INSTITÚTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

U.P.A.

Automatización de Pantógrafos de la ESIME-UA

DIRIGIDA POR: Ing. Israel Vázquez CiancaIng. Verónica Alonso Gil

PRESENTAN:Acosta Islas Diego Jaasiel

González García Andrés CristóbalRojas Chávez Ernesto

NECESIDAD

Contar con una herramienta adecuada para el mecanizado en la ESIME-UA, que apoye a los alumnos en sus proyectos educativos de maquinado.

Problemática

La institución cuenta con diversos laboratorios, los cuales a su vez, brindan la capacitación en la práctica básica de procesos industriales.

Puntos de la problemática:

• Falta de equipo en la institución.• Desperdicio de maquinaria. • Perdida de interés del alumnado.

Justificación

Brindar una opción para el mecanizado de piezas en la ESIME UA a los alumnos acorde a sus necesidades, minimizando así el tiempo de espera para el maquinado y considerando el costo que implica el mecanizado fuera de la institución.

Objetivo

Restablecer el funcionamiento del pantógrafo (mesa XYZ) de forma económica, sencilla y funcional para el mecanizado de materiales de baja resistencia para uso educativo contando con un manual técnico y de operación.

Objetivos particulares

• Establecer los fundamentos teóricos y prácticos requeridos para la resolución del problema.

• Analizar el pantógrafo en sus sistemas mecánico y eléctrico para conocer sus características de operación.

• Verificar las posibilidades de rediseño de los elementos necesarios involucrados en el funcionamiento del pantógrafo.

Objetivos particulares

•Diseñar, modelar y elaborar el controlador

del pantógrafo.

•Diseñar y elaborar el software e interfaz

del pantógrafo con la computadora.

•Diseñar y elaborar del sistema de

potencia del pantógrafo.

•Adaptar herramienta para el mecanizado.

Automatización actual

Acceso Febrero 2010, en http://www.sisatperu.com/Automatizacion.JPG

Acceso Febrero 2010, en http://tec.nologia.com/img/1/electro-earth.jpg

Automatización.

La palabra automatización viene del vocablo automática, según el diccionario de la Real Academia Española:

“La automática es la disciplina que trata de los métodos y procedimientos cuya finalidad es la sustitución del operador humano por un operador artificial en la ejecución de un tarea física o mental previamente programada”

La automatización requiere que se use el más nuevo y eficaz equipo para los procesos industriales, entre las herramientas que se pueden usar, tenemos:

Detección.

Informática.

Mecánica.

Maquinaria y equipo.

Logística .

Materiales.

El brazo del manipulador puede presentar cinco configuraciones clásicas: la cartesiana, la cilíndrica, la polar o esférica, la SCARA y de brazo de revolución

Fig. 1 Configuraciones

Configuración cartesiana.

•Tres articulaciones prismáticas.•Tres movimientos lineales.Movimientos con base en interpolaciones lineales.Usual en estructuras industriales. •La especificación de posición mediante coordenadas cartesianas. •No resulta adecuada para acceder a puntos situados en espacios relativamente cerradosFig. 2 Configuración

cartesiana

Volumen de Trabajo El volumen de trabajo de un robot se refiere únicamente al espacio dentro del cual puede desplazarse el extremo de su muñeca.

Fig. 3 Volumen de trabajo

Empresas Actuales

http://w1.siemens.com/entry/cc/en/

http://www.pyssa.com/es/

http://www.festo.com/INetDomino/r2/es-mx/company_portal_mx.htm www.robotik.es

Máquinas Actuales

El diseño y tecnología de fresadoras CNC ha tenido un gran avance desde los centros de máquinas controlando los ejes X Y Z, hasta el control de barras paralelas.

The Triac VMC

Tiene de tres ejes (X Y Z) fabricada por la compañía DENFORD, está diseñada para el entrenamiento de estudiantes por lo que es compacta y capaz de maquinar cera, plásticos, acrílico, cobre, aluminio y acero.

Características:

Mesa de trabajo de 11 x 6 pulgadas.

Recorrido en el eje X de 11 pulgadas (280 mm).

Recorrido en el eje Y de 6 pulgadas (150 mm).

Recorrido en el eje Z de 9.25 pulgadas (235 mm).

Velocidad de husillo (programable) 100 – 400 rpm.

Resolución 0.0002 pulgadas (0.0005 mm) Fig. 4 TRIAC VMC

(DENFORD, Product Cataloque International Edition)

PCNC 1100

Esta máquina está diseñada para el trabajo real ya que tiene la fuerza, poder y exactitud necesaria para cortar materiales duros, aluminios, polímeros y algunos aceros (limpios y titanio).

Características:

Mesa de trabajo de 34 x 9.5 pulgadas.

Recorrido en el eje X de 18 pulgadas.

