Sistemas Integrados de Manufactura Javier Impresion
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SISTEMAS INTEGRADOS DE MANUFACTURA CAPITULO I INTRODUCCIÓN A LA MANUFACTURA Conceptos básicos. Manufactura.- Consiste en un proceso de convertir la materia prima en productos pasando por todas las etapas de proceso usando las diferentes técnicas y métodos de producción. La manufactura tiene relación con todas las actividades y operaciones como son el diseño del producto, la selección de materiales, la planeación, producción, inspección, mercadeo etc. La palabra manufactura se deriva del latín MANUFACTUS que significa hecho con las manos. Sistemas de producción.- Se refiere a los procesos involucrados en la fabricación de un producto. Representa los medios, métodos y sistemas que implican la utilización de equipo y maquinaria. Procesos de manufactura.- Son actividades de bajo nivel o actividades primarias que se utilizan en la fabricación de productos como son el torneado, fresado, rectificado, taladrado etc., así como algunos avances de procesos no tradicionales como son los maquinados electroquímicos y el maquinado por electro descargas. Sistemas de manufactura.- Se describe como la organización productiva que coordina todos los elementos relacionados con los sistemas de producción directos e indirectos como son maquinaria, materiales, mano de obra, diseño, planeación, así como funciones de mercadotecnia, finanzas etc. Ingeniería de manufactura.- Se refiere a actividades relacionadas con el diseño y el control de los procesos de manufactura. Desarrollo histórico. Periodo Metales Proceso 4000-3000 AC 4000-3001 Piedra, oro, cobre, hierro, plata, estaño Forjado 1
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SISTEMAS INTEGRADOS DE MANUFACTURA
CAPITULO IINTRODUCCIÓN A LA MANUFACTURA
Conceptos básicos.
Manufactura.- Consiste en un proceso de convertir la materia prima en productos pasando por todas las etapas de proceso usando las diferentes técnicas y métodos de producción. La manufactura tiene relación con todas las actividades y operaciones como son el diseño del producto, la selección de materiales, la planeación, producción, inspección, mercadeo etc.
La palabra manufactura se deriva del latín MANUFACTUS que significa hecho con las manos.
Sistemas de producción.- Se refiere a los procesos involucrados en la fabricación de un producto. Representa los medios, métodos y sistemas que implican la utilización de equipo y maquinaria.
Procesos de manufactura.- Son actividades de bajo nivel o actividades primarias que se utilizan en la fabricación de productos como son el torneado, fresado, rectificado, taladrado etc., así como algunos avances de procesos no tradicionales como son los maquinados electroquímicos y el maquinado por electro descargas.
Sistemas de manufactura.- Se describe como la organización productiva que coordina todos los elementos relacionados con los sistemas de producción directos e indirectos como son maquinaria, materiales, mano de obra, diseño, planeación, así como funciones de mercadotecnia, finanzas etc.
Ingeniería de manufactura.- Se refiere a actividades relacionadas con el diseño y el control de los procesos de manufactura.
Desarrollo histórico.Periodo Metales Proceso
4000-3000 AC4000-3001
Piedra, oro, cobre, hierro, plata, estaño
Forjado
3000-2000 AC Bronce
2000-100 AC Hierro fundido, latón Estampado de monedas
1-1000 dc Zinc, acero Espadas, armaduras, monedas.
1500-1600 Acero para cañones Rolado
1700-1800 Acero maleable Extrusión, rolado
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1900-1920 Extrusión en caliente, rolado de tubos
1920-1940 Varillas de tungsteno
1950-1960 Cerámica para moldes, hierro
nodular, materiales semiconductores
Extrusión en frió, formado por explosión,
tratamientos térmicos
1960-1970 Electro formado
1970-1980 Formado a presión, formado láser etc.
Nanomateriales; nanotecnologíasProcesos de manufactura convencionales.
Fundición.
Es un proceso que consiste en formar objetos vertiendo líquido o material viscoso en un molde.La fundición este método más antiguo que existe y data de los cuatro mil a.c.. El 90% de las colgadas son en arena. Este proceso es adecuado para trabajar el hierro y el acero a su temperatura de fusión.Para los materiales no ferrosos como el aluminio, latón, bronce, magnesio se utiliza moldes permanentes.
Clasificación de la fundición.
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Formación plástica del metal en caliente.
Este procedimiento emplea la maleabilidad del metal. El trabajo caliente de los metales se efectúa arriba de la zona de recristalizacion. Para aceros esta zona está arriba de 500 a 700 grados centígrados. El plomo y el estaño tienen temperaturas de recristalizacion más bajos.
Clasificación del trabajo caliente.
* Forja.
* Laminado.
* Extrusión.
Conformado del metal en frío.Este procedimiento mejoras propias físicas de metales y produce mejores acabados. Consiste en trabajar el metal a temperatura ambiente aplicándole una fuerza que lo deforma permanentemente.
Clasificación del trabajo frío.* Punzonado.* Doblado.* Embutido.* Extrusión por impacto.* Hidroformado.* Rechazado.* Rolado.* Estirado. etc.
Maquinado.
Procedimiento mediante cual se le da forma al metal por medio del desprendimiento de viruta a través de acción mecánica.
Clasificación del maquinado.* Torneado.* Taladrado.* Mandrilado.* Fresado.* Rectificado.* Cepillado.* Brochado.* Rechazado.
Etc.Maquinados no convencionales.* Maquinado por descargas eléctricas (Electro erosionado.
* Rectificado electrolítico.* Maquinado por rayo láser.* Rectificado electrolítico.* Maquinado por arco plasma.Etc.
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TIPOS DE SISTEMAS DE MANUFACTURA
(O PRODUCCION)
Los sistemas de manufactura se clasifican en tres grandes grupos:
Producción continua (continuos production)
Producción en masa (mass production)
Producción en lotes (batch production)
Producción continua (continuos production)
El producto fluye en forma continua (producción a granel).
Ejemplos típicos: Productos petroquímicos, cemento, fertilizantes, cerveza, etc.)
Fácil de automatizar, por lo tanto tiene un alto nivel de automatización.
Control de calidad en-línea (se toman mediciones durante el proceso, mediante sensores,
medidores de presión, temperatura, flujo, etc.)
Monitoreo directo de las operacIones.
Requiere poca mano de obra.
Requiere personal capacitado.
Producción en masa (mass production)
Manufactura repetitiva del mismo o de artículos similares en grandes cantidades y a altas
velocidades de producción (artículos discretos).
Ejemplos: automóviles, televisiones, refrigeradores, componentes electrónicos, etc.
Requiere máquinas y herramientas especiales.
Requiere mano de obra con bajo nivel de capacitación (los trabajadores siempre están haciendo
la misma operación).
Relativamente simple de automatizar.
Requiere distribución de planta en línea (line layout).
Producción en lotes (batch production).
Manufactura de diferentes productos discretos en lotes.
Los productos requieren diferentes secuencias a través del equipo de producción.
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Generalmente asociado con la distribución de planta funcional.
Planeación y control de la producción complejos.
Grandes cantidades de trabajo en proceso.
Tiempos de producción largos.
Difícil de automatizar.
ORGANIZACION DE LOS SISTEMAS DE MANUFACTURA
Para lograr los objetivos de producción, se requiere organizar el equipo de producción de diferentes maneras (distribución de planta):
Distribución funcional ó de proceso (functional layout).
Distribución en línea (line layout).
Distribución en células (cellular layout).
Distribución funcional (functional layout)
a) Distribución más comúnmente utilizada.
b) Planta es organizada en secciones agrupando maquinaria por tipo (sección de tornos, etc.).
c) Emplea maquinaria de uso general.
d) Generalmente utilizada para producción en lotes.
Ventajas: Es la distribución más flexible. Las secuencias de trabajo y las prioridades pueden cambiarse
fácilmente.
Capacidad de producción de una amplia variedad de productos.
Capacidad de producción de un rango amplio de volúmenes.
Descompostura de una máquina no interrumpe la producción.
Desventajas: Grandes volúmenes de trabajo en proceso.
Tiempos totales de producción largos (velocidad de producción baja).
Manejo de material excesivo.
Secuencias de flujo muy complejas.
Control de proDucción muy complicado.
Distribución en linea (line layout)
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1) 1914, Henry Ford construye el Modelo T utilizando principios de distribución en línea.
2) El equipo o maquinaria es localizado de acuerdo a la secuencia de operaciones (las partes
fluyen de una máquina a la siguiente).
3) Cada parte o componente pasa de una estación de trabajo a la siguiente sin esperar las
otras partes que forman el lote.
4) Requiere máquinas y equipo para manejo de materiales especiales.
5) Requiere grandes cantidades de componentes con la misma secuencia de producción.
6) Adecuada para la producción en masa.
7) Altos niveles de automatización.
8) Las líneas deben ser balanceadas para asegurar tiempos de procesamiento iguales en todas
las estaciones de trabajo.
9) Generalmente cada línea es utilizada para la producción de familias de partes.
Ventajas: Capacidad de altos volúmenes de producción.
Tiempos totales de proceso cortos.
Bajos niveles de trabajo en proceso (WIP).
Control de producción simplificado.
Altos niveles de utilización del equipo y maquinaria.
Desventajas: Inflexible
Incapacidad de producir una variedad de componentes diferentes. Producción en lotes
predomina (> 75 % de la producción mundial).
Requiere de una inversión inicial alta.
Factores sociales: Repetición constante de la misma operación causa aburrimiento y frustración,
por tanto baja motivación.
Distribución en células (cellular layout)
a) Planta está dividida en grupos o células de máquinas de diferente tipo
b) Cada célula consiste de:
Máquinas de diferente tipo.
Herramientas y herramental.
Grupo de operadores.
c) Cada célula está dedicada al procesamiento de una familia de partes similares (idealmente,
una parte debe ser completamente procesado dentro de la célula).
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d) Se requiere formar familias de partes.
e) Permite el procesado de diferentes partes (siempre y cuando pertenezcan a la misma familia)
en tamaños de lote pequeños ó medianos.
f) Comparado con la distribución funcional, la distribución en células ofrece las siguientes
ventajas:
Tiempos de producción más cortos.
Reducción de trAbajo en proceso (WIP).
Menor manejo de material.
Mejor calidad, debido a:
El componente es producido completamente dentro de la célula (menos personal
involucrado).
Mayor involucramiento del operador.
Mayor satisfacción en el trabajo.
Control de producción simplificado.
Desventajas: Baja utilización del equipo (60-70 %).
Menos flexible que la distribución funcional.
Únicamente más flexible que la distribución en línea.
Costo de implementación.
Requiere personal altamente capacitado.
Avances tecnológicos CN, FMS, CAD, CAM, IA, CIM, GT, PLC, MRP, CAPP, NANOTECNOLOGIAS, etc.
Automatización.
Es todo proceso en el cual se tienen una secuencia predeterminada de operaciones, en donde la participación humana resulta mínima usando equipos especializados y dispositivos que controlan las operaciones de manufactura.
“Es una tecnología relacionada con la aplicación de sistemas mecánicos, electrónicos y computacionales para operar y controlar la producción”
[Groover]
“The major key to improving productivity in manufacturing lies in the judicious automation of design and manufacturing processes, to ensure
reduced design-to-prototype lead timesfewer problems with engineering change implementations
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flexible manufacturing capabilitiesmaximum production ratesreduced production costs”
[Henderson, et. al., ]
La automatización cuenta con sistemas que realizan la manipulación de materiales en forma automática o semiautomática, en donde existe carga y descarga de máquinas, además cuenta con ciclos de control automático incluyendo el uso de dispositivos mecánicos, máquinas herramientas numéricas y uso de computadoras.
La automatización utiliza aplicaciones de mecánica y electrónica, en donde la base del control son las computadoras.
Esta tecnología incluye:
Máquinas herramientas automáticas. Máquinas automáticas ensamble. Robots industriales. Sistemas automáticos de carga y descarga de materias primas y productos terminados. Sistemas automáticos de inspección y control de calidad. Sistemas de8control retroalimentados y control computarizado de procesos. Sistemas computarizados para planeación, adquisición de datos y toma de decisiones.
Clasificación de la automatización.
Los sistemas automatizado se clasifica en tres tipos:
* Automatización fija. * Automatización programable. * Automatización flexible.
Automatización fija
Secuencia de operaciones es fija.
Inversión inicial alta en equipo especializado.
Altas velocidades de producción.
Poca o nula flexibilidad para adaptarse a cambios en el producto.
Se justifica únicamente para productos con una demanda muy alta.
Ejemplos: líneas de ensamble automatizadas.
Automatización programable
Capacidad de cambiar secuencia de operaciones para adaptarse a diferentes
configuraciones del producto (flexible).
Secuencia de operaciones controlada por un programa (serie de instrucciones).8
Volúmenes de producción medios y bajos
Tiempos de preparación largos
Ejemplos: Máquinas CNC y robots
Automatización flexible
Extensión de automatización programable
Capacidad de producir productos diferentes prácticamente sin pérdida de tiempo durante el
cambio.
Flexibilidad para adaptarse a variaciones en la configuración del producto
Tasas de producción media
Principales diferencias entre automatización programable y automatización flexible
La automatización flexible tiene la capacidad de Cambiar los programas de procesamiento para cada producto
Cambiar la preparación física (physical setup) sin pérdida de tiempo de producción.
RAZONES PARA AUTOMATIZAR
Incremento en productividad.
Altos costos de mano de obra.
Escasez de mano de obra calificada.
Seguridad.
Mayor eficiencia en el uso de la materia prima (menor desperdicio).
Mejora en la calidad del producto.
Reducir el tiempo de entrega.
Reducción de inventarios en proceso.
Ventajas intangibles: mayores ventas, mejor imagen, mejores relaciones laborales, etc.
PROS Y CONTRAS DE LA AUTOMATIZACIÓN
Desventajas:
Reemplazo de hombre por máquinas. Degradación del trabajo en taller (carga y descarga de partes, cAmbio de herramientas, eliminación de virutas, etc.).
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Reducción de fuerza de trabajo y desempleo a corto plazo. Inversiones muy altas. Mayor capacitación.
Ventajas:
Jornadas de trabajo menores. Mejores condiciones de trabajo. Precios más bajos y mejores productos. Personal mejor capacitado en las nuevas tecnologías. Creación de fuentes alternas de trabajo como programadores, ingenieros de sistemas, etc.
Diseño de actividades para los sistemas de manufactura.
El diseño de un producto representa las primeras etapas dentro de las actividades de manufactura. Un diseño ideal mejora otras funciones y operaciones durante el proceso como son la planeación, el maquinado y el ensamble.
Algunas de las principales actividades que se identifican durante la etapa de diseño son:
- Conceptualizacion del diseño e identificación de funciones necesidades.
- Representaciones analítica y graficas del modelo.
- Selección de materiales.
- Eficientar el diseño.
- Tolerancias y dimensiones.
Planeación y control de actividades
- Planeación de requerimientos de materiales.- Planeación de la capacidad de la planta.- Dispositivos para la manipulación de materiales. - Control de inventarios. - Manejo de herramientas. - Control de calidad. - Manejo y flujo de información- Etc.
Unidad IITECNOLOGÍA DE GRUPOS
Desarrollo histórico.
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Los inicios de la tecnología de grupos datan de 1925 en los EEUU, donde R. Flanders presento ante la sociedad de Ing. Mecánicos un documento donde describe una manera de organizar la manufactura dentro de una empresa.
Después Sokolovskiy en 1937, describió las características esenciales de la tecnología de grupos y propuso que las partes de configuración similar se produjeran mediante una secuencia de proceso estándar permitiendo que se emplearan técnicas de líneas de flujo para un trabajo normalmente realizado mediante la fabricación por lotes.
Doce años más tarde (1949), suizo llamado A, Korling presentó un documento en París acerca de
la producción en grupo, cuyos Principios de son una adaptación de las técnicas de líneas de
producción para manufactura en lotes. Este documento describía como el trabajo se
descentralizaba en grupos independientes cada uno conteniendo las máquinas y herramientas
para producir una categoría especial de partes.
Nueve años más tarde (1958) el investigador S. Mitrofanov, publica un libro titulado “Principios Científicos de la Tecnología de Grupos” este libro es responsables que más de 800 plantas en la ex unión soviética implantaran la tecnología de grupo desde 1965.
En Alemania H.Opitz, estudió las partes de trabajo de manufactura para la industria de máquina herramientas y desarrolló el sistema de clasificación y codificación de partes que llevan su nombre.
Sin embargo, a pesar de los inicios de la concepción de la tecnología de grupos la primera aplicación de esta en los Estados Unidos fue en 1969 en la Langston División de Harris-Intertype. Era un taller de maquinado tradicional, ordenado con una distribución tipo proceso que se reorganizó en líneas de familias de partes, cada una de las cuales se especializaba en una configuración de partes determinada. Se identificaron familias, se tomaron fotos de casi del 15% de las partes producidas en la planta y se agruparon en familias. Después de los cambios se mejoró la productividad de en un 50% y se redujeron los tiempos de producción de semanas a días.
A pesar de los avances en las máquinas herramientas automáticas, las nuevas tecnologías en la
remoción de metales, así como los modernos métodos de manufactura, los tiempos muertos
durante la manufactura de piezas son muy altos. Se estiman que un 95% del tiempo total, son
tiempos de traslados y espera y solo el 5% es tiempo efectivo de maquinado, de este el 30% se
dedica al corte de metal y el 70% se usa para posicionamiento y preparación de la máquina.
Tecnología de Grupos
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Se puede definir como una filosofía o un concepto de fabricación el cual implica un agrupamiento de diversas tecnologías para lograr un re ordenamientO físico de un proceso de fabricación en racimos de maquinas similares, para procesos de fabricación similares.
Implica además:
Incremento en la productividad.
Disminución de movimiento de piezas.
Disminución en los tiempos de espera.
Disciplina, control y estabilidad de diseños a través de la normalización de caracteres distintivos y atributos en el diseño de las piezas dentro de las familias.
Las agrupaciones se pueden realizar a través de:
1. - Características de diseño o características distintivas.
2. - Por proceso de fabricación.
Fig. 1 Familias de partes con características de diseño.
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Fig. 2 Identificación de familias de partes por su proceso de fabricación
En general G.T. identifica y explora la igualdad y similitud de partes y procesos de operación en el diseño y la fabricación.
Con esta técnica se logran reducciones significativas en los costos a través de:
Racionalización más efectiva de diseños. Extracción selectiva de datos. Menores inventarios y compras. Mejor calidad en la producción y planificación de procesos. Disminución en tiempo real de la producción. Reducción en los tiempos de programación.
Una familia de partes se puede definir como:
Un grupo de partes relacionadas que tiene cierta igualdad y similitud. Pueden tener formas geométricas similares o compartir requisitos similares de procesamiento. Estas pueden ser distintas en cuanto a forma, pero será posible agruparlas en una familia de partes debido a una operación en común.Se considera que las partes son similares respecto a las operaciones de producción, cuando se usan las mismas maquinas, los mismos procesos, la misma secuencia, tipo y requerImiento de herramientas.
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Fig. 3 Una familia de partes
Fig. 4 Diagramas de distribución por proceso (a) y por tecnología celular (b).Métodos básicos para formar familias de partes.
1. - Visual y Manual.
2. - Análisis de Flujos de Producción.
3. - Sistemas de Clasificación y Codificación.
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Inspeccion Visuales.
Se relaciona con observaciones físicas o fotográficas para formar e integrar familias de partes. La clasificación de partes en familias se hace por inspección visual.
El método más barato, pero el menos preciso
Depende en gran medida de la experiencia del clasificador
Este método se utilizó en los inicios de GT
Sistemas de Análisis de flujos de producción (PFA).
Analiza la secuencia de operaciones y la trayectoria de las partes en cada una de las operaciones de maquinado de la planta. Las partes con operaciones o rutas en común se agrupan e identifican como una familia de partes, y las maquinas se agrupan para producir celdas de trabajo.
Análisis de flujo de producción (PFA)
* Clasificación se basa en la información contenida en las hojas de ruta en lugar de los
dibujos.
* Las piezas que tienen rutas iguales o similares son clasificadas en la misma familia.
Sistemas de Clasificación y Codificación
En estos sistemas se desarrolla un numero de código multidígito para cada pieza en función de
sus características de diseño y fabricación. Este incluye información sobre:
Definición de formas y dimensiones. Acabados y tolerancias. Estado de la materia prima, entre otros.
Caracteristicas
Las partes se identifican por medio de códigos numéricos.
Cada dígito que integra el código identifica una característica de diseño y/o manufactura.
La familia se conforma con partes que tienen códigos similares.
Es el método más complicado y tardado
Es el método más comúnmente utilizado actualmente.
En general un sistema de clasificación y codificación se basa en:
* Agrupación por caracteRísticas de diseño.
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* Agrupación por características de fabricación.
* Agrupación por características de ambos sistemas.
Las características de diseño y manufactura que típicamente se consideran para la clasificación
son:
Características de diseño
Forma externa básica
Forma interna básica
Relación Longitud/Diámetro
Material
Dimensiones mayores
Dimensiones menores
Tolerancias
Acabado superficial
Características de manufactura
Proceso principal
Operaciones menores
Relación Longitud/Diámetro
Acabado superficial
Secuencia de operaciones
Tiempo de producción
Tolerancias
Herramental requerido
Herramientas
El código de la pieza consiste en una secuencia de dígitos ligados que identifican los atributos de la pieza. y estos pueden tener las siguientes estructuras:
1. - Estructura jerárquica o monocodigo.- Implica que cada símbolo subsecuente dependen de los valores de los símbolos predecesores.
2. - Estructura tipo cadena o poli código.- La implementación de cada símbolo no depende del símbolo predecesor.
3. - Híbrido o mixto.
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El número de dígitos requerido puede variar entre 6 y 30. Cuando se incluyen únicamente
características de diseño se utilizan aproximadamente 12 dígitos o menos.
La mayoría de los sistemas modernos de clasificación y codificación incluyen características de
diseño y manufactura, por lo tanto requieren entre 20 y 30 dígitos.
Los sistemas de clasificación y codificación más comunes en la actualidad son:
Sistema Opitz.
Sistema Miclass.
Sistema de Código.
Sistema GTTC.
Sistema KK-3.
Sistema Dclass.
OPITZ
Uno de los primeros sistemas de codificación desarrollados.
Código básico de 9 dígitos
Estructura híbrida
Incluye información de diseño y manufactura
Para componentes maquinados
MULTICLASS
Código hasta 30 dígitos, de los cuales 18 son estandarizados y oBligatorios.
Puede ser usado para diferentes tipos de productos: maquinados, de lámina, electrónicos,
de compra, ensambles, subensambles, máquinas y herramientas.
Estructura jerárquica
MICLASS
Hasta 30 dígitos, de los cuales 12 son estandarizados. El resto es opcional.
Sección estandarizada tiene una estructura híbrida.
Básicamente para componentes maquinados
Interactivo
Uno de los sistemas más comunes en los EUA
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KK-3
Sistema de 21 dígitos (incluye mayor información)
Estructura híbrida
Para componentes maquinados
Sistema OPITZ.
Fue desarrollado por H. Opitz en la universidad de Aachen Alemania.
El sistema consiste en 9 dígitos básicos con 4 adicionales.
12345 6789 ABCD
Los primeros 9 indican datos de diseño y manufactura. en donde:
* Los primeros 5 son llamados "códigos de forma" y describen los atributos primarios del diseño.
* Los otros 4 constituyen el "código suplementario" indican atributos de manufactura como son: Dimensiones, material de trabajo, formas y exactitud etc.
* Los cuatro dígitos restantes se refieren al "código secundario", y contienen información sobre las operaciones de fabricación y secuencia.
Sistema MULTICLASS
Este sistema fue estandarizado por el Instituto de Sistemas de Clasificación del Metal y fue desarrollado por la TNO.( Organización de los Países Bajos para la Investigación de Aplicaciones Científicas). Este sistema fue creado para estandarizar algunas funciones del diseño y fabricación, e incluyen:
Estandarización de dibujos en Ingeniería.
Recuperación de dibujos en función de un numero de clasificación.
Estandarización de rutas de procesos.
Planificación en la automatización de procesos.
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Selección de partes a procesar en función de los procesos de maquinado.
Análisis de inversión de maquinas herramientas entre otras.
Una de sus características es que se puede usar a través de un paquete computacional el cual proporciona una operación muy interactiva, en donde el usuario responde a una serie de preguntas las cuales dependen de lA complejidad de la pieza.
Este sistema se compone de dos secciones principales:
La primera la integran de 12 a 30 dígitos que se utilizan para clasificar características de manufactura e ingeniería de las partes como son, materiales, tolerancias, dimensiones etc.
Los primeros 4 dígitos de esta sección se utilizan para representan las formas generales o principales de los elementos así como su posición.
Los siguientes cuatro proporcionan la información dimensional.
Los dígitos 9 y 1 0 contiene información sobre tolerancias.
Los dígitos 11 y 12 Contienen información sobre maquinabilidad y característica de los metales.
La segunda sección de este sistema representa el código adicional y puede tener hasta 18 caracteres, en donde se especifican necesidades particulares de la compañía como son tamaños de lotes, costos y productividad.
SISTEMA DE CLASIFICACION KK-3
Desarrollado en Japón, presentado por primera vez en 1976.
Sistema de clasificación de uso general de 21 dígitos, para componentes maquinados.
Utiliza dos dígitos para identificar el nombre del componente (nombre funcional).
El 1er dígito clasifica la función general (engrane, flecha, sujetador, etc.).
El 2º dígito describe funciones más detalladas (si es un engrane: recto, cónico,
helicoidal,etc.).
Utiliza dos dígitos para clasificar el material.
El 1er. dígito indica el tipo de material
El 2º dígito indica la forma de la materia prima.
Para indicar detalles de forma y de proceso se utilizan alrededor de 13 dígitos.
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SISTEMA MICLASS
MICLASS (Metal Institute Classification System). Desarrollado en Holanda.
Uno de los sistemas más comunes en EUA. Varios programas de aplicación se han desarrollado
basándose en este sistema: MULTIPLAN, MULTICAP.
Consiste de dos secciones:
Primera sección: Universal y obligatorio. Estructura híbrida de 12 dígitos. Incluye
información tanto de diseño como de manufactura.
Segunda sección: Opcional. Hasta 18 dígitos. Incluye información particular del usuario.
Información incluída en la 1ª sección (código oblIgatorio):
Forma principal (rotaciones, prismática, etc)
Elementos de forma (agujeros, ranuras, etc.)
Posición de los elementos de forma
Dimensiones principales
Relación de dimensiones
Dimensiones auxiliares
Tolerancias
Material (índice de maquinabilidad)
Información incluída en la 2ª sección (opcional).
Información particular del usuario tal como:
Costos
Tamaño de lote
Función de la parte
Etc.
ANALISIS DE FLUJO DE PRODUCCION.
(Production Flow Analysis, PFA)
Es un método para formar familias de partes. Simultáneamente se identifican las máquinas
requeridas para el procesado de cada familia.
PFA considera la secuencia de proceso de las partes.
PFA agrupa las partes con rutas similares o idénticas.
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PROCEDIMIENTO.
Todas las máquinas o estaciones de trabajo en la planta son identificadas con un número.
Se construye una gráfica PFA (partes vs máquinas)
En ésta gráfica se marcan las máquinas requeridas para el procesamiento de cada componente.
Análisis de la gráfica PFA.
Identificación de partes con secuencias de proceso similares.
Agrupamiento de las partes con secuencias idénticas o similares. Se reordena la gráfica.
La gráfica PFA también es conocida como matriz de incidencia.
Los elementos de la matriz se denotan por Mij
i representa estaciones de trabajo
j representa componentes
Los valores para Mij son:
Mij = 1 si al componente j le corresponde la estación de trabajo i
Mij = 0 si al componente j no le corresponde la estación de trabajo i
CASOS ESPECIALES
Siempre habrá algunos componentes que no se pueden incluir en ninguna familia. En estos
casos:
Se revisa su secuencia de proceso tratando de desarrollar una nueva secuencia que permita
incluirla en alguna de las familias.
Si no es posible, estos componentes se procesan en una sección de la planta con
distribución funcional.
Algunas partes no se pueden manufacturar completamente dentro de una célula o FMS.
El proceso que no se puede realizar se lleva a cabo fuera de la célula o FMS.
Algunos procesos que se pueden dejar fuera de la célula o FMS, son Procesos que se
realizan al final (inspección, ensamble, empaque, etc.)
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DESVENTAJAS O LIMITACIONES DEL PFA.
La información utilizada en el análisis es tomada de las hojas de ruta.
Las secuencias de proceso en las hojas de ruta son preparadas por diferentes planeadores
de proceso y por lo tanto son diferentes (dependen de la experiencia del planeador)
Las rutas pueden ser no óptimas, ilógicas ó innecesarias.
Por tanto la formación de familias se base en información que no es óptima.
VENTAJAS:
Requiere menos tiempo que un procedimiento de clasificación y codificación.
ALGORITMO DE KING
Paso 1: Calcular el peso total para cada columna
Wj = 2i Mij
Paso 2: Ordenar las columnas en orden ascendente de Wj
Paso 3: Calcular el peso total para cada renglón
Wi = 2j Mij
Paso 4: Ordenar las filas en orden ascendente de Wi
Algunos de los problemas que impiden una aplicación generalizada de GT son:-Problemas con la identificación y formación de familias de partes cuando se tienen una gran variedad de estas. - El gasto inicial.- El reacomodo de maquinaria y equipos.- Las resistencias al cambio.Desventajas.
- Requiere de un sistema de clasificación y codificación.- Si no existe una buena comunicación entre diseño y la manufactura, la implementación de un sistema de clasificación y codificación no será exitosa.- Altos costos por reacomodos de máquinas.- Sin un apoyo fuerte de la alta dirección la implementación de GT será difícil.Beneficios.
- Diseño de productos.- Montaje y uso de herramientas- Manipulación de materiales.- Control de inventarios.- Plantación de procesos.
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En general se considera que los beneficios se extienden a las áreas de diseño, manufactura y administración.
Con la implementación de GT se consideran ahorros en: - Un 50% en el diseño de nuevas partes.- Un 10% en nuevos dibujos.- Un 20% en espacio de piso.- Un 40% en stock de materias primas.- Un 60% en inventarios de productos en proceso.- Un 70% en los tiempos muertos.
Ventajas.
- Recuperación eficiente de parteS similares.- Desarrollo de una base datos.- Estandarización de diseños.- Evita la duplicación de diseño.- Formación de familias de partes.- Desarrollo y uso de sistema de planeación de procesos auxiliado por computadora.- Recuperación de planes de procesos para familia de partes.
- Desarrollo de rutas estándares.- Desarrollo de celdas de maquinado.
Unidad IIIControl Numérico
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Definiciones1
* Es un dispositivo que se utiliza para controlar una máquina o un proceso mediante números
* Es todo dispositivo normalmente electrónico capaz de dirigir posicionamiento de uno o varios órganos móviles, de forma que las ordenara relativas a sus desplazamientos son elaboradas en forma totalmente automática a partir de información numéricas y simbólicas definidas por medio de un programa.
Perspectiva históricaEl desarrollo de CN debe su vida a la fuerza aérea de EE.UU. y a la primera industria de espacio aéreo.
El primer trabajo desarrollado en el área de CN es atribuido a John Parson y a un asociado llamado Frank Stalen por compañía Parson en la ciudad de Traverse Michigan.Parsons fue al contratista de la fuerza aérea en 1948.
El concepto original de CN involucra el uso de coordinación opcional de procesado, contenido en cartas perforadas para definir las curvas superficiales del aspa del helicóptero.
Después de desarrollo el trabajo por Parsons y sus colegas, la idea fue presentada a la Wringtt – Patterson de la base de la fuerza aérea en 1948.
El contrato inicial de la fuerza aérea fue adjudicado a Parson en Junio de 1949 y subsecuentemente su contrato fue adjudicado a los laboratorios de servomecanismos en el Instituto Tecnológico de Massachussets, hecho para desarrollar el prototipo de CN para maquinas herramientas.
La primera maquina herramienta fue desarrollado con accesorios, un fresado convencional con CN rudimentario. El prototipo siguiente realizado simultáneamente utilizando el control de tres indicadores de corte usando, el agujerado de cinta binaria.
La maquina fue presentada A MIT en Marzo de 1952. En esta iniciaron su propio desarrollo de proyectos desarrollando comercial de productos de CN. Además, ciertas compañías en la industria del espacio aéreo empezaron a utilizar maquinas de CN para satisfacer necesidades de producción.
La fuerza aérea continuo con animo con el CN desarrollado por el reporte adicional patrocinado al MIT para diseñar una parte del lenguaje programado que pudiera ser usado, controlando el CN de las maquinas herramientas. Este reporte resulta en el desarrollo del lenguaje ATP programado automático de herramientas.
El objetivo del reporte ATP fue para promover a medios por el cual la parte programable pudiera comunicar al maquinado instrucciones a la maquina herramienta en ingles simple.
A pesar de que el lenguaje ATP era criticado, puesto que era muy lago para muchas de las computadoras del tiempo; sin embargo se sitúa como el mayor logro en automatización programable.
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El lenguaje es usado mucho en la industria ahora y mucho de los más recientes lenguajes programables están basados con conceptos de ATP.
Las aplicaciones del CN abarcan dos grandes grupos.
* Control de máquinas herramientas.* Aplicaciones en operaciones de montaje ensamble, diseño, inspección etc.
Componentes básicos. 1. - Programa de instrucciones.2. - Unidad de control3. - Equipo de procesamiento.
Program
Machine Processing Control equipment Unit
La recolección general entre los 3 componentes se ilustra en la Fig.
Programa de instrucciones.Esta representado por un listado detallado de instrucciones en donde se indican paso a paso
cada una de las órdenes las cuales se traduce en desplazamientos para la máquina en función del diseño de la pieza que se pretende fabricar.
Inicialmente este programa es codificado en tarjetas perforadas, posteriormente se utilizaron cintas continuas así como cintas magnéticas en diversos formatos. En la actualidad se usan disquetes y unidades de almacenaMiento fijo y temporal.
Unidad de control.Esta integrado por todo el equipo electrónico y el hardware necesario, de tal manera que esta unidad tiene como función principal, leer, analizar y traducir la información en un lenguaje de máquina a partir del programa de instrucciones recibido.
Equipo de procesamiento.Esta integrado por la parte física de ejecución representada por la máquina herramienta y
tiene como función el ejecutar el lenguaje de máquina que se generó a partir del programa de instrucciones el cual se traduce en movimientos específicos en los componentes de la máquina
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hasta generar la pieza deseada tal y cómo fue concedida en el diseño.
Características del control numérico. Sistema de coordenadas cartesianas. Puntos de referencia (ceros fijos y flotantes) Sistemas de posicionamiento (absoluto, incremental, mixto)
Clasificación en función de control de movimientos.El sistema de control numérico posee medios para controlar movimientos relativos de la herramienta con respecto a la pieza trabajo estos tipos de control de movimientos se clasifican en:
1. - Control punto a punto.2. - Control punto a punto y paraaxial o de trayectorias continuas.3. - De contorneo.
Control punto a punto o sistema posicionador
El control numérico sólo mueve las herramientas a una posición predefinida; no tiene control sobre la velocidad o sendero de la herramienta. Normalmente el accionamiento punto a punto puede realizarse en forma secuencial, donde la máquina desplaza la herramienta de una posición a otra no importando el trayecto que realice, (fig. 1 a). Regularmente este tipo de movimiento lo realiza a su máxima velocidad.
El accionamiento punto a punto puede realizarse en forma simultánea; es decir, accionar ambos ejes al mismo tiempo logrando un desplazamiento a 45o para luego seguir con uno de los ejes activos hasta alcanzar el punto deseado, (fig. 1 b).
Control de trayectorias continúas.o punto a punto y paraxial
Este sistema se utiliza cuando se requiere realizar trabajos sobre trayeCtorias rectas perfectas que requieren precisión. En la figura 2 se muestra una pieza a la cual se le requiere realizar un maquinado de una de sus caras. el recorrido que realizará del punto 0 al punto 1 será un movimiento rápido, utilizando el sistema punto a punto se logrará tal efecto. El movimiento del punto 1 al punto 2 requiere más precisión en posicionamiento y control de velocidad, para este caso se debe utilizar el sistema paraxial, y el equipo que realiza este trabajo recibe el nombre de equipos de punto a punto y paraxial.
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Control de contorneo.Este sistema es el más complejo y caro de que permite movimiento de control punto a punto y trayectorias continuas, además de un sistema de control de retroceso. Por este método la trayectoria de corte es controlada continuamente hasta generar la pieza de trabajo deseada, por lo tanto a través de este sistema se pueden controlar más de 3 ejes de movimiento simultáneo en la máquina, lo que permite generar cortes con cualquier orientación que puede ser circular, cónica, parabólica o cualquier otra forma, en otras palabras con este método se pueden generar cualquier curva en el espacio.
Clasificación en función del control.Los datos leídos por el control a través de lo indicado en el programa definen a la máquina la posición de sus carros. Cada uno de sus ejes están equipados con dispositivos actuadores, como los son servomotores, motores paso a paso, actuadores hidráulicos, los cuales se conectan a los ejes de la máquina a través de tornillos de avance lo que produce un movimiento lineal al accionar los actuadores.
El sistema posicionador se puede clasificar en:
* Sistemas de lazo abierto.* Sistemas de lazo cerrado.
En donde la diferencia principal entre ambos sistemas está en la presencia o ausencia de retroalimentación con la cual se puede verificar la posición del eje de la máquina.
Sistema de lazo abierto.Este sistema no utiliza señal de retroalimentación para indicar la posición de los ejes en la unidad de control. Los motores paso a pasO son controlados a través de un generador de pulsos eléctricos. Por cada pulso enviado el motor gira una fracción de revolución. Este método se utiliza en aplicaciones donde la carga es pequeña.
Sistema de lazo cerrado.Este sistema permite conocer la posición de los ejes de la máquina en todo momento, debido a que cuentan con un sistema de retroalimentación (feedback) a través de señales enviadas por dispositivo Sensores montados al final de los límites de carrera de estos ejes. Los Sensores utilizados en estos sistemas son de tipo óptico.
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Medidas de rendimiento de una máquina CN.
Resolución de control.Representa el incremento de movimiento más pequeño que puede ejecutarse en cada uno de los ejes de la máquina.
Precisión.Representa la capacidad que tiene sistema de control para posicionar sus carros en un lugar deseado previamente definido en que coordenadas numéricas.
Repetitividad.Es la habilidad que tiene sistema de control para regresar a una posición dada la cual fue previamente programada en el controlador.
Métodos de impulsiónEn los movimientos primarios por el control del movimiento de las partes de una máquina se configuran en función de las diversas aplicaciones. Los métodos generales utilizados son:
* Hidráulicos.* Eléctricos (motores paso a paso y servo motores de cc y cd)
Sistema de control unitario.Una de las funciones del equipo de control consiste en leer y ejecutar programas de CN en los equipos de procesamiento.
Lector de cintas.La cinta lectora es un dispositivo electro mecánico la cual lee un formato de cinta perforadas en donde se tienen codificadas el programa de instrucciones. Los formatos de la cinta están integrados por 8 guías paralelas con hoyos a lo largo. La presencia o ausencia de los hoyos representa cierta información.Los métodos de lectura de la cinta lectora incluyen:
* Celdas fotoeléctricas. * Dedos de contacto eléctrico.* Métodos de vacío.
Métodos generales de programación.
Programación manual de partesLas instrucciones son documentadas en una28forma llamada programa de partes el cual consiste en un listado de posiciones de la herramienta relativa a la pieza de trabajo. Esta lista incluye otras instrucciones como son velocidad, avance, herramientas etc.
Programación de partes asistida por computadora.Este método su utiliza una computadora como dispositivo auxiliar para la programación de la parte
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así como un lenguaje de programación. Este método tiene sus ventajas con respecto al método anterior sobre todo cuando se trabajan piezas complejas.
Introducción manual de datos.Es un procedimiento en el cual el programa de partes es introducido directamente en el control de la máquina lo que los permite la eliminación de dispositivos auxiliares para la introducción información como son las tarjetas perforadas. A través este método en el operador de la máquina se enfoca más hacia la parte programada que al procedimiento de programación.
Uso de sistemas cad/cam.Este método consiste en la utilización equipo de cómputo con sistemas gráficos y software avanzado a través de cual se facilitan la tarea de programación. En este método del programador trabaja en una estación de tipo cad/cam, en donde la entrada a los comandos de movimiento para la máquina. Las acciones incluidas por los comandos son mostradas en un monitor gráfico, el cual prevé de una retroalimentación visual del programador, además cierta parte de la programación están automatizadas por el software, lo que permite reducir el tiempo total de programación.
Programación de partes automatizado por computadora.Este método comprende la automatización de ciertas partes del proceso de programación para su conclusión lógica. Esta automatización complementa las tareas de programación haciendo uso de un software que es capaz de realizar una lógica y toma de decisiones casi inteligentes acerca de cómo será la parte a procesar.
CND, CNC Y Control Adaptable.
El desarrollo del control numérico fue un logro significativo en el trabajo en serie del taller de manufactura, ambos desde un punto de vista tecNológico y comercial. Ha habido varias mejoras y extensiones de tecnología de CN, incluyendo:
1. Control Numérico Directo (CND)2. Control Numérico por Computadora (CNC)3. Control Adaptativo (CA)4. Control Numérico (CN)
El CND y el CNC representan un enlace entre la tecnología de la computadora y la tecnología del CN. El CND fue introducido a fines de los 60`s y el CNC fue introducido comercialmente durante los 70`s. El CND envuelve el uso de una gran computadora central que dirige las operaciones de un número separado de maquinas. Una de las funciones principales de computadoras central en el CND es enviar los programas de partes de CN a las maquinas individuales requeridas.
Por definición el CNC, denota un sistema de CN que usa una computadora con un programa de almacenamiento para realizar algunas o todas las funciones básicas de control del CN.
Él termino de CA ha llegado a denotar un sistema de control de maquinado que tome mediadas de un o más procesos variables y regula la alimentación y/o la velocidad para comenzar cambios indeseables en el proceso variable. Su objetivo es optimizar los procesos de maquinado, algo que el CN no podría llevarlo a cabo solo. El Control Adaptable es un sistema que permite controlar y regular algunas variables en el maquinado como son velocidad y avances para compensar los cambios indeseables, para optimizar los procesos de maquinado.
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PROBLEMAS CON EL CN CONVENCIONAL
Hay un número de problemas inherentes al CN convencional lo cual ha motivado a construir maquinas herramientas para buscar mejoramientos en el sistema básico de CN. Entre las dificultades encontradas en el uso de maquinas de CN convencional son las siguientes:
1. Errores en la programación de la parte. En la preparación de una tarjeta perforada, la programación de la parte es uno de los errores más comunes. El error puede ser también de sintaxis o errores numéricos. Otro problema relacionado en la programación de la parte es asignar la secuencia optima de pasos del proceso. Algunos lenguajes de programación de parTes asistidas por computadora proveen ayuda para asignar las mejores secuencias de operaciones.
2. Tarjeta perforada. Otro problema es la tarjeta por sí misma. La tarjeta de papel es especialmente frágil, y susceptible al uso y al desgaste. Materiales mas durables para la tarjeta, como la hoja de aluminio, son utilizadas para ayudar a reducir estas dificultades. De la misma manera, este material es relativamente caro.
3. Tarjeta lectora. La tarjeta lectora que interpreta la tarjeta perforada es generalmente conocida por los usuarios de CN como el componente del sistema menos confiable. Cuando se encuentra una falla sobre la maquina de CN, el personal de mantenimiento usualmente empieza la búsqueda del problema con la tarjeta lectora.
4. Controlador. La unidad controladora del CN convencional esta muy reforzada. Esto significa que su control de fallas no puede ser fácilmente alterado para incorporar mejoras dentro de la unidad.
5. Administración dentro de la información. El sistema de CN convencional no puede proveer información oportuna sobre el desarrollo operacional administrar.
6. Velocidades y alineamiento no óptimos. La función del CN convencional es la de controlar la posición de la herramienta relativa al trabajo. No hay prueba para optimizar las velocidades y las alimentaciones durante el proceso de maquinado. Consecuentemente, el programador de la parte debe planear las condiciones del corte y esto reducirá la productividad.
Control numérico directoEl CN directo puede ser definido como un sistema de manufactura en el cual un número de máquinas son controladas por una computadora a través de una conexión directa y en un tiempo real. La tarjeta lectora es omitida en el CND, despojando el sistema de un componente muy poco confiable. En vez del uso de la tarjeta lectora, el programa de la parte es trasmitido a la maquina herramienta directamente desde la memoria de la computadora. En principio, una computadora puede ser usada para controlar mas de 100 máquinas separadas. La computadora del CND esta diseñada para pRoveer instrucciones a cada maquina herramienta que la demande. Cuando la maquina necesita comandos de control, estos son comunicados a ella inmediatamente.
El sistema de CN directo consiste de 4 componentes:
1. Computadora central2. Memoria en masa la cual se almacena en los programas de la parte del CN3. Líneas de telecomunicación4. Maquinas herramientas.
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La computadora llama las instrucciones del programa de la parte desde el almacenamiento en masa y los envía a una maquina individual cuando necesita que aparezcan, también se recibe información de vuelta desde las maquinas. Estas dos fuentes de información ocurren en tiempo real lo cual significa que cada requerimiento de la maquina por instrucciones debe ser satisfecha casi instantáneamente. Similarmente, la computadora debe siempre estar lista para recibir información desde la máquina y responder acordemente. Las características remarcables del sistema del CND son que la computadora esta sirviendo a un gran numero de maquinas herramientas individuales, todas en un tiempo real.
Dependiendo del número de máquinas y de los requerimientos computacionales que son impuestos sobre la computadora es algunas veces necesario hacer uso de computadoras de satélites. Estos satélites son computadoras pequeñas que sirven para quitar algo de peso a la gran computadora central. Cada satélite controla varias maquinas. Grupos de instrucciones de programas de las partes son recibidos desde la computadora central en los buffer de almacenamiento. Ellos están distribuidos en las maquinas individuales requeridas.
Ventajas del DNC
1. Tiempo compartido: la computadora central mas de una maquina.2. Capacidad computacional muy grande para funciones semejantes como interpolación circular.3. Localización lejana de la computadora: la computadora es posicionada en un medio ambiente tipo computadora.4. Eliminación de cintas y cintas lectoras en la máquina.5. Los programas almacenados según los datos del cortador pueden ser post – procesados por cualquier máquina adecuada que es asignada para procesaR el trabajo.
Control numérico computarizadoDesde la introducción del DNC, ha habido dramáticos avances en la tecnología
computacional. La medida física y el costo de una computadora digital se han reducido significativamente reducida y al mismo tiempo las capacidades computacionales han sido substancialmente aumentadas. Inicialmente, las mini computadoras fueron utilizadas a principios de los años 70`s. La miniaturización ocurrida en las computadoras, las mini computadoras fueron remplazadas por las microcomputadoras de hoy en día.
CNC es un sistema de control numérico que usa una microcomputadora según la unidad de control de la maquina. Como una computadora digital es usada tanto en el CNC y en el DNC, es apropiado distinguir entre los dos tipos de sistemas. Hay tres diferencias principales:
Diferencias entre CNC Y DNC.
* Las computadoras del DNC distribuyen datos instruccionales para, y colecciona datos de, un gran numero de maquinas. Las computadoras del CNC controlan solamente una maquina o un pequeño numero de maquinas.
* Las computadoras del DNC ocupan un sitio, es decir, lejano de las maquinas bajo su control. Las computadoras del CNC están localizadas muy cerca de sus maquinas – herramientas.
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* El software (conjunto lógico) del DNC no solamente es desarrollado hacia el control individual de piezas de equipo de producción, además sirve como parte de un sistema de manejo de información en el sector manufacturero de la compañía. El software del CNC es desarrollado para aumentar las capacidades de una maquina – herramienta en particular.
La configuración general de una computadora del sistema de control numérico es la siguiente: Los controlados tienen una cinta lectora para iniciar la entrada de un programa de la parte. La apariencia exterior de un sistema de CNC es similar a una máquina convencional del CN. Sin embargo, la manera en el cual el programa es usado en el CNC es diferente. Con un sistema convencional de CN, la tarjeta perforada es ciclada a través de la cinta lectora por cada parte dE trabajo en el conjunto. En el CNC, al mismo tiempo el programa entero es introducido y se almacena en la memoria de la computadora. El ciclo de maquinado para cada parte es controlado por el programa contenido en la memoria.
Características de control del CNC
1. Almacenamiento de más de un programa de la parte. Con los progresos en la tecnología computacional, muchos de los más nuevos controladores del CNC tienen bastante capacidad para almacenar mas de un solo programa.2. Uso de disquetes. Hay un grandioso uso de discos flexibles para el programa de la parte en la fabricación.3. Redactando programa en el sitio de la maquina. Los sistemas de CNC permiten editar el programa mientras este esta en la memoria de la computadora. El proceso de probar y corregir el programa puede ser echo enteramente en el sitio de la maquina. Después de corregir el programa, la tarjeta perforada puede ser conectada al controlador del CNC para obtener una versión revisada de la cinta para usar después.4. Ciclos fijos y subrutinas programadas. El aumento en la capacidad de memoria y la habilidad para programar el control de la computadora en el CNC provee la oportunidad para almacenar frecuentemente usando el ciclo de maquinado en memoria que pueden ser llamados por el programa de la parte.5. Posicionamiento de características para el arreglo.6. Interpolación.7. Diagnósticos. Muchas maquinas modernas del CNC detectan el mal funcionamiento o señales de esta; Cuando esto sucede, en la pantalla aparece un mensaje y dependiendo de la seriedad de la falla el sistema se puede parar o dar mantenimiento y se puede fijar el día y hora. También ayuda a determinar la razón de la falla de la maquina – herramienta.8. Comunicaciones de interfase. Los controladores del CNC esta equipados con una comunicación de interfase estándar que permiten a la maquina herramienta ser enlazada con otras computadoras.
Ventajas del CNC y CN.
Comparando el CN convencional, el CNC ofrece flexibilidad y capacidad computacional. Los nuevos sistemas puEden ser incorporados hacia el controlador del CNC por la reprogramación de la unidad. Las ventajas del control numérico computarizado CNC sobre el CN convencional son resumidas aquí:
1. La cinta del programa de la parte y la cinta lectora son usada solamente una vez para entrar el programa hacia la memoria,
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2. Editor de cinta en el sitio de la maquina3. Gran flexibilidad4. Conversión métrica5. Sistema de fabricación total.
Control adaptable.Una de las principales razones porque las que se usan los sistemas de control numérico es que estos reducen los tiempos muertos de manufactura. Los cuales se presentan generalmente:
1. - durante la manipulación de piezas.2. - durante la asignación de tareas.3. -durante cambio de órdenes de producción.4. - durante el cambio de herramientas.5. - durante el cambio de turnos.
Estos tiempos reducen de producción en una proporción significativa con los tiempos de maquinado. El control adaptable se utiliza para controlar la secuencia de posiciones de herramientas para una ruta preestablecida durante el proceso de maquinado, determina la variabilidad de las velocidades y los avances durante el trabajo de manipulación de materiales, controla el ancho y la profundidad de corte, etc.
CA durante una operación de maquinado mide las variables de salida del proceso y las usa para controlar velocidades, avances, revoluciones, torque, temperatura, amplitud de vibración etc.
El CA se utiliza principalmente en: Situaciones donde existe variabilidad en las profundidades y longitudes de corte de para piezas irregulares. Manipulación de piezas diferentes para procesos de maquinado diferentes. Para condiciones de variabilidad en el acabado y rugosidad de superficies. Desgaste de herramientas. Etc.
Beneficios de CA.
Incrementa la productividad. Incrementa la vida de la herramienta. Reduce la intervención del operador. Mayor protección de la máquina. Etc.
Lenguaje de programación
En la actualidad existen más de 100 lenguajes de programación. Una buena parte de estos lenguajes tiene aplicacIones particulares, y algunos todavía están en uso. Todo esto surge a raíz de las investigaciones realizadas en el instituto tecnológico de Massachussets (M. I.T.) en 1956.
APT (Automatically programmed tool).- Desarrolló en el MIT en 1956 como un método de programación numérico, fue el primero en utilizarse en producción en 1959. A la fecha es el más utilizados en EEUU.
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Autospot (Automatic system for positioning tools). Fue desarrollado por IBM en 1962 por aplicaciones de control punto a punto. En la actualidad tiene aplicaciones 3D.
Split (Sundstrand processing language internally).- Este fue desarrollado por Sundstrands machine tool para la manipulación de cinco ejes de movimiento en operaciones el posicionamiento y contorneo.
Compact II.- Este fue desarrollado por Manufacturing data system, inc. Este sistema es similar a Spilit.
Adapt (Adaptation of APT).- Este está basado en APT, fuese arrollado por IBM para aplicaciones especiales, puede ser utilizado para aplicaciones de posicionamiento y contorneo.
Exapt(Extended subset of APT).- Este se desarrolló en Alemania en 1964 y está basado en APT actualmente cuenta con 3 de versiones, para aplicaciones de posicionamiento torneo y con torneo.
Lenguaje APT
APT es un lenguaje de programación numérico el cual ejecuta cálculos para generar las posiciones del cortador basado en un informe. APT es un sistema tridimensional que puede ser usado para controlar hasta cinco ejes, puede ejecutar una gran variedad de aplicaciones mecánicas. APT cuenta con más de 400 palabras en su vocabulario..
Para programa en APT la geometría de la pieza de trabajo desde estar definida con la finalidad de dirigir la herramienta a los puntos deseados.
Existen 4 tipos de informes o declaraciones en APT.
* Informes geométricos.* Informes de movimiento.* Informes de posprocesamiento.* Informes auxiliares.
Informes geométricosEstos definen los elementos geométricos que comprende la parte a trabajar, también son llamados informes de definición.
Este tipo del informe se cOmpone de:
A.-un símbolo para identificar al elemento geométrico.B.- una palabra identifica el elemento geométrico.C.- un dato descriptivo.
P1 = Punto / 5.0, 4.0, 0.0Símbolo = tipo de geometría / datos descriptivos
L3 = line / p3, p434
L4 = line / p5, parlel, l3PL1 = plane / p1, p4, p5
PL2 = plane / p2, parlel, pl1C1 = circle / center, p1, radious 5.0
Informes de movimiento.Estos informes tienen un formato general.
Comando de movimiento / dato descriptivoGo to / p1
From / TargGo lft /Go rgt /
Go down /Go dlta /Go back /Go up /
Informes de posprocesamiento.Este tipo de informe se utiliza para el análisis, calculo y determinación de operaciones como
son avances, movimientos de herramientas, revoluciones, así como operaciones de la máquina.
Coolnt /End /
Fedrat /Torret /
Informes auxiliares.Estos se utilizan para describir otro tipo de declaraciones, como son dimensiones de corte, tolerancia, herramientas, identificación de partes etc.
Clprnt /Cutter /Fin1 /Intol /
Outtool /Partno /
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PARÁMETROS DE MAQUINADO
Torno
Velocidades de corte (Vc) para herramientas de aceros alta velocidad
MaterialRefrentado, Torneado, Rectificado
RoscadoDesbastado AcabadoPie/min M/min Pie/min M/min Pie/min M/min
Ac. De maquina
90 27 100 30 35 11
Ac. de htas.
70 21 90 27 30 9
Hierro fundido
60 18 80 24 25 8
Bronce 90 27 100 30 25 -
Aluminio 200 61 300 93 60 -
Vc.- Es velocidad la con la que un punto en la circunferencia de la pieza de trabajo pasa por la herramienta de corte en 1 min. Está dado en Ft/min o en M/min.
Avance (f) para herramientas de acero alta velocidad
MaterialDesbastado Acabado
Plg/rev Mm/rev Plg/rev Mm/revAcero de máquina
0.010-0.020 0.25-0.50 0.003-0.010 0.07-0.25
Acero de herramientas
0.010-0.020 0.25-0.50 0.003-0.010 0.07-0.25
Hierro fundido
0.015-0.025 0.40–0.65 0.005-0.012 0.13-0.30
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Bronce 0.015-0.025 0.40-0.65 0.003-0.010 0.07-0.25Aluminio 0.015-0.030 0.40-0.75 0.005-0.010 0.13-0.25
AvAnce (f).- Es la distancia que avanza la herramienta de corte a lo largo de la pieza trabajo por cada revolución del husillo.
Determinación de los parámetros de maquinado
Sistema métrico.
Rpm = Vc x 1000/ 3.1416 x D = Vc x 4 / D
Sistema inglés.
Rpm = Vc x 12 / 3.1416 x D = Vc x 4 / D
Determinación del avance en plg/min o mm/min.
F = rpm x f
Determinación del tiempo de maquinado.
T = Long. de corte / F x rpm
Fresadora
Velocidad de corte (Vc) para diferentes herramientas y materiales
MaterialFresas de acero alta velocidad Fresas de carburo.Ft/min M/min Ft/min M/min
Acero de máquina
70-100 21-30 150-250 45-75
Acero de herramientas
60-70 18-20 125-200 40-60
Hierro fundido
50-80 15-25 125-200 40-60
Bronce 65-120 20-35 200-400 60-120Aluminio 50-100 15-30 100-200 15-30
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Vc.- Es la distancia en ft/min o m/min que recorre la periferia de la fresa al cortar metal en un minuto. Se expresa en mts de superficie por min.
Avances recomendados (viruta por diente) para herramientas de acero alta velocidad
Diámetro de la fresa
Acero de máq.
Acero de htas
Hierro fundido
Bronce Aluminio
1/8 3.17 0.005 0.01 0.005 0.01 0.005 0.01 0.005 0.01 0.002 0.05
¼ 6.35 0.001 0.02 0.001 0.02 0.001 0.02 0.001 0.02 0.003 0.07
3/8 9.52 0.002 0.05 0.002 0.05 0.002 0.05 0.002 0.05 0.003 0.07
½ 12.7 0.003 0.07 0.002 0.05 0.003 0.07 0.003 0.07 0.005 0.12
¾ 19.05 0.004 0.10 0.003 0.07
1 25.4 0.005 0.12 0.003 0.07 0.004 0.10 0.004 0.10 0.007 0.17 de
Avance.- Es la rapidez con que avanza la pieza de trabajo hacia la herramienta de corte, sus unidades son plg/min o mm/min.
Determinación de los parámetros de maquinado
Sistema métrico.
Rpm = Vc x 1000/ 3.1416 x D = Vc x 4 / D
Sistema inglés.
Rpm = Vc x 12 / 3.1416 x D = Vc x 4 / D
Determinación del avance en plg/min o mm/min.F = N x Vpd x rpm
Herramienta de corteAcero rápido Carburo
M Material Pulido Desbaste Pulido Desbaste Diametro Longitud
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A T
E R
I A
L
Ac 1112, 1315 75 100 25 45 185 230 110 140 25.4 52Ac 1010, 1025 70 90 25 40 170 215 90 120 25.4 52Ac 1030, 1050 60 85 20 40 140 185 75 110 25.4 52Ac 2330 60 85 20 35 130 170 70 100 25.4 52Cr N 3120, 5140 45 60 15 25 100 130 55 80 25.4 52Hierro gris 40 45 25 30 110 140 60 75 25.4 52Latón 85 110 45 70 185 215 120 150 25.4 52Aluminio 70 110 30 45 140 215 60 90Plásticos 90 150 30 60 120 200 45 75
AVANCES EN MILIMETROS POR MINUTO
M A
T E
R I
A L
Material RPM1 RPM2 RPM3 RPM4 RPM5 RPM6 RPM7 RPM8Ac 1112, 1315 940 1253 313 564 2318 2882 1379 1754Ac 1010, 1025 877 1128 313 501 2130 2694 1128 1504Ac 1030, 1050 752 1065 251 501 1754 2318 940 1379Ac 2330 752 1065 251 439 1629 2130 877 1253Cr N 3120, 5140 564 752 188 313 1253 1629 689 1003Hierro gris 501 564 313 376 1379 1754 752 940Latón 1065 1379 564 877 2318 2694 1504 1880Aluminio 877 1379 376 564 1754 2694 752 1128Plásticos 1128 1880 376 752 1504 2506 564 940
REVOLUCIONES POR MINUTO
Nota: Los valores que se pueden cambiar manualmente son el diámetro y la longitud del material y unicamente los que están encerrados por bordes gruesos.
Justificación económica de CNC
Desventajas
Costo inicial de 11/2 a 5 más que una que una maquina convencional. Requiere de mantenimiento especializado. Se necesitan programadores. Se utiliza para trabajo dirigidos, tiene un campo de aplicación específico para las pequeñas y medianas cantidades.
Ventajas
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Es redituable para piezas complejas en pequeñas y medianas cantidades. Las ganancias en productividad son mayores que los ahorros en tiempo. Ahorros de hasta un 60% en tiempos. El tiempo ocioso es mínimo. No existe la fatiga. Se elimina el error humano. Programación independiente de la máquina. Se reduce el desperdicio y el re trabajo en un 25%. La manipulación de materiales disminuye en un 50%. Mayor exactitud por reducción del error humano. Los costos de ensamble se reducen en un 20%. AHorro en espacio del piso. Menores costos por herramienta l, cargos por almacenamiento, habilitación y cambios de herramientas. Ahorro en tiempos de preparación herramientas.MANUAL INTRODUCCIÓNEl presente manual está escrito para lograr que el alumno aprenda a programar el control de un torno CNC EmcoTurn 120 sin tener un conocimiento básico previo. Para ello se han introducido los gráficos y explicaciones necesarios para entender la manera en que opera el equipo, así como ejemplos de programación de las operaciones principales que puede realizar. Estos apuntes fueron obtenidos a partir del manual original de la máquina y no son más que una explicación breve (pero completa) de los pasos que se deben seguir para realizar un programa de torneado. Por supuesto, se han verificado las explicaciones teóricas realizando algunas piezas y pruebas. Se recomienda leer todo el manual antes de comenzar a elaborar un código de programación. A pesar de que cada operación en particular está claramente explicada e ilustrada, es conveniente tener una idea completa de las capacidades de este torno. No todas las funciones que aparecen en este manual pueden ser realizadas por el equipo del que se dispone, ya que algunas capacidades del mismo no están habilitadas. Se recomienda prestar especial atención al capítulo de compensación de radio, ya que un mal uso de esta función puede hacer variar todas las dimensiones finales de la pieza, invalidando el trabajo previo. En caso de producirse un error en la programación, aparecerá una alarma numerada en la pantalla, que el alumno podrá interpretar leyendo la causa de la misma en el listado de alarmas que se encuentra en el laboratorio. Este manual ha sido elaborado por un ex-alumno del curso Máquinas Herramientas que se dicta en la Escuela de Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica de Chile y su objetivo es servir de apoyo a los alumnos de este curso en la experiencia de laboratorio de control numérico. Se agradecerán los comentarios que pretendan hacer mejoras a estE manual.QUÉ ES UN TORNO CNC? Un torno CNC es un equipo de trabajo que permite manufacturar piezas de distintos materiales y en repetidas ocasiones a través de corte. Este equipo se diferencia de un torno convencional porque es posible programar la secuencia de fabricación de una pieza. Esto significa que el operador sólo hace una vez el trabajo de definir cómo hacer una pieza y el control de la máquina produce la cantidad de piezas que se necesite. A diferencia del torno convencional, el torno CNC consta de dos cuerpos principales: el control y el torno mismo. El control es el computador que procesa y guarda toda la información ingresada por el operador. Una vez realizado esto, el control comunica al torno (mediante señales eléctricas) cómo, cuándo, dónde y qué hacer para elaborar la pieza deseada. En el laboratorio se dispone de un control Emcotronic TM02 y de un torno Emcoturn 120, ambos de fabricación austríaca. El usuario debe ser muy cuidadoso en el trato dado al equipo y en la limpieza del mismo después de su uso.PARTES PRINCIPALES DEL TORNOTorreta revólver: Contiene los portaherramientas y gira según comandos para seleccionar la herramienta deseada.Portaherramientas: En ellos se ubican las herramientas de corte en distintas posiciones.Herramientas: Producen desgaste del material de la pieza mediante cortes.Pieza: Material a trabajar.
40
Husillo: Es un plato giratorio con mordazas (para sujeción), en el cual se coloca la pieza a tornear.Compuerta: Es la puerta de seguridad. Debe estar cerrada para que el torno trabaje.
ESTRUCTURA DEL PROGRAMA PRINCIPAL
1. Principio del programa.Todo programa debe comenzar con un número que lo identifica. Los
programas se diferencian entre sí por su número, pudiendo guardarse varios en la memoria del control. Este número que nombra al programa se antecede de la letra O. Un
subprograma también empieza con la letra O, solo que los números que la siguenestán dentro de cierto rango.1. Contenido del programa. La parte central de un programa son los registros NC, que serán explicados a continuación. Los registros son las órdenes que se dan al control para que la máquina elabore la pieza en cuestión.2. Final del programa. Un programa finaliza cuando es leída la orden M30. En caso de tratarse de un subprograma, en vez de M30 se utiliza la instrucción M17.
LOS REGISTROS NC
Un registro representa una “línea” del programa (o subprograma), y se identifica mediante la letra N seguida de un número que sirve para diferenciar ese registro de los demás que componen un programa (o subprograma). El control del torno Emcoturn 120 permite registros entre N0000 y N9999 (10 mil registros posibles para cada programa, incluyendo los subprogramas que a él pertenezcan). El control lee los registros en orden ascendente, pero no tiene restricciones en cuanto a la diferencia numérica de dos registros consecutivos. Esto quiere decir que es posible numerar de cinco en cinco o de veinte en veinte (o una vez aumentar 11 y luego 19). Sin embargo, en general se recomienda numerar (y así lo propone automáticamente el control) de diez en diez. Hay dos razones para esto: primero, se deja la posibilidad de introducir algún registro posteriormente, ya sea por olvido o por alguna modificación que se quiera hacer al programa; segundo, se es sistemático en la estructuración del programa y se evita tener que cambiar el código que el control propondrá automáticamente. En el caso que se introduzca un registro al final del programa cuya numeración ya haya pasado, el control lo pondrá en el lugar que corresponda.
Una vez introducido el número del registro, se procede a insertar las “palabras” que correspondan.
LA PALABRA
Un registro consta de varias palabras. Una palabra consta a su vez de una letra (dirección) y una combinación de cifras. Cada palabra tiene un determinado significado, según el cual se ajusta también el valor numérico asignado.
41
G 01
Dirección
Combinación de cifras
Palabra
En el ejemplo las cifras están separadas42de la dirección para una mejor comprensión, pero en la realidad tienen que ir juntas. Las palabras se separan entre sí por un espacio, y cada una de ellas representa una acción a tomar por la máquina. La longitud máxima de un registro puede valer entre 3 y 4 líneas para este torno CNC. En caso de rebasar este límite, se producirá una alarma en la pantalla. Una vez introducidas todas las palabras de un registro, se procede a introducir el registro siguiente.
A continuación un ejemplo de cómo escribir un registro:
N0040 G01 X25.000 Z32.000 F500
Número del registro: 0040Procedimiento a realizar: G01, trasladarse al punto (X=25,Z=32) a través de una línea rectaAvance: 500 (m/rev o mm/min, según se haya especificado previamente)
Obsérvese que el punto X=25 se indica como X25.000 Esto se debe a que si se indicara X25 el control entendería X=0.025 mm. En otras palabras, las coordenadas aceptan hasta milésimas de mm (o de pulgada, si se establece previamente). Sin embargo no es necesario digitar los tres ceros a la derecha del punto. Basta escribir X25. y el control agregará automáticamente los ceros. Por supuesto lo mismo vale para Z.
Estas son las consideraciones básicas para entender como funciona este torno de control numérico. Es muy importante trabajar en forma ordenada y sistemática, para así poder llevar a cabo la producción de piezas en forma eficiente y rápida. El control del torno indica errores en la programación antes de empezar a ejecutar el registro, lo que permite su corrección a tiempo. Se recomienda siempre ejecutar el programa por primera vez en vacío (sin material) para así poder detectar fallas evidentes en el código que pudieran ocasionar algún daño a la máquina.
LOS GRUPOS G Y M
El torno Emcoturn funciona mediante la ejecución de órdenes de desplazamiento y de condiciones de entorno. Las órdenes de desplazamiento corresponden a las funciones G, que tienen relación directa con los movimientos de la herramienta, así como con el desbastado de la pieza de trabajo. Por42su parte, las funciones M entregan las condiciones en que se trabajará (con o sin lubricante, sentido de giro del husillo, etc.). Para la ejecución de un programa cualquiera deben activarse varias funciones G y M, las cuales se dividen en grupos, según el tipo de acción que representen. A continuación se presentan las tablas para las funciones G y M, las que serán explicadas a lo largo del manual.
42
DISTRIBUCIÓN EN GRUPOS Y ESTADOS DE PUESTA EN MARCHA DE LAS FUNCIONES G
Grupo 0 G00:
Marcha rápida
G01:
Interpolación lineal
G02:
Interpolación circular en el sentido horario
G03:
Interpolación circular en el sentido antihorario
G04:
Tiempo de espera
G33:
Roscado en el registro
G84:
Ciclo de cilindrado / Ciclo de refrentado
G85:
Ciclo de roscado
G86:
Ciclo de ranurado
G87:
Ciclo de taladrado con rotura de virutas
G88:
Ciclo de taladrado con evacuación
Grupo 1 G96:
Velocidad de giro constante
* G97:
Programación directa de la velocidad de giro
Grupo 2 G94:
Indicación del avance en mm/min (1/100 inch/min)
* G95:
Indicación del avance en m/rev (1/100 inch/rev)
Grupo 3 * G53:
Desactivación de desplazamiento 1 y 2
G54:
Llamada de desplazamiento 1
G55:
Llamada de desplazamiento 2
Grupo 4 G92:
1. Limitación de la velocidad de giro
2. Aplicar desplazamiento 5Grupo 5 * G5
6:Desactivación de desplazamiento 3,4,5
G57:
Llamada de desplazamiento 3
G58:
Llamada de desplazamiento 4
G59:
Llamada de desplazamiento 5
Grupo 6 G2 Llamada de subprograma
43
5:G26:
Llamada de programas de polígonos
G27:
Salto incondicionado
Grupo 7 G70:
Indicaciones de medidas en pulgadas
G71:
indicaciones de medidas en mm
Grupo 8 * G40:
Supresión de la compensación del radio de la herramienta
G41:
Corrección del radio de la herramienta a la izquierda
G42:
Corrección del radio de la herramienta a la derecha
Adicional
G50:
Desactivar escalamiento
G51:
Activar escalamiento
* Se activa al encender el equipo
44
DISTRIBUCIÓN EN GRUPOS Y ESTADOS DE45PUESTA EN MARCHA DE LAS FUNCIONES M
Grupo 0 M03:
Husillo CONECTADO en sentido horario
M04:
Husillo CONECTADO en sentido antihorario
M05:
PARO del husillo
M19:
PARO exacto del husillo
Grupo 1 M38:
Paro exacto CONECTADO
* M39:
Paro exacto DESCONECTADO
Grupo 2 M00:
Paro programado
M17:
Final de subprograma
M30:
Final del programa con regreso al principio del programa
Grupo 3 M08:
Refrigerante CONECTADO
* M09:
Refrigerante DESCONECTADO
Grupo 5 M25:
Abrir el elemento de sujeción
M26:
Cerrar el elemento de sujeción
Grupo 6 M20:
Pinola de contrapunto retrasada
M21:
Pinola de contrapunto adelantada
Grupo 7 * M23:
Cubeta de recogida retrasada
M24:
Cubeta de recogida adelantada
Grupo 8 M50:
Desactivación de la lógica de giro de la torreta revólver
M51:
Activación de la lógica de giro de la torreta revólver
Grupo 9 M52:
Desactivación del automatismo de la puerta
M53:
Activación del automatismo de la puerta
* Se activa al encender el equipo
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DISPOSICIONES DE SINTAXIS
Longitud de registros: La longitud máxima de un registro es de 3 a 4 líneasOrden de las palabras: 1. Numero del registro2. Función G a realizar3. Coordenadas del punto de destino (tener cuidado con la inversión del orden de coordenadas en caso de ciclos G84, G85 y G86)4. Parámetros (en caso de ciclo)5. Avance F6. Velocidad de giro o velocidad de corte S7. Dirección de la herramienta T8. Funciones adicionales MVarias funciones de un mismo grupo: cuando se tiene dos o más instrucciones de un mismo grupo, se activa sólamente la última función del grupo programada. Por ejemplo, si en un registro se introduce G02 y luego G03, es activa G03.Palabras iguales en un mismo registro: es válida la última programada (no conviene)Programación del punto decimal: Sin punto decimal se calculan los valores como m (en G71) o como 1/10000 de pulgada (en G70)Orden posterior a llamada de herramienta: Después de llamar una herramienta la orden de desplazamiento debe ser G00
DESCRIPCIÓN BREVE DE LAS DIRECCIONES
DireccIones de desplazamiento X y Z: Se refieren en forma absoluta a un origen de coordenadas. Z se mide paralelamente al eje de giro del husillo (Z negativo hacia la base del husillo), mientras que X es la medida del diámetro (X positivo por encima del eje de giro del husillo). Direcciones de desplazamiento U y W: Idem X y Z pero los desplazamientos se miden incrementalmente desde el punto de partida del movimiento. Son desplazamientos relativos. En este caso, U no representa medidas diametrales, sino que es la distancia entre el punto inicial y el final (distancia radial). Direcciones I y K: Se usan para indicar el centro del círculo en caso de interpolación circular. Ver G02 y G03 Dirección F: Indica avance (G94 y G95) o paso de la rosca (G33 y G85) Dirección S: Indica velocidad de corte (G96), velocidad de giro del husillo (G97), velocidad máxima de giro (G92) o la posición de paro del husillo (M19) Dirección T: Se indica herramienta a seleccionar y datos de la herramienta Función M: Ver detalles para cada dirección Dirección L: Se invocan subprogramas, repeticiones y destinos de saltos (no usado) o bien posición de la herramienta en la torreta revólver (G40, G41, G42) Dirección R: Indica radio de la punta de la herramienta (G40, G41, G42) Parámetros P y D: Son propios de cada ciclo. Ver detalles en ciclos. Función G: Condiciones del desplazamiento. Ver cada función en particular Dirección O: Números de programas NC. Programas principales (O0000 a O6999), subprogramas (O0080 a O0255) y programas de polígonos (O7000 a O9999)
VALORES ABSOLUTOS E INCREMENTALES
Valores absolutos: Las coordenadas del punto de destino son referidas al punto de origen de coordenadas. Se utilizan las variables X (medida del diámetro final) y Z (medida en dirección
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paralela al eje de giro del husillo)
Valores incrementales: Las coordenadas del punto de destino son referidas al punto actual. Se utilizan las variables U (distancia radial) y W (medida en dirección paralela al eje de giro del husillo)
Se puede usar También una programación mixta, combinando valores absolutos e incrementales. En cualquiera de las dos situaciones X,U crecen hacia arriba (decrecen hacia abajo) y Z,W crecen alejándose del husillo (decrecen acercándose a él)
FORMATO DE LAS FUNCIONES G
En los recuadros de descripciones de los códigos G, notará que aparece N4 antes de la función, así como X,U + 43, etc.
N4 significa que se dispone de 4 cifras (N0000 a N9999) como máximo para el número del registro.
Para las direcciones X, U, Z y W aparece + 43. Esto significa que se pueden introducir números positivos o negativos (por defecto positivos) y que para ello se dispone de 4 cifras antes del punto y 3 después. Por ejemplo, X2104.685 Las unidades correspondientes se definen previamente. Este formato es válido para las todas las direcciones que se usan en las funciones G.
FUNCIONES AUTOMANTENIDAS
Una vez que se ha ingresado una función cualquiera (G o M), ésta queda activa hasta que se ingrese una nueva función que pertenezca al mismo grupo. Es importante destacar que sólo puede estar activa una función de cada grupo. Ocurre lo mismo para las palabras X(U), Z(W), F, S y T. En otras palabras, no es necesario reescribir palabras iguales en registros sucesivos. Las funciones G (excepto el grupo 0), las funciones M y las palabras F, S y T activas se adoptan también en el programa siguiente.
PROGRAMACIÓN DE HERRAMIENTAS
Las herramientas se programan bajo la dirección T con números de 4 cifras. Las dos primeras corresponden al número de la herramienta (posición en la torreta revolver, del 1 al 8). Las 2 siguientes corresponden al número (posición en el archivo de herramientas) bajo el cual está la corrección de la herramienta, y van del 01 al 20. Para facilidad del usuario, se acostumbra hacer coincidir el número de la herramienta con el número bajo el cual están sus datos (T0101, T0303). Cuando se está trabajando se acostumbra definir un punto fijo para el cambio de herramienta, de manera de evitar colisiones con el material en caSo de usar una herramienta más larga.
Corrección de la herramienta: X y Z miden la distancia desde el punto de sujeción de la herramienta hasta el filo teórico P de la misma. R define el radio del filo de la herramienta (si es curva) y L la orientación del filo.
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El filo teórico de la herramienta es el que se obtiene al intersectar las tangentes horizontal y vertical de la herramienta (punto P en el gráfico). Toda llamada de una nueva herramienta debe ser seguida por G00. Antes de alcanzar el punto de cambio de herramienta, se recomienda desconectar la corrección de la misma. Por ejemplo, si se está usando T0101 y se desea cambiar la herramienta, conviene escribir T0100, para que el punto activo de coordenadas se ubique ahora en el punto de sujeción de la herramienta y no en el filo teórico de la misma. Con esto se gana tiempo al disminuir el desplazamiento al punto de cambio de herramienta, además que el punto de sujeción de la herramienta es simétrico para todas ellas. Obsérvese que como no se cambió el número de la herramienta, la torreta no gira. Cuando se activan los datos de la herramienta (p.ej. T0303), el filo teórico (cuya ubicación está dada en el archivo de datos de herramientas) alcanzará las coordenadas que sean ingresadas por el usuario en los registros siguientes. Sin embargo, hay que ser muy cuidadoso al desactivar la corrección de la herramienta, ya que como el punto de sujeción está más “arriba” que la punta de la herramienta, al desplazarse al punto de cambio en vez de alejarse de la pieza, la torreta revólver podría (y probablemente lo hará) acercarse a la misma, golpeándola fuertemente. Por lo tanto, sólo se recomienda la desactivación de la corrección si se está en un punto que garantice que no habrá colisión. En caso de tratarse de una herramienta curva, el filo teórico no existe físicamente, lo que influye en el contorno final que resultará al introducir un registro de desbastado. Para detalles, ver G40, G41 y G42 más adelante.
G00 MARCHA RÁPIDA
N...... Número de registroG00.. Marcha rápidaX,Z.. Coordenadas absolutasU,W.. o incrementales del punto de destino
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T XX XX
posiciónherramienta
N4
# corrección herramienta
G00X + 43
U
Z + 43
W
[mm] [mm]
G00 es un movimiento de desplazamiento rápido. No se usa para trabajar, sino para moverse de un punto a otro con rapidez. El orden en que están X(U) y Z(W) es indiferente. Se puede también combinar X con W o U con Z en cualquier orden. La herramienta se desplaza linealmente hasta el destino.
G01 INTERPOLACIÓN LINEAL
N...... Número de registroG01.. Interpolación linealX,Z.. Coordenadas absolutasU,W.. o incrementales del punto de destino
G01 es un desplazamiento lineal entre dos puntos. Se usa para desbastado. Es necesario indicar el avance, en las unidades en que se esté trabajando.
G02 INTERPOLACIÓN CIRCULAR EN SENTIDO HORARIOG03 INTERPOLACIÓN CIRCULAR EN SENTIDO ANTIHORARIO
49
N4 G01X + 43
U
Z + 43
WF4
[mm][mm][m/rev][mm/min]
N...... Número de registroG02.. Interpolación lineal en el sentido horarioG03.. Interpolación lineal en el sentido antihorarioX,Z.. Coordenadas absolutasU,W.. o incrementales del punto de destinoI........ Coordenada en eje X del centro del círculo (incremental desde el punto de comienzo
del círculo)K....... Coordenada en eje Z del centro del círculo (incrementaldesde el punto de comienzo
del círculo)F...... Avance
Con G02 y G03 se pueden hacer arcos de círculo desde el punto inicial al de destino.
G04 TIEMPO DE ESPERA
Campo de entrada: 1 - 10000 (0,1 seg - 1000 seg)
50
N4 G04 D4 5
[1/10 s]
N4G02
G03
X + 43
U
Z + 43
WF4
[mm][mm] [m/rev][mm/min]
I + 43 K + 43
[mm] [mm]
G04 entrega un tiempo de espera, lo que permite realizar alguna medición o control. La función G04 se ejecuta al final del registro, indistintamente del orden en que aparezca en el mismo.
G33 ROSCA EN EL REGISTRO INDIVIDUAL
N...... Número de registroG33.. Rosca en el registro individualX,Z.. Coordenadas absolutasU,W.. o incrementales del punto de destinoF....... Paso de la rosca
Con G33 se puede hacer una rosca en una sola pasada. La hErramienta efectúa el desplazamiento que genera la rosca y vuelve al punto de partida una sola vez. Se recomienda ver detalladamente G85 para entender G33, ya que se trata de ciclos similares.
G84 CICLO DE CILINDRADO
N...... Número de registroG84.. Ciclo de cilindradoX,Z.. Coordenadas absolutasU,W.. o incrementales del vértice del contorno K P0..... Medida del cono en X(U)P2..... Medida del cono en Z(W)D0.... Sobremedida en X(U)D2.... Sobremedida en Z(W)D3.... Distribución del corteF...... Avance
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N4
N4
G33
G84
X + 43
U
X + 43
U
Z + 43
W
Z + 43
W
F4
F4
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
[m]
[m/rev][mm/min]
P0
+ 43P2
D0
5D2
[mm] [m]
D3 5
[m]
En el ciclo de cilindrado hay que programar X(U) antes que Z(W), ya que de lo contrario se trata de un refrentado. Las pasadas se realizan en forma horizontal. P0 y P2 sirven para producir conicidades en el cilindrado (si se desea, de lo contrario valen cero). D0 y D2 sirven para dejar material (en Z y X respectivamente) en las primeras pasadas, que luego es removido en la pasada final. D3 indica cuánto debe descender la herramienta en cada pasada (profundidad de corte). Si D3 vale cero, el cilindrado se hace en una sola pasada. En cada pasada la herramienta vuelve al punto de partida, y por lo tanto cada vez desciende más (D3, 2D3, 3D3, etc.)
Observaciones:1. D3 indica la profundidad del corte. Sin embargo no necesariamente la última pasada coincide con una profundidad de corte igual a D3. Lo que hace el torno es calcular esto antes de empezar el ciclo, y luego reduce D3 de manera que la última pasada coincida con el punto final.2. Se debe tener cuidado con el signo de P0 y P2 para no producir conicidades en contra de la dirección de aproximación de la herramienta. Por ejemplo, si P0 es positivo, significa que el punto K está más cerca del eje de giro (más abajo) que el extremo del cono, por lo que si la herramienta se está aproximando desde arriba, el control indicará un error (alarma).
P0 es la medida del cono, y se mide verticalmente. Para definir P0 se debe proyectar la línea del cono (la que pasa por K) haSta cortarla con la vertical que pasa por el punto de partida del ciclo. Una vez intersectadas estas rectas, se mide P0 como la distancia vertical entre K y la intersección (extremos de la línea del cono). Lo mismo es válido para P2, sólo que la proyección del cono se intersecta con una horizontal por el punto de partida y P2 se mide horizontalmente. Obsérvese que tanto P0 como P2 se miden relativamente al punto K, por lo que normalmente (como en el dibujo) son negativos.
52
G84 CICLO DE REFRENTADO
N...... Número de registroG84.. Ciclo de refrentadoX,Z.. Coordenadas absolutasU,W.. o incrementales del vértice del contorno K P0..... Medida del cono en X(U)P2..... Medida del cono en Z(W)D0.... Sobremedida en X(U)D2.... Sobremedida en Z(W)D3.... Distribución del corteF...... Avance
El ciclo de refrentado es similar al de cilindrado, sólo que se invierte el orden de X(U) y Z(W). En este caso, las pasadas son verticales (en el eje X)
N4 G84Z + 43
W
X + 43
UF4
[mm][mm] [m/rev][mm/min]
P0
+ 43P2
D0
5D2
[mm] [m]
D3 5
[m]
53
G85 CICLO DE ROSCADO LONGITUDINAL
54
N...... Número de registroG85.. Ciclo de roscado longitudinalX,Z.. Coordenadas absolutasU,W.. o incrementales del punto final K o N del roscadoP0..... Medida del conoP2..... Salida de roscaD3.... Avance o número de cortesD4.... Número de cortes en vacíoD5.... Ángulo de los flancos del tornilloD6.... Profundidad de roscaD7.... Punto final de la roscaF...... Paso de la rosca
Teóricamente es posible hacer roscas que tengan inclinación con respecto al eje de giro de la pieza, aunque la disposición de la herramienta en nuestro caso sólo permite producir roscas longitudinales cilíndricas (si el ángulo vale 0). Si el ángulo de inclinación está entre 0 y 45 (respecto al eje de giro de la pieza), se trata de una rosca longitudinal cónica. En el ejemplo al final del manual se incluye una rosca longitudinal cilíndrica.
P0 es la medida del cono,55y se mide verticalmente. Para definir P0 se debe proyectar la línea del cono (la que pasa por K o la que pasa por N) hasta cortarla con la vertical que pasa por el punto de partida del ciclo (ídem G84). Una vez intersectadas estas rectas, se mide P0 como la distancia vertical entre los extremos de la línea del cono.
Entrada y salida de rosca: Se debe dejar una distancia mínima A entre el punto de entrada y el comienzo de la rosca, así como entre el punto de salida y el final de la rosca. Esta distancia A es función de la velocidad de giro y del paso de la rosca (ver gráficos).
N4 G85X + 43
U
Z + 43
W
[mm][mm]
P0 + 43
D3 5
[mm]
[m]
D4 2
[m]
D5 2 D6 5 D7 1
[m][ ][][ ][ ]
F 4
P2 + 43
[mm]
55
En caso que la geometría de la pieza no permita definir el punto final del ciclo (K o N) a la distancia mínima A requerida para la salida de la rosca, se usa P2, para que la herramienta salga en forma inclinada alejándose de la pieza. Si P2 es mayor o igual que A, no hay problema. De lo contrario, se debe desplazar el punto de inicio del ciclo en el sentido del eje X de manera que la distancia radial entre este punto y K sea por lo menos 3A. En caso de no cumplirse las disposiciones respecto al valor A, se producirá un paro programado (detención de la herramienta) en el punto K de la rosca durante un instante mientras el husillo gira, lo que destruirá los hilos que estén en esa zona, echando a perder todo el trabajo.
El punto final de la rosca puede ser K o N, según el valor de D7 (ver tabla). K define el punto final de la rosca sobre el diámetro del núcleo de la misma (D7 = 0,1,4,5), mientras que N lo define sobre el diámetro nominal de la rosca (D7 = 2,3,6,7). Una vez definido D7 se define D3. Si D7 = {0 o 2} entonces D3 representa la profundidad del primer corte. La profundidad de los cortes
56
sucesivos disminuye de manera tal que la sección transversal de corte se mantenga constante. El control tiene como avance mínimo de corte D3 = 100 m, que se activa una vez alcanzado este límite (en caso de corte decreciente). Para D7 = {1 o 3} el parámetro D3 representa la profundidad de corte conStante. Si D7 = {4 o 6} entonces D3 define el número de cortes con avance decreciente para hacer la rosca. Cada avance disminuye para mantener constante la sección de corte (ídem D7 = 0,2), así que el control calcula la profundidad de corte en cada pasada para lograr la cantidad deseada de cortes. Por último, si D7 = {5 o 7} el parámetro D3 define el número de cortes para un avance constante. Es importante recordar que es imposible lograr un avance menor a 100 m.
La cantidad de cortes en vacío queda determinada por el valor de D4, que varía entre 0 y 20 (por defecto D4=1). Esto tiene como fin lograr que sea retirado todo el material sacado en las pasadas mediante una (o varias, según el valor de D4) pasada final de limpieza.
D5 es el ángulo entre los flancos de la rosca. En la tabla se presentan los únicos valores admisibles para D5. En caso de D5 = 0, la herramienta entra por el centro hacia el vértice entre flancos. De lo contrario, la herramienta se “apoya” en uno de los flancos.
D6 es la profundidad de la rosca. En este caso (rosca longitudinal), se mide verticalmente (sentido de X).
F es el paso de la rosca (distancia entre cúspides). Para roscas longitudinales se mide paralelamente a Z.
Observaciones: Tener cuidado con el sentido de giro del husillo. El punto de partida del ciclo debe estar por encima del diámetro máximo de la rosca.
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G85 CICLO DE ROSCADO PLANO
N...... Número de registroG85.. Ciclo de roscado planoX,Z.. Coordenadas absolutasU,W.. o incrementales del punto final K o N del roscadoP0..... Salida de roscaP2..... Medida del conoD3.... Avance o número de cortesD4.... Número de cortes en vacíoD5.... Ángulo de los flancos del tornilloD6.... Profundidad de roscaD7.... Punto final de la roscaF...... Paso de la rosca
Para ángulos mayores o iguales a 45, la rosca es plana, por lo que se invierte el orden de X(U) y Z(W). En este caso no cambia el criterio para D, D4 y D5. Sin embargo, ahora D6 se mide
N4 G85Z + 43
W
X + 43
U
[mm][mm]
P0 + 43
D3 5
[mm]
[m]
D4 2
[m]
D5 2 D6 5 D7 1
[m][ ][][ ][ ]
F 4
P2 + 43
[mm]
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horizontalmente y F verticalmente. P0 es la salida de rosca y P2 es la medida del cono. Si P2 vale cero, se trata de una rosca plana cilíndrica. Es importante destacar que para poder tornear una rosca plana se debe tener la herramienta en una posición que lo permita.
G86 CICLO DE RANURADO(en el lado longitudinal)
N...... Número de registroG86.. Ciclo de ranuradoX,Z.. Coordenadas absolutasU,W.. o incrementales del vértice del contorno KD3.... Avance por cada corteD4.... Tiempo de esperaD5.... Ancho de la herramientaF...... Avance
N4 G86X + 43
U
Z + 43
WF4
[mm][mm] [m/rev][mm/min]
D3 5 D4 5
[m] [1/10 s]
D5 5
[m]
59
Para el ciclo de ranurado longitudinal se supone que se ha acotado el borde derecho de la herramienta. Las entradas se hacen hacia el eje de giro, con una profundidad D 3. Luego de cada entrada la herramienta retrocede 500 m (de fábrica), que son recuperados en la entrada siguiente, hasta alcanzar la profundidad estipulada. Este retroceso aparece en el gráfico como DS. Una vez logrado esto, la herramienta sale de la ranura y se desplaza horizontalmente para realizar una nueva ranura. Dado que el control conoce el ancho de la herramienta (D5), la última ranura llega justo al vértice del contorno (K). Las ranuras se traslapan 1/10 mm (de fábrica). El tiempo de espera D4 sirve para que la herramienta permanezca en la base de la ranura para un completo retiro del material cortado.
Observaciones: El ancho de la ranura debe ser mayor o igual al de la herramienta. Si D 3 vale cero, cada ranura se hace en una sola pasada.
60
G86 CICLO DE RANURADO(en el lado frontal)
N...... Número de registroG86.. Ciclo de ranuradoX,Z.. Coordenadas absolutasU,W.. o incrementales del vértice del contorno KD3.... Avance por cada corteD4.... Tiempo de esperaD5.... Ancho de la herramientaF...... Avance
Este ciclo es similar al ranurado plano, sólo que se invierte el orden de X(U) y Z(W)
En este caso se supone que se ha acotado el borde superior de la herramienta, y las entradas son paralelas al eje de giro, acercándose progresivamente al mismo.
N4 G86Z + 43
W
X + 43
UF4
[mm][mm] [m/rev][mm/min]
D3 5 D4 5
[m] [1/10 s]
D5 5
[m]
61
G87 CICLO DE TALADRADO CON ROTURA DE VIRUTAS
N...... Número de registroG87.. Ciclo de taladrado con rotura de virutasZ...... Coordenada absolutaW..... o incremental del punto de destino (Z)D3.... Profundidad del primer corteD4.... Tiempo de espera en el punto de destinoD5.... Porcentaje de la profundidad de corte actual en la próxima entradaD6.... Profundidad de taladrado mínima F...... Avance
En este ciclo sólo se pueden hacer perforaciones sobre el eje de rotación (obviamente). G87 funciona de la siguiente manera: La punta de la herramienta avanza D3 desde el punto de partida y luego retrocede 500 m (de fábrica). Seguidamente recupera ese retroceso y vuelve a avanzar D3 ponderado por D5 en cada pasada, de manera que cada vez entra menos, hasta que se alcanza D6 , con la cual se continúa hasta el final. Si D5 vale 100%, entonces todas las perforaciones son igualmente profundas. Si D3 vale cero, la perforación se hace en una sola pasada. D4 es el tiempo que permanece la herramienta en el fondo de la perforación. Por razones obvias, sólo se pueden hacer perforaciones del diámetro de la broca en uso.
N4 G87Z + 43
WD3 5 F4
[m][mm] [m/rev][mm/min]
D4 5 D5 5
[%][1/10 s]
D6 5
[m]
62
G88 CICLO DE TALADRADO CON EVACUACIÓN
N...... Número de registroG88.. Ciclo de taladrado con evacuaciónZ...... Coordenada absolutaW..... o incremental del punto de destino (Z)D3.... Profundidad del primer corteD4.... Tiempo de espera en el punto de destinoD5.... Porcentaje de la profundidad de corte actual en la próxima entradaD6.... Profundidad de taladrado mínimaF...... Avance
El ciclo G88 es similar al ciclo G87, sólo que en este caso la broca retrocede hasta el punto de partida luego de cada perforación. Los parámetros funcionan igual que en G87.
G96 VELOCIDAD DE CORTE CONSTANTE
CoN G96 se ajusta la velocidad de giro del husillo, de manera que la velocidad de corte de la herramienta (velocidad tangencial) sea siempre constante. Este comando está ligado con G92.
G97 PROGRAMACIÓN DIRECTA DE LA VELOCIDAD DE GIRO
N4
N4
G88
G96
Z + 43
W
S4
D3 5 F4
[m][mm] [m/rev][mm/min]
[m/min]
D4 5 D5 5
[%][1/10 s]
D6 5
[m]
63
Con G97 se da la orden al torno de mantener una velocidad de giro constante en todo momento.
G94 INDICACIÓN DEL AVANCE EN mm/min (1/100 inch/min)
G94 se usa para indicar avance en mm/min (1/100 inch/min)
G95 INDICACIÓN DEL AVANCE EN m/rev (1/10000 inch/rev)
G95 se usa para indicar avance en m/rev (1/10000 inch/rev)
G53 - G59 LLAMADAS DE DESPLAZAMIENTO DEL PUNTO CERO
N4
N4
N4
G97
G94
G95
S4
[rev/min]
64
Los parámetros G54, G55, G57, G58 y G59 sirven para cambiar el origen de coordenadas. Normalmente éste se encuentra en la base del husillo, pero mediante estos parámetros este origen puede ser localizado en algún punto de interés, pudiéndose luego volver al origen inicial. Para dar entrada a los valores de los parámetros, es necesario entrar al modo PSO (Position Shift Offset), presionando la tecla EDIT (a la derecha del monitor) y luego SHIFT G(*). Se verán en pantalla 5 líneas numeradas (1=G54, 2=G55, 3=G57, 4=G58 y 5=G59) con su respectiva posición X,Z con respecto a la base del husillo. Ya en el modo PSO se ingresa el número de llamada a cambiar (número y ENTER), luego se ingresan los datos deseados, y finalmente se sale del mismo. Con ello quedan grabadas las coordenadas de las llamadas de desplazamiento, las que luego pueden ser accesadas desde el programa. Si en algún registro aparece una llamada de desplazamiento, el origen de coordenadas se desplaza al punto previamente introducido en el modo PSO. Todas las coordenadas siguientes son referidas a este nuevo origen. G54 y G55 pertenecen a un mismo grupo, por lo que sólo puede estar activo uno de los dos parámetros. Si G54 está activo y se introduce la palabra G55, entonces se desactiva G54 y se activa G55. Por otra parte, G53 desactiva la llamada activa en ese momento de su mismo grupo (G54 O G55). Lo mismo ocurre dentro del grupo 5 (G56, G57, G58 y G59), siendo G56 la palabra de desactivación. Es posible tener activas dos llamadas de desplazamiento, siempre y cuando no pertenezcan al mismo grupo. En ese caso, las llamadas de desplazamiento se suman, es decir, si había una activa, la nueva llamada se mide desde el origen de coordenadas que la llamada anterior definió. Se debe tomar en cuenta que al cambiar el origen de coordenadas no hay ningún desplazamiento físico de la herramienta. Un caso especial es G59 ya que las coordenadas de esta llamada pueden ser modificadas desde el programa, sin necesidad de entrar al modo PSO. Para esto se usa G92-Indicaciones para llamada de desplazamiento 5, que se verá seguidamente.
G92 LIMITACIÓN DE LA VELOCIDAD DE GIRO
La función G92 es una función doble. Si se programa junto con el parámetro S, se entiende que es la velocidad máxima de giro, que es necesaria en caso de haber programado G96 (velocidad de corte constante), porque al acercarse la herramienta a X=0 (eje de rotación), la velocidad de giro tiende a infinito, perdiéndose fuerza de sujeción en las mordazas del husillo.
G92 INDICACIONES PARA LLAMADA DE DESPLAZAMIENTO 5
(*) Al final del manual se explica la ubicación de todas las teclas necesarias para hacer esto.
N4
N4
G92
G92
S4
X + 43U
[rev/min]
[mm]
Z + 43W
[mm]
65
Si se programa G92 en unión con X(U) y Z(W), se entiende que es para cambiar las coordenadas de G59 (llamada de desplazamiento 5). Si se introducen valores con X y Z, éstos sustituyen a los anteriores en el registro de G59. Si se usan U y W, los nuevos valores se suman (o restan, según el signo) a los anteriores en el registro. Se pueden combinar X,Z,U y W. G92 sólo cambia los valores, debiendo usarse G59 para activar la llamada.
Advertencia: no debe programarse G59 en el mismo registro que G92.
G25 LLAMADA DE SUBPROGRAMA
Con G25 se puede llamar un subprograma existente. El control considera subprogramas a aquellos que van desde O0080 hasta O0255. La dirección L sirve para indicar el número de subprograma, así como la cantidad de pasadas del mIsmo. Los dos últimos dígitos indican el número de pasadas (01 - 99), y los dos primeros (o tres primeros) indican el número de subprograma que se está llamando. Un subprograma tiene la misma estructura que un programa. El torno permite que un subprograma llame a otro a su vez (anidamiento). Se pueden hacer hasta
N4 G25L4o
L5
66
10 anidamientos a la vez, y cuando un subprograma finaliza, se vuelve al registro siguiente en el programa (o subprograma) desde el cual fue llamado.
EJ: N0040 G25 L12305 Ejecutar 5 veces el subprograma #123
G26 LLAMADA DE PROGRAMAS DE POLÍGONOS
Los números de programas de polígonos van del O7000 al O9999. Esta función no está activa por el momento en este torno CNC.
G27 SALTO INCONDICIONADO
Con G27 se indica al torno que debe saltar hasta un registro determinado. Con el parámetro L se indica el número del registro al cual saltar, sin ejecutar los de al medio.
Ejemplo: N100 G27 L250 (Salta del registro 100 al 250)
G70 PROGRAMACIÓN EN PULGADAS
Si se escribe G70 al principio del programa, se calculan todas las dimensiones en pulgadas.
G71 PROGRAMACIÓN EN MILÍMETROS
Si se escribe G71 al principio del programa, se calculan todas las dimensiones en milímetros.
G40, G41, G42 COMPENSACIÓN DEL RADIO DE LA HERRAMIENTA
N4
N4
N4
N4
G26
G27
G70
G71
L4
L4
67
La compensación del radio de la herramienta se hace necesaria cuando se usa una herramienta curva, ya que por la geometría de la misma el punto de corte va cambiando constantemente. Existen dos compensaciones: G41 (a la izquierda) y G42 (a la derecha). Para saber cuál usar, se debe ver en dirección del movimiento relativo de la herramienta respecto a la pieza (es como “perseguir” a la herramienta) y luego ver de qué lado de la pieza se encuentra la herramienta de corte. Si está a la izquierda, se usa G41. Si está a la derecha, G42. El torno necesita saber también el radio (R) y la orientación del filo (L). Estos datos están en los archivos de herramientas. Si no se usa corrección de radio (G40), el punto de corte es el68filo teórico de la herramienta (P). Para activar la corrección, hay que saber cómo llegar a la pieza.
Primeramente se debe estar fuera de la pieza y luego se hace una aproximación al punto más extremo de la misma con G01, y en el mismo registro de G01 se debe activar G41 o G42, según el caso. La herramienta se acercará entonces hasta que el punto de tangencia toque al punto (X(U),Z(W)) indicado en el registro. De ahí en adelante la herramienta se moverá de manera tal que siempre sea el punto tangente el que se desplace por la trayectoria que definen los registros. Hay que tener sumo cuidado con la compensación de radio. El control (una vez activada la compensación) entiende que la herramienta de corte es un círculo suspendido en el aire. Si, por ejemplo, se quiere llegar a un punto X1,Z1 con corrección de radio, la herramienta se acercará sólo hasta que se toque tangentemente la línea X1,Z1 - X2,Z2 , siendo X2,Z2 el punto en el registro siguiente. Puede ser que el punto del círculo que “toque” la recta X1,Z1 - X2,Z2 no esté en la zona de corte de la herramienta, sino que dentro de la misma (por ejemplo en la zona punteada del círculo en el último gráfico de este punto). Dado que el torno conoce en cada momento el registro anterior, el actual y el siguiente, es posible que el punto X1,Z1 no sea alcanzado, ya que si así fuera la herramienta atravesaría la recta X1,Z1 - X2,Z2. Para desactivar la corrección del radio, se debe recorrer todo el contorno deseado de la pieza con corrección (hasta el punto final deseado) y luego debe seguir un registro que contenga la función G00 (en un punto X(U),Z(W) exterior a la pieza) y que además contenga la función G40. Ya está desactivada la corrección de radio!! La activación y desactivación de la corrección se hacen al final del registro.
Observaciones: no importa el ángulo de llegada desde el punto exterior a la pieza al punto de inicio de la corrección, ya que el control hace los cálculos y movimientos necesarios para no dañar la pieza en el trayecto. Hay que pRogramar al menos 2 registros entre activación/desactivación de corrección. Se debe desactivar la corrección antes de cambiar la herramienta.
68
G51 AMPLIACIÓN Y REDUCCIÓN DE ESCALA
N...... Número de registroG51.. Ampliación o reducción de escalaX,Z.. Coordenadas absolutasU,W.. o incrementales del punto de referencia (B)P7.... Factor de la escala (adimensional)
A pesar de que esta función no está activa en este momento, se da una explicación de la misma en la eventualidad de que en un futuro próximo sea activada.
N4 G51X + 43
U
Z + 43
W
[mm][mm]
P7 + 43
[ ]
69
Con G51 se puede ejecutar a escala (reducción o ampliación) un programa ya existente, lo cual es útil si, por ejemplo, el material con que se cuenta es de distinto diámetro al que se usó en el momento de programar. Se debe entrar el punto de referencia B, que es aquel con respecto al cual se hace el escalamiento. El parámetro P7 es la escala a usar. Para calcular P7, se divide la medida actual por la medida antigua. Por ejemplo, si el programa está hecho para un diámetro de 24 mm. y Ud. cuenta con una pieza de 20 mm., entonces P7 = 20/24 = 0.833 Para hacer un escalamiento, se debe editar un programa ya hecho y agregar un registro al principio con G51. Al final del programa se escribe un registro con G50, que desactiva el escalamiento.Observaciones: el escalamiento es en ambos ejes (X y Z). Los pasos de rosca no son ampliados o reducidos por G51.
M03 HUSILLO CONECTADO EN SENTIDO HORARIO
Se conecta el husillo en sentido de giro horario. El sentido de giro se observa desde la base del husillo hacia el extremo opuesto (extremo libre) de la pieza. La velocidad de rotación está previamente dada por el parámetro S (en G96 o G97).
M04 HUSILLO CONECTADO EN SENTIDO ANTIHORARIO
M05 PARO DEL HUSILLO
El husillo deja de girar.
M19 PARO EXACTO DEL HUSILLO
Con M19 se puede hacer que el husillo pare en un punto exacto, que se introduce bajo S (ángulo en grados). Los vaLores de S van de 0 a 360. Esta función no está habilitada.
M38 PARO EXACTO CONECTADO
N4
N4
N4
N4
N4
M03
M04
M05
M19
M38
S4
[]
70
Con M38, al ejecutar el movimiento de un registro cualquiera, el equipo espera 20 milisegundos antes de empezar el registro siguiente. Por lo tanto no hay superposición de registros en el sentido que no ocurren dos movimientos simultáneos. La desventaja de M38 es que cuesta tiempo parar los carros (de movimiento) por completo.
M39 PARO EXACTO DESCONECTADO
Con M39, el equipo empieza el registro siguiente un poco antes de terminar el actual, de manera que hay superposición de registros. Por lo tanto, el contorno es más suave (curva de transición) que con M38. Mientras mayor la velocidad de avance, mayor es el radio de la curva de transición.
N4 M39
71
M00 PARO INTERMEDIO PROGRAMADO
Se detienen los carros, se desconecta el husillo y el refrigerante. Esta función permite realizar mediciones de control de calidad y limpieza.
M17 FINAL DE SUBPROGRAMA
Un subprograma se termina con M17, lo cual hace retornar al registro siguiente del cual fue llamado el subprograma.
M30 FINAL DEL PROGRAMA CON REGRESO AL INICIO
Con M30 se indica que ha finalizado el programa. Adicionalmente se desconecta el refrigerante, el husillo y la compensación de radio de herramienta.
M08 REFRIGERANTE CONECTADO
M09 REFRIGERANTE DESCONECTADO
N4
N4
N4
N4
N4
M00
M17
M30
M08
M09
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M25 (M26) ABRIR (CERRAR) EL ELEMENTO DE SUJECIÓN
No están activas estas funciones
M20 (M21) PINOLA DE CONTRAPUNTO ADELANTADO (RETRASADO)
No están activas estas funciones
M23 (M24) CUBETA DE RECOGIDA RETRASADA (ADELANTADA)
No están activas estas funciones
M50 (M51) DESACTIVACIÓN (ACTIVACIÓN) DE LA LÓGICA DE GIRO DE LA TORRETA REVÓLVER
No están activas estas funciones
M52 (M53) DESACTIVACIÓN (ACTIVACIÓN) DEL AUTOMATISMO DE LA PUERTA
No están activas estas funciones
OPERACIÓN DEL CONTROL PARA ESCRIBIR, EDITAR Y GRABAR PROGRAMAS Y PARA TRABAJAR SIN RUTINA DE PROGRAMACIÓN
Ahora que ya hemos visto los comandos que usa el toRno para manufacturar piezas, estamos en condiciones de programar. Lo primero que hay que hacer es reconocer cómo está estructurado el control. En la parte superior izquierda está el monitor, que indica las coordenadas actuales (en todo momento), así como el modo de funcionamiento y las alarmas (zona superior). Debajo del mismo hay cinco teclas que tienen variadas funciones, las cuales están indicadas en la parte inferior del monitor para cada caso. A la derecha del monitor hay 4 teclas azules que indican el modo de funcionamiento del equipo (AUTOMATIC, EDIT, EXECUTE y MANUAL). Debajo de estas teclas azules están las teclas de caracteres (que son dobles, mediante el uso de la tecla SHIFT), las teclas numéricas (incluyendo el punto y el cambio de signo +/-) y las teclas para edición de texto (ENTER, STORE-NEXT, PREVIOUS, CLEAR-BLOCK, CLEAR-ENTRY, CLEAR-PROGRAM, CLEAR-WORD y SHIFT). En la parte inferior del control, de izquierda a derecha, están las teclas para el movimiento de la herramienta (ejes X y Z), la tecla de encendido del husillo (verde) y de detención del mismo, la tecla RESET (roja) y la tecla CYCLE-START (verde), y por último una perilla que controla la velocidad de avance F de la herramienta respecto a la programada (0% - 120%). En el extremo derecho del control hay un botón de seguridad (rojo), que se usa en caso de emergencia, provocando una detención total del equipo. En realidad, existen otras teclas adicionales, pero para todos los casos prácticos no son usadas en la actualidad.
73
Cómo encender el torno CNC: al encender el torno mediante la llave, aparecerán 2 alarmas. Se debe presionar la tecla CLEAR-ENTRY y luego AUX ON (debajo de las teclas de edición de texto). Luego se debe desplazar la herramienta hasta que las dos marcas (color naranja) se posicionen sobre las líneas a 90 que están en el torno. Luego se debe seleccionar REFERENCE (tecla bajo el monitor) y seguidamente CYCLE-START. El torno buscará el punto de referencia inicial. Luego, se debe presionar la tecla central de La sección de teclas para el movimiento de la herramienta (MAN.JOG.) y simultáneamente la tecla de cambio de herramienta
que se encuentra justo encima de la tecla CYCLE-START. La torreta revólver girará y en ese momento el equipo está listo para trabajar.
Cómo escribir un programa: para escribir el programa, se debe presionar la tecla EDIT. Seguidamente, se debe escribir el número del programa (uno que no exista previamente en la memoria), para lo cual se escribe O (SHIFT N), el número de programa y luego ENTER. El monitor dirá NEW, reconociendo un nuevo programa. Acepte con ENTER. Seguidamente, el control sugerirá un número para el primer registro. Para aceptar, presionar ENTER. De lo contrario, borrar el número (ya sea con CLEAR-ENTRY, que borra un lugar hacia atrás, o con CLEAR-WORD, que borra toda la palabra) y digitar el deseado. Una vez aceptado el número de registro, se escriben las palabras una por una usando ENTER. Para pasar a un nuevo registro, presionar STORE-NEXT. Nuevamente se sugerirá un número de registro, que es aceptado con ENTER. La tecla SHIFT sirve para poder digitar los caracteres dobles. Una vez ingresada la palabra M30, el control guarda en memoria el programa. Si en algún momento Ud. desea agregar un registro intermedio, escríbalo y el control lo ubicará en donde corresponda.
Cómo editar un programa: en modo EDIT, se ingresa el programa a editar (p.ej. O0504). Aparecen en pantalla los registros del mismo, pudiendo ser modificados. Para avanzar registros, usar la tecla STORE-NEXT. Para retroceder, usar PREVIOUS. El monitor muestra en la esquina inferior izquierda el registro en el que se está actualmente, pudiéndose ingresar un registro cualquiera, a lo cual el control responderá llevándonos a ese registro.
Cómo ejecutar un programa: Una vez editado un programa, éste puede ser ejecutado entrando al modo AUTOMATIC. Una vez allí, mediante las teclas que están bajo el monitor se puede seleccionar SINGLE (que permite la ejecución registro a registro, Siendo necesario usar la tecla CYCLE-START para ejecutar cada registro) y/o DRYRUN (que permite ejecutar el programa sin que gire el husillo). En caso de no estar seleccionada ninguna de estas funciones, el programa se ejecuta de principio a fin. Conviene siempre ejecutar por primera vez un programa son SINGLE y DRYRUN, ya que permite revisar que no haya colisiones entre la herramienta y el husillo, o que no se ejecuten movimientos innecesarios. Sin embargo, es importante destacar que en caso de no cumplirse las disposiciones sobre A (en G85, el ciclo de roscado) se producirá un paro programado sólo en ejecución completa (sin SINGLE y sin DRYRUN), por lo que también se recomienda una ejecución de este tipo antes de insertar la pieza en el husillo.
Cómo ejecutar registros individuales: si se entra al modo EXECUTE (presionando la tecla del mismo nombre), se puede hacer que el torno ejecute registros a medida que los mismos van siendo ingresados por Ud. Para esto, debe escribir el registro que desee, tal cual como lo haría si estuviera programando. Cuando termine de escribir el registro, presione CYCLE-START, y el
74
torno lo ejecutará. Puede hacer esto tantas veces como quiera, e incluso puede hacer llamadas de desplazamiento, corrección de radio, etc.
Cómo trabajar libremente: si se entra al modo MANUAL, es posible trabajar en forma libre (sin secuencia de programación). Para mover la herramienta en ambos ejes, se usan las teclas en la esquina inferior izquierda. Las flechas indican el movimiento a ejecutar, pero es necesario presionar simultáneamente la tecla central (MAN.JOG.). El husillo se enciende mediante la tecla ON (de color verde), a la derecha de las teclas recién mencionadas, y se apaga mediante la tecla OFF (justo a la derecha). Si quiere invertir el sentido de giro del husillo debe presionar simultáneamente SHIFT ON. Para cambiar de herramienta, se debe presionar MAN.JOG. y al mismo tiempo la tecla de cambio de herramienta.
EJEMPLO 1 - PROGRAMA O501
N0000 T0303 Selección herramienta de desbastado con corrección
N0010 G96 S200 G95 G54 G56 G71 G40 M08 M04
Velocidad de corte constante a 200 m/min; avance en m/rev; activación llamada de desplazamiento 1; desactivación llamadas 3,4,5; medidas en mm; supresión corrección de radio; refrigerante conectado; husillo activado en sentido antihorario
N0020 G00 X25. Z0. Desplazamiento rápido a (X25 , Z0)
N0025 G92 S2400 Velocidad máxima de giro de 2400 rpm
N0030 G01 X-2. F100 Desplazamiento lineal a (X-2 , Z0) a 100 m/rev
N0040 X19. Z1. F250 Desplazamiento lineal a (X19 , Z1) a 250 m/rev
N0050 Z-65. Desplazamiento lineal a (X19 , Z-65) a 250 m/rev
N0060 G00 U1. Z1. Desplazamiento rápido a (X21 , Z1)
N0070 G84 X18. Z-20. P0=-6.3 D0=500 Ciclo de cilindrado con destino
18 6
4010
5
20
5
20
4
20
75
F250 D3=1000 (X18 , Z-20); conicidad P0=6.3 mm; sobremedida en X de 0.5 mm; avance de 250 m/rev; profundidad de corte de 1 mm
N0080 G96 S250 Velocidad de corte constante de 250 m/min
N0085 T0300 Referencia de herramienta en punto de sujeción de la misma
N0090 G00 X50. Z25. Desplazamiento rápido a (X50 , Z25)
N0100 T0101 Selección herramienta de acabado con corrección
N0110 G00 X5.4 Z1. G42 Desplazamiento rápido a (X5.4 , Z1.); corrección de radio por la derecha
N0120 G01 X18. Z-20. F100 Desplazamiento lineal a (X18 , Z-20) a 100 m/rev
N0130 W-20. Desplazamiento lineal a (X18 , Z-40) a 100 m/rev
N0140 G02 U0. W-20. I40. K-10. F100 Interpolación circular (horaria) con destino (X18 , Z-60); centro en (X98 , Z-50); avance de 100 m/rev
N0145 G01 Z-65. Desplazamiento lineal a X(18 , Z-75) a 100 m/rev
N0150 G00 X50. Z25. G40 Desplazamiento rápido a (X50 , Z25); supresión de corrección de radio
N0160 T0707 Selección herramienta de ranurado con corrección
N0170 G00 X19. Z-25. Desplazamiento rápido a (X19 , Z-25)
N0180 G86 X10. W-10. D3=2000 D4=10 D5=2200 F200
Ciclo de ranurado con destino (X10 , Z-35); profundidad de pasada 2 mm; tiempo de espera 1 seg. en base de ranura; ancho de herraMienta 2.2 mm; avance de 200m/rev
N0190 T0700 Referencia de herramienta en punto de sujeción
N0200 G00 X50. Z25. Desplazamiento rápido a (X50 , Z25)
N0210 T0000 Ninguna herramienta y ninguna corrección
N0220 M30 Final del programa con regreso al inicio
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Procesos y ciclos:1. Refrentado: N00302. Cilindrado: N00503. Cilindrado: N00704. Acabado: N0120 – N0145 (incluye interpolación circular en N0140)5. Ranurado: N0180
Observaciones:
El registro N0025 no puede incluirse en el registro N0010, ya que la dirección S no puede aparecer dos veces con distintos valores. En N0040 y N0050 no se indica función (función automantenida) En el registro N0050 no se indica avance porque se mantiene el último ingresado (F250, en N0040). En N0145 ocurre lo mismo que con N0050, incluso para un cambio de ciclo entre N0140 y N0145 (G02 a G01).
BIBLIOGRAFÍA
Manual de programación – torneado EMCOTRONIC TM02
Modo de empleo EMCOTURN 120-120P con EMCOTRONIC TM02
Faxes recibidos de EmcoMaier desde Austria
Unidad IV
77
Robótica Industrial
INTRODUCCIÓN
Cuando escuchamos la palabra Robot, algunas ocasiones pensamos en esas películas que nos han sorprendido por presentarnos Robots que realizan acciones superiores a las capacidades del ser humano.
Quizás los modelos más famosos de robots han sido los creados por George Lucas en su película Stars Wars a quienes conocimos como C3PO y R2D2. y otros como Robocop.
Sin embargo, la idea que nos presentan las películas se encuentra bastante alejada de la aplicación industrial de los robots, a los cuales se les considera como un tipo de máquinas-herramientas. El siglo XVIII constituye la época del nacimiento de la robótica industrial. Hace ya más de doscientos años se construyeron unas muñecas mecánicas, del tamaño de un ser humano, que ejecutaban piezas musicales.
Sin duda, hoy se puede afirmar que el desarrollo de las máquinas-herramientas ha sido sumamente acelerado.
La robótica es un concepto de dominio público. La mayor parte de la gente tiEne una idea de lo que es la robótica, sabe sus aplicaciones y el potencial que tiene; sin embargo, no conocen el origen de la palabra robot, ni tienen idea del origen de las aplicaciones útiles de la robótica como ciencia.
La robótica como hoy en día la conocemos, tiene sus orígenes hace miles de años. Nos basaremos en hechos registrados a través de la historia, y comenzaremos aclarando que antiguamente los robots eran conocidos con el nombre de autómatas, y la robótica no era reconocida como ciencia, es mas, la palabra robot surgió hace mucho después del origen de los autómatas.
Desde el principio de los tiempo, el hombre ha deseado crear vida artificial. Se ha empeñado en dar vida a seres artificiales que le acompañen en su morada, seres que realicen sus tareas repetitivas, tareas pesadas ó difíciles de realizar por un ser humano. De acuerdo a algunos
Object 66
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autores, como J. J. C. Smart y Jasia Reichardt, consideran que el primer autómata en toda la historia fue Adán creado por Dios. De acuerdo a esto, Adán y Eva son los primero autómatas inteligentes creados, y Dios fue quien los programó y les dio sus primeras instrucciones que debieran de seguir. Dentro de la mitología griega se puede encontrar varios relatos sobre la creación de vida artificial, por ejemplo, Prometeo creó el primer hombre y la primer mujer con barro y animados con el fuego de los cielos. De esta manera nos damos cuenta de que la humanidad tiene la obsesión de crear vida artificial desde el principio de los tiempos. Muchos han sido los intentos por lograrlo.
Los hombres creaban autómatas como un pasatiempo, eran creados con el fin de entretener a su dueño. Los materiales que se utilizaban se encontraban al alcance de todo el mundo, esto es, utilizaban maderas resistentes, metales como el cobre y cualquier otro material moldeable, esto es, que no necesitara o requiriera de algún tipo de transformación para poder ser utilizado en la creación de los autómatas.
Estos primeros autómatas utilizaban, principalmente, la fuerza bruta para poder reaLizar sus movimientos. A las primeras máquinas herramientas que ayudaron al hombre a facilitarle su trabajo no se les daba el nombre de autómata, sino más bien se les reconocía como artefactos ó simples máquinas.
ANTECEDENTES
Antiguamente, se creaban artefactos capaces de realizar tareas diarias y comunes para los hombres, o bien, para facilitarles las labores cotidianas; se daban cuenta de que había tareas repetitivas que se podían igualar con un complejo sistema, y es así como se comienza a crear máquinas capaces de repetir las mismas labores que el hombre realizaba, y como ejemplo de estas máquinas podemos citar las siguientes:
· La rueda como medio de transporte o como herramienta, por ejemplo, para un alfarero. · El engrane.· La catapulta como arma de combate.· El molino, ya sea para obtener agua de las entrañas de la tierra, o como moledor de granos.
Y así una gran variedad de máquinas que antiguamente se creaban para facilitarle las tareas a los hombres. Pero no todos estos artefactos tenían una utilidad, algunas máquinas solamente servían para entretener a sus dueños, y no hacían nada más que realizar movimientos repetitivos ó emitir sonidos. Cabe mencionar que los árabes fueron unos maestros en la construcción de autómatas y en la precisión de sus cálculos, y como ejemplo de ello, se puede mencionar que inventaron el reloj mecánico, así como sus grandes aportaciones a la astrología. También los ingenieros griegos aportaron grandes conocimientos a los autómatas, aunque su interés era más bien hacia el saber humano más que hacia las aplicaciones prácticas.
DESARROLLO HISTÓRICO.
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En 1921 el escritor Checoslovaco Karel Capek escribió la novel satírica conocida como R.U.R ( Rossums Universal Robots), en la cual introdujo la palabra robot que significa esclavo. En dicha novela la maquinas jugaban el papel de personas pero trabajando al doble de intesidad.
Previo a esto se conocen algunos antepasados de los robots actuales la mayoría de ellos eran autómatas (aparatos mecánicos que funcionabAn con energía interna propia) que funcionaban con mecanismos de relojería o por presión de agua, los cuales se diseñaban como juguetes o como piezas de exhibición otros como demostraciones filosóficas o políticas, siendo él más famoso el autómata de Pierre Jaquet-Dross llamado el escritor el cual consistía en una muñeca mecánica que funcionaba con un mecanismo de relojería lo que le permitía mojar la pluma en el tintero, eliminar el exceso y escribir con una bonita caligrafía Cogito Ergo Sum (pienso, luego existo), que representaba la prueba de la existencia de Rene Descartes. Incluso se piensa que el propio Rene Descartes fabrica una mujer mecánica llamada Francine con la intención de demostrar el orden y racionalidad del universo, pero un capitán de un barco termina abruptamente su existencia por medio a la influencia de la magia negra. En 1791 Lugi Galván realizo experimentos con piernas de rana, demostrando la relación entre la electricidad y el funcionamiento muscular, permitiendo formular su teoría sobre el sistema de realimentación humana. Esto seguramente sirvió de inspiración a Mary Shelley con su posterior obra Frankenstein.
Jacques Vaucanson fue un contemporáneo de Dross y considerado un genio de la ingeniería, construyo un pato mecánico el cual podía ingerir granos, digerirlos y después excretarlo además de caminar y mover sus alas como lo aria un pato real.
A finales de los años cuarenta el neurólogo Dr. Grey Walter construye una serie de tortugas electrónicas que eran sensibles a la luz y podían evitar obstáculos, además de tener cierta inteligencia ya que cuando sus pilas estaban bajas regresaba a su casita y se conectaban solas al zócalo de recarga.
En la década de los cincuentas se fundo una empresa llamada Unimation Inc. Por Joseph Engelbreger la cual se dedicaba a la fabricación de robots.
En 1954 se presenta la primera patente de robot industrial como un transportador de artículos programado (Programmed Article Transfer) por George C. Devol, considerado el padre de La robótica industrial. Años después Devol llama a este prototipo Unimation al cual para 1961 introduce a la Ford Motor Company para atender una maquina de fundición en troquel. Para 1978 desarrolla el robot Puma (Programmed Universal Machine for Essembly) para operaciones de ensamble.
En 1973 Se desarrollo en SRI el primer lenguaje de programación para computadoras nivel experimental llamado Wave, seguido del lenguaje Al y Val en 1974
En 1974 Asea introdujo el robot IRB6 de accionamiento eléctrico. Kawasaki bajo licencia de Unimation instala un robot soldador para las estructuras de las motocicletas. Cincinnati Milacron introduce el robot T3 en sus procesos el cual para 1978 se adapto para tareas de taladrado y manipulación de materiales. Olivetti desarrolla el robot Sigma para operaciones de montaje.
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En 1979 se desarrolla el robot tipo Scara (Selective Compliance Arm for Robotic Assembly) en la universidad de Yamanashi en Japón para operaciones de montaje, los cuales para 1981 se introducen al mercado.
DEFINICIÓNES
Mikell Groover, en su libro Automation, Production Systems and Computer Integrated Manufacturing, define al robot industrial Como:
"...una máquina programable, de propósito general, que posee ciertas características antropomórficas, es decir, con características basadas en la figura humana..."
Cabe destacar que la característica antropomórfica más común en nuestros días es la de un brazo mecánico, el cual realiza diversas tareas industriales.
La definición de un robot industrial de acuerdo a la Robotics Industries Association (RIA):
“...manipulador multifuncional programable diseñado para mover materiales, partes, herramientas
o dispositivos especiales a través de movimientos variables programados para la realización de
una variedad de tareas”
La organización internacional de estandarización (ISO), define al robot industrial como:
"...un manipulador controlado en posición programable, polivalente con varios grados de libertad, capaz de manipular materiales herramientas y dIspositivos especializados durante los movimientos variados y programados para la ejecución de una gran variedad de tareas"
La asociación japonesa de robótica industrial (JIRA), define a un robot como:
"...una máquina capaz de realizar movimientos versátiles similares a los de las extremidades superiores del humano, con cierta capacidad sensorial y de reconocimiento y que puede controlar su comportamiento"
Existen en el mercado diversas empresas dedicadas a la fabricación de robots industriales por lo que existen diferentes marcas y modelos. Estos últimos son normalmente asignados para identificarlos o de acuerdo a su función.
COMPONENTES
El componente principal lo constituye el manipulador, el cual consta de varias articulaciones y sus elementos. Las partes que conforman el manipulador reciben los nombres de: cuerpo, brazo, muñeca y efector final. Al efector final se le conoce comunmente como sujetador o gripper.
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Además del manipulador, los otros elementos que forman parte del robot son un controlador, mecanismos de entrada y salida de datos y dispositivos especiales. El controlador del robot, como su nombre lo indica, es el que controla cada uno de los movimientos del manipulador y guarda sus posiciones. El controlador recibe y envía señales a otras máquinas-herramientas (por sus entradas y salidas) y almacena programas.
Los mecanismos de entrada y salida, más comunes son: teclado, monitor y caja de comandos llamada "teach pendant".
En el dibujo anterior tenemos un controlador (computer module) que envía señales a los motores de cada uno de los ejes del robot, la caja de comandos ("teach pendant") la cual sirve para enseñarle las posiciones al manipulador del robot.
Los dispositivos de entrada y salida permiten introducir y, a su vez, ver los datos del controlador. Para mandar instrucciones al controlador y para dar de alta programas de control, comúnmente se utiliza una computadora adicional. Es necesario aclarar que algunos robots82únicamente poseen uno de estos componentes. En estos casos, uno de los componentes de entrada y salida permite la realización de todas las funciones. Esto lo podemos ver en el robot Júpiter y el robot Motoman el cual se puede programar utilizando el "teach pendant".
En el caso del robot del AS/RS, éste se puede programar y enseñar sus posiciones a través de un teclado y monitor conectado directamente al controlador.
En otros casos, es indispensable conectar una computadora al controlador del robot.
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Ejemplo de ello es el robot Move Master (Mitsubishi), el cual requiere una computadora externa para realizar y cargar los programas del controlador.
Señales de entrada y salida:
Las señales de entrada y salida se obtienen mediante tarjetas electrónicas instaladas en el controlador del robot las cuales le permiten tener comunicación con otras máquinas-herramientas. En la celda de manufactura, por ejemplo, se utilizan estas tarjetas para comunicar al robot con las máquinas de control numérico (torno y centro de maquinado). Estas tarjetas se componen de relevadores los cuales mandan señales eléctricas que después son interpretadas en un programa de control, estas señales nos permiten controlar cuando debe entrar el robot a cargar una pieza a la máquina, cuando debe empezar a funcionar la máquina o el robot, etc.
Dispositivos especiales
Entre los dispositivos especiales se encuentran los ejes que facilitan el movimiento transversal del manipulador y las estaciones de ensamble, que son utilizadas para sujetar las distintas piezas de trabajo.
Articulación y eslabones
Cada articulación provee al robot de al menos un "grado de libertad". En otras palabras, las articulaciones permiten al manipulador realizar movimientos:
-Lineales que pueden ser horizontales o verticales.-Por articulación.
Un robot industrial está construido de una serie de articulaciones (joints) y eslabones (links). Una articulación proporciona movimiento relativo entre los dos eslabones que une. Cada articulación le proporciona al83robot un grado de libertad (degree of freedom, dof).
Una característica importante en un robot es el número de grados de libertad que posee. A cada articulación están conectados dos eslabones, el eslabón de entrada y el eslabón de salida.
Las articulaciones pueden ser clasificadas en cinco tipos, de la cual dos proveen movimiento lineal y tres proporcionan movimiento de rotación.
Tipos de articulaciones
Articulación lineal, (linear joint)
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Movimiento deslizante lineal. Los ejes de los eslabones de entrada y salida son paralelos. Articulación tipo L.
Articulación ortogonal (orthogonal joint)Movimiento deslizante lineal. Los eslabones de entrada y salida son perpendiculares entre sí durante el movimiento. Articulación tipo O.
Articulación rotatoria (rotational joint)Movimiento rotatorio. El eje de rotación es perpendicular a los ejes de ambos eslabones. Articulación tipo R.
Articulación de torsión (twisting joint)Movimiento rotatorio. El eje de rotación es paralelo a los ejes de ambos eslabones. Articulación tipo T.
Articulación de revolución (revolving joint)Movimiento rotatorio. El eje de rotación es paralelo al eje del eslabón de entrada y perpendicular al eje del eslabón de salida. Articulación tipo V.
Organo terminal (End effector)
El efector final (gripper) es un dispositivo que se une a la muñeca del brazo del robot con la finalidad de activarlo para la realización de una tarea específica. La razón por la que existen distintos tipos de efectores finales es, precisamente, por las funciones que realizan. Los diversos tipos podemos dividirlos en dos grandes categorías:
En sujetadores o pinzas (grippers) y herramientas
Sujetadores son diseñados para recoger y manipular partes individuales.
Herramientas realizan operaciones particulares.
Los tipos de pinzas más comunes pertenecen al tipo llamado pivotante. Los dedos de la pinza giran en relación con los puntos fijos del pivote. De esta manera, la pinza se abre y se cierra. Otro tipo de pinzas se denominan de movimiento lineal. En este caso, los84dedos se abren y se cierran ejecutando un movimiento paralelo entre sí.
Al momento de diseñar una pinza deben tomarse en cuenta la forma y peso de la pieza de trabajo así como el tipo de movimiento que harán los dedos y el acceso a la pieza por manipular. Con estos lineamientos, se puede asegurar una buena sujeción, de tal forma que la pinza no modifique o dañe la estructura de la pieza. Una regla general es que la pinza debe sujetar a la pieza de trabajo de su centro de gravedad, esto ocasiona que se anulen los momentos que se pudieran generar por el peso de la pieza de trabajo.
Para reducir los tiempos de ciclo en operaciones de carga y descarga de piezas a máquinas-herramientas se pueden diseñar efectores finales con doble pinza.
Existen otros tipos de pinzas como ventosas, pinzas magnéticas y pinzas adhesivas. Dependiendo de la aplicación se puede sustituir las pinzas por herramientas. Ejemplo: un tipo robot SCARA o uno de brazo articulado puede ser adaptado para sujetar una herramienta como
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un desarmador, un soplete de soldadura, una pistola de pintura por pulverización de aire comprimido, una rectificadora, un esmeril, un soplete para corte por arco plasma, entre otras aplicaciones.
Grados de libertad.
Sin duda, una de las principales características que definen a los robots lo constituye los "grados de libertad" que posea. Hablar de "grados de libertad" equivale a decir número y tipo de movimientos del manipulador.
Observando los movimientos del brazo y de la muñeca, podemos determinar el número de grados de libertad que presenta un robot.
Generalmente, tanto en el brazo como en la muñeca, se encuentra una variación que va desde uno hasta los tres grados de libertad.
A la muñeca de un manipulador le corresponden los siguientes movimientos o grados de libertad: giro (hand rotate), elevación (wrist flex) y desviación(wrist rotate). Cabe hacer notar que existen muñecas que no pueden realizar los tres tipos de movimiento.
Los grados de libertad del brazo de un manipulador están directaMente relacionados con su anatomía, o configuración y se determinan por los movimientos que ejecutan el brazo y la muñeca del robot que pueden ser de uno a tres cada uno.
Tipos de configuraciones.
Cuando se habla de la configuración de un robot, se habla de la forma física que se le ha dado al brazo del robot. La configuración del robot determina sus características de desempeño tales como:
velocidad,
precisión,
capacidad de carga
sistemas de accionamiento
sistema de control
Las configuraciones comúnmente encontradas en robots industriales comerciales son:
Cartesiana
Cilíndrica
Polar
Brazo articulado
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SCARA.
Configuración cartesiana.
Compuesto de 3 articulaciones deslizantes (2 ortogonales) Combinaciones LOO o OLO AS/RS Tipo especial de robot cartesiano
Posee tres movimientos lineales, es decir, tiene tres grados de libertad, los cuales corresponden a los movimientos localizados en los ejes X, Y Z.
Los movimientos que realiza este robot entre un punto y otro son con base en interpolaciones lineales.
Interpolación, en este caso, significa el tipo de trayectoria que realiza el manipulador cuando se desplaza entre un punto y otro.
A la trayectoria realizada en línea recta se le conoce como interpolación lineal y a la trayectoria hecha de acuerdo con el tipo de movimientos que tienen sus articulaciones se le llama interpolación por articulación.
Configuración cilíndrica
Una articulación de rotación Dos articulaciones deslizantes (de traslación) Combinaciones TLO o LVL
Puede realizar dos movimientos lineales y uno rotacional, o sea, que presenta tres grados de libertad.
El robot de configuración cilíndrica está diseñado para ejecutar los movimientos conocidos como interpolación lineal e interpolación por articulación.
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La interpolación por articulación se lleva a cabo por medio de la primera articulación, ya que ésta puede realizar un movimiento rotacional
Configuración polar o esférica.
Una articulacIón deslizante Dos articulaciones de rotación Combinación TRL.
Tiene varias articulaciones. Cada una de ellas puede realizar un movimiento distinto: rotacional, angular y lineal. Este robot utiliza la interpolación por articulación para moverse en sus dos primeras articulaciones y la interpolación lineal para la extensión y retracción.
Configuración angular o de brazo articulado.
Configuración del brazo humano. Tres articulaciones de rotación (Cintura, hombro y codo). Combinaciones TRR o VVR
Presenta una articulación con movimiento rotacional y dos angulares. Aunque el brazo articulado puede realizar el movimiento llamado interpolación lineal (para lo cual requiere mover simultáneamente dos o tres de sus articulaciones), el movimiento natural es el de interpolación por articulación, tanto rotacional como angular.
Ejemplo de un robot de configuración angular:
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Configuración tipo Scara.
Además de las cuatro configuraciones clásicas mencionadas, existen otras configuraciones llamadas no clásicas. El ejemplo más común de una configuración no clásica lo representa el robot tipo SCARA, cuyas siglas significan: Selective apliance arm robot for asembly.
Selective Compliance Assembly Robot Arm (configuración rígida en una dirección y flexible en otra) Combinación VRO
Este brazo puede realizar movimiento horizontal de mayor alcance debido a sus dos articulaciones rotacionales. El robot de configuración SCARA también puede hacer un movimiento lineal (mediante su tercer articulación).
Ejemplo de un robot SCARA:
CLASIFICACION DE ACUERDO AL TIPO DE CONTROL
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De secuencia limitada.
El robot se mueve a los punto deseados controlado por elementos electromecánicos como son
interruptores de fin de carrera que controlan el inicio y final de los desplazamientos. Estos robots
pertenecen a la primer generación, y no disponen de un control formal.
Punto-a-punto (point-to-point)
El robot se mueve a los punto programados. La trayectoria que sigue el robot para moverse de
un punto a otro no es controlable. Estos robots ya disponen de un control formal pero muy
limitado, característico de los primeros robots de segunda generación.
Aplicaciones típicas: Soldadura de puntos, carga/descarga de máquinas-herramienta,
operaciones de taladrado.
Trayectoria continua (continuous-path)
La trayectoria del robot es continuamente controlada. Se emplea cuando se requiere que el
efector final (end effector) sigua una trayectoria definida, generalmente una trayectoria irregular.
El control que incorporan es más complejo, funciona en tiempo real y en ambiente multitarea.
Aplicaciones típicas: pintura con pistola, operaciones de acabado (remoción de rebabas),
soldadura de arco eléctrico.
Robot inteligente.
Este tipo de robot es muy versátil, incorpora sensores a través de los cuales obtiene
información de su campo de trabajo para interactuar y tomar decisiones de cómo procesar y
ejecutar sus rutinas de movimiento. Este robot pertenece a la tercer generación.
Volumen de Trabajo
Para acercarnos más al conocimiento de los robots industriales, es preciso tocar el tema que se refiere al volumen de trabajo y la precisión de movimiento.
Entre las características que identifican a un robot se encuentran su volumen de trabajo y ciertos parámetros como el control de resolución