3" de carrera. Accionar la prensa hidráulica 1 Mangueras Hidráulicas Degem Dif. Longitudes Transportar Fluido 1 Eslabón 1 Degem - - 1 Eslabón 2 Degem - - 1 24 FUNCION Encargado de mover todo el sistema. Rotación aprox. de 180º. Encargado de elevar y bajar el brazo Permite estirar el brazo. Grado de libertad de 120º. Cilindro terminal que tiene incorporada la pinza de sujeción. CANT 1 1 1 1 CIM – Computed Integrated Manufacturing. Maintenance Manual. HYD-2800. Hydraulics Station. Degem Systems 145 Eslabón 3 Degem - - 1 Eslabón 4 Degem - - 1 Eslabón de prensa Degem - - 1 Casquillo para prensa Degem - - 1 Electro válvula proporcional Electro válvula direccional Wanduflu h Wanduflu h Wanduflu h 3 vías de solenoide entre 0V y 10 V 4 vías y 3 posiciones Controla el caudal de todo el sistema A cada actuador o cilindro le corresponde 1. Presión: 106bar; caudal: 8 l/min. - 1 Bloque hidráulico Degem F/HYD-2800 - 1 Reguladoras de caudal externas Filli Tognella Unidireccional Reguladoras de caudal internas Degem Unidireccional Acoples rápidos Tema M-F1/8 - 10 Reguladores de presión Filli Tognella - - 2 Válvula cheque 1 1 Limitan el caudal de entrada y salida del cilindro D. Limitan el caudal de entrada y salida de los cilindros A, B y C. 2 6 Fuente: Manual Robot Hidráulico “Hyd-2800” - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. Tabla 11. Elementos de la unidad de potencia hidráulica COMPONENTE Válvula reguladora de presión FABRICANTE Vickers Motor Eléctrico Embrague OMT Campana de embrague ESPECIFICACIONES FUNCION Presión establecida en un valor máximo de 30bar. Fijan el valor máximo de la presión permitida en el sistema. En caso de necesidad, la presión puede ser reajustada usando la perilla Monofasico, 230V, 1HP, capacitor permanente , 1500RPM - - - - - Bomba Plessey - Usa la presión para los experimentos. Es conducida por el motor eléctrico Filtro de aceite UCC - - Filtro de aire UCC - - Indicador de nivel de fluido UCC - Se encuentra montado en el tanque de aceite 146 Conector para el retorno al tanque Degem - - Tanque de aceite UCC Capacidad del tanque 10 litros Indicador de nivel de presión Nuova Firma Presión de 0 a 100bar (0 a 1200psi), 250", 3/4BSP Sostiene el liquido hidráulico necesitado para la operación Indica la presión que fue preestablecida con la válvula de presión Tema 1/4" - Degem - - Acoplador rápido para la presión que sale Tapón para vaciar el tanque Fuente: Manual Robot Hidráulico “Hyd-2800” - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. Tabla 12. Sensores Robot “HYD-2800”. SENSORES Inductivos Potenciómetros lineales de 5k Transductores de presión Presóstato FUNCION CANT Se localizan en la línea neumática, donde 1 de ellos informa al sistema de control sobre la presencia del pallet y el resto sobre el número de identificación de pallet. Están instalados en los eslabones del robot e indican la posición de cada uno de estos, con lo cual se determina la posición exacta de la pinza. Indican en todo instante la presión hidráulica en cada uno de los actuadores (excepto en el eslabón 4.) Se encuentran en la línea neumática y su función es indicar si hay o no aire para activar la pinza del robot Fuente: Manual Robot Hidráulico “Hyd-2800” - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. 147 6 4 4 1 Anexo A.6. Robot Manipulador– “Mitsubishi RV-2A/Melfa”25 Características Técnicas Figura 8. Robot manipulador “Mitsubishi RV-2A/Melfa” Fuente: Manual Robot “Mitsubishi RV-2A/Melfa - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. Tabla 13. Especificaciones estándar ITEM UNIT SPECIFICATIONS Type RV-2A Degree o f freedom 6 Installation posture On floor Structure Vertical multiple - joint type Drive System AC servo motor (J1 to J3 : 80W with brake, J4, J6: 40W no brake , J5 : 40W with brake Position detection method Absolute encoder Arm length Shoulder shift mm 100 25 CIM – Computed Integrated Manufacturing. Maintenance Manual. HYD-2800, Hydraulics Station. Degem Systems 148 Upper arm 250 Fore arm 250 Elbow shift 130 Wrist length 85 J1 320(-160 to +160) J2 180 ( -45 to +135) J3 Operating range 120 (+50 to+ 170) Degree J4 320 (-160 to +160) J5 240 (-120 to +120) J6 400 ( -200 to +200) J1 150 J2 150 J3 Speed at motion J4 240 J5 180 J6 330 Maximum resultant velocity Load 180 Degree/s mm/s Rating Approx, 3500 2 Pose repeatability mm +/- 0,04 Ambient temperature ºC 0 to 40 Mass Kg Approx 37 J4 Allowable moment load Allowable inertia J5 3,6 Nm J6 2,6 J4 1,1 x 10^-1 J5 Kg.m^2 J6 Arm reachable radius (from J5 to center point) Tool wiring 3,6 1,1 x 10^-1 4,1 x 10^-2 mm 621 6 cables for check, four outputs for signal for pneumatic hand, one output signal for motorized hand, four spire wires. 149 Tool pneumatics pipes Protection specification Primary side Φ6x2, Secondary side Φ4x4 IP30 J1 to J3 - J4 to J6 - Cleanness Paint color Arm section: light gray, Base section: Dark gray Fuente: Manual Robot “Mitsubishi RV-2A/Melfa - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. Figura 9. Área de trabajo plano XY Figura 10. Área de trabajo eje Z Fuente: Manual Robot “Mitsubishi RV-2A/Melfa - Universidad De La Salle (Documentación) 2008. 150 ANEXO B. LIMITANTES DE DISEÑO 151 152 Anexo B.1. Modulo de Alimentación - Bandeja de transporte de materia prima 153 154 155 156 157 158 159 160 161 Anexo B.2. Canales de alimentación de materia prima – Torno 162 163 164 165 166 167 Anexo B.3. Canales de alimentación de materia prima – Fresadora 168 169 170 171 172 173 174 175 Anexo B.4. Modulo de manufactura flexible - Torno CNC “Emco PC Turn 120” 176 177 178 179 180 181 182 Anexo B.5. Modulo de visión artificial - Robot “Movemaster” 183 184 185 186 187 Anexo B.6. Modulo de visión artificial - Tablero de inspección 188 189 190 191 Anexo B.7. Diseño preliminar - Conjunto base 192 193 194 195 196 197 198 199 200 Anexo B.8. Diseño preliminar - Conjunto: Transmisión - Montaje: Avanzado 201 202 203 204 205 206 207 Anexo B.9. Diseño final - Conjunto: Transmisión – Montaje: Industrial 208 209 210 211 212 213 214