Recorrido en el eje Y de 9.5 pulgadas.

Recorrido en el eje Z de 16.25 pulgadas.

Potencia en el husillo de 1.5 hp.

Velocidad del husillo de 300 – 4500 rpm.

Fig. 5 PCNC 1100 (http://www.tormach.com/Product_PCNC_

main.html)

CNC Baron milling machine

Para mover sus ejes utiliza motores paso a paso de alto torque, utiliza tornillos de bolas precargados para reducir el contragolpe y de esta manera depender de un control de lazo abierto haciendo de bajo costo.

Características:

Mesa de trabajo de 31.5 x 9.5 pulgadas.

Recorrido en el eje X de 21.5 pulgadas.

Recorrido en el eje Y de 7 pulgadas.

Recorrido en el eje Z de 5 pulgadas.

Potencia en el husillo de 2 hp.

Velocidad del husillo de 130 – 2000 rpm.

Fig .6 CNC Baron milling machine (http://www.cncmasters.com/cncbar

on.html)

Serie DMU monoblockR

Fig. 7 DMU monoclock (Máquinas de fresado universal CNC serie DMU

monoblockR)

Cuenta con ejes (de tres a cinco) para el maquinado de piezas de alta complejidad.

Tabla 1 Variedad de Husillos (Máquinas de fresado universal CNC serie DMU monoblockR)

Parallel Kinematic Machine (PKM)

El sistema de barras paralelas son fresadoras CNC tan poderosas, que son capaces de maquinar una pieza con una sola herramienta.

Fig. 8 Simulación de la herramienta de la PKM (Parallel Kinematic Machine Research

at NIST:Past, Present, and Future)

Análisis Funcional

RequerimientosREQUERIMIENTOS ECONÓMICOS (A)

REQUERIMIENTOS FUNCIONALES (B)

1.Bajo costo de rehabilitación.2.Sin desperdicio de material.

1.Sujeción del material 2.Modificar diseños de otros programas 3.Compatibilidad de diseños 4.Uso de sistema inglés o sistema métrico. 5.Tiempo de ejecución reducido 6.Comunicación con PC. 7.Que grafique el avance en porcentaje8.Que brinde una estimación del tiempo de ejecución9.Que muestre el tiempo que ha transcurrido10.Selección del tipo de herramienta11.software capaz de interpretar documentos con extensión .DWG

RequerimientosREQUERIMIENTOS ESPACIALES (C) REQUERIMIENTOS DE APARIENCIA (D)

1.No rebasar el espacio dispuesto2.Aprovechar el máximo espacio dentro de la base.

1.Interfaz amigable2.Diversidad de colores para marcar las profundidades 3.Interfaz gráfica de usuario. 4.Interacción amigable con el usuario. 5.Que grafique el avance de la pieza en la PC6.Que me diga que material es y el grosor que posee7.Vista previa de tu pieza final8.Que el programa sea en varios idiomas

RequerimientosREQUERIMIENTOS DE MANUFACTURABILIDAD E INSTALACIÓN (E)

REQUERIMIENTOS DE CONSERVACIÓN (F)

1.Arquitectura abierta 2.Fácil Instalación y conexión3.Flexibilidad4.Mínimo cambio estructural posible5.Refacciones fáciles de conseguir (nacionales) 6.Manual para los usuarios (estudiantes) 7.Herramientas intercambiables

1.Materiales duraderos

Requerimientos obligatorios y deseables.

Requerimientos obligatorios Requerimientos deseables

A1 Bajo costo de rehabilitación. B2 Modificar diseños de otros programas

A2 Sin desperdicio de material. B3 Compatibilidad con otros formatos B1 Sujeción del material B5 Tiempo de mecanizado reducidoB4 Uso de sistema inglés o sistema métrico

B7 Que grafique el avance en porcentaje

B6 Comunicación con PC B8 Que brinde una estimación del tiempo de mecanizado

B10 Selección del tipo de herramienta B9 Que muestre el tiempo que ha transcurrido

B11 Software capaz de interpretar documentos con extensión .DWG

C2 Aprovechar el máximo espacio dentro de la base

C1 No rebasar el espacio dispuesto D1Interfaz amigable

Tabla 1. Requerimientos obligatorios y deseables.

Requerimientos obligatorios y deseables.

Requerimientos obligatorios Requerimientos deseables

D3 Interfaz gráfica de usuario D2 Diversidad de colores para marcar las profundidades

D6 Que diga que material es y el grosor que posee D4 Interacción amigable con el usuario

E1 Arquitectura abierta D5 Que grafique el avance de la pieza en la PC

E2 Flexibilidad D6 Vista previa de tu pieza final

E3 Mínimo cambio estructural posible

D7 Que el programa sea en varios idiomas

E4 Refacciones fáciles de conseguir (nacionales)

E5 Herramientas intercambiables

E6 Manual para los usuarios (estudiantes)F1 Materiales duraderos

Tabla 1. Requerimientos obligatorios y deseables (Cont.)

Ponderación

B2 B3 B5 B7 B8 B9 C2 D1 D2 D4 D5 D6 D7 E5 Σ(+) %

B2 - - + + + - - + - + + + + 8 8.79%

B3 + + + + + + - + + + + + + 12 13.18%

B5 + - + + + - - + - - - + - 6 6.59%

B7 - - - + + - - + - - - + - 4 4.39%

B8 - - - - + - - + - - - + - 3 3.29%

B9 - - - - - - - - - - - + - 1 1.09%

C2 + - + + + + - + - + + + - 9 9.89%

D1 + + + + + + + + + + + + - 12 13.18%

D2 - - - - - + - - - - - + - 2 2.19%

D4 + - + + + + + - + + + + - 10 10.98%

D5 - - + + + + - - + - - + - 6 6.59%

D6 - - + + + + - - + - + + - 7 7.69%

D7 - - - - - - - - - - - - - 0 0%

E5 - - + + + + + + + + + + + 11 12.08%

Tot 91 100%Tabla 2. Comparación entre requerimientos.

Importancia

Orden REQUERIMIENTO DESEABLE ∑(+) %

1 B3. Compatibilidad con otros formatos 12 13.18%

2 D1. Interfaz amigable 12 13.18%

3 E5. Herramientas intercambiables 11 12.08%

4 D4. Interacción amigable con el usuario 10 10.98%

5 C2. Aprovechar el máximo espacio dentro de la base 9 9.89%

6 B2. Modificar diseños de otros programas 8 8.79%

7 D6. Vista previa de tu pieza final 7 7.69%

8 B5. Tiempo de mecanizado reducido 6 6.59%

9 D5. Que grafique el avance de la pieza en la PC 6 6.59%

10 B7. Que grafique el avance en porcentaje 4 4.39%

11 B8. Que brinde una estimación del tiempo de

mecanizado3 3.29%

12 D2 Diversidad de colores para marcar las

profundidades 2 2.19%

13 B9 Que muestre el tiempo que ha transcurrido 1 1.09%

14 D7. Que el programa sea en varios idiomas 0 0%Total 91 100%

Tabla 3 Orden de importancia de los requerimientos deseables.

Términos MensurablesRequerimientos del Cliente Requerimientos Técnicos

Tabla 4 Traducción de los requerimientos.

Bajo costo de rehabilitación. Elementos comerciales

Sin desperdicio de material. Mínimo desperdicio

Sujeción del material Tipo de sujeción

Modificar diseños de otros programas Edición de dibujo

Compatibilidad de diseños Compatibilidad

Uso de sistema inglés o sistema métrico. Sistemas de medición

Tiempo de ejecución reducido Mínimo tiempo de mecanizado

Que grafique el avance en porcentaje Grafica de porcentaje

Comunicación con PC. Interfaz industrial

Que brinde una estimación del tiempo de

ejecución

Estimación de tiempo

Que muestre el tiempo que ha transcurrido Tiempo Transcurrido

Selección del tipo de herramienta Tipo de herramienta adecuada

Software capaz de interpretar documentos

con extensión .DWG

Interpretar extensión .DWG

Tabla 4 Traducción de los requerimientos (Cont.)

Requerimientos del Cliente Requerimientos Técnicos

No rebasar el espacio dispuesto Máximo de área de trabajo 80 x 80 x 40 cm en la mesa.

Aprovechar el máximo espacio dentro de la base.

Área de trabajo 80 x 80

Interfaz amigable Interfaz comprensible

Diversidad de colores para marcar las profundidades

A cada profundidad un color asignado

Interfaz gráfica de usuario. Despliegue de ventanas

Interacción amigable con el usuario. Predicción y ayuda del programa

Que grafique el avance de la pieza en la PC

Grafica de estado de la pieza

Que me diga que material es y el grosor que posee

Detección del material y características

Vista previa de tu pieza final Vista previa

Que el programa sea en varios idiomas Selección de idioma

Requerimientos del Cliente Requerimientos Técnicos

Arquitectura abierta ModificableFácil instalación y conexión Portable

Flexibilidad

Mínimo cambio estructural posible Mínimas alteracionesRefacciones fáciles de conseguir (nacionales)

Refacciones nacionales

Manual para los usuarios (estudiantes) Manual técnico y de operación

Herramientas intercambiables

Materiales duraderos Resistencia al trabajoTabla 4 Traducción de los

requerimientos (Cont.)

Metas de diseño

CALIF. SIGNIFICADO5 Excelente relación

4 Mucha relación

3 Mediana relación

2 Poca relación

1 Mínima relación

0 Nada de relación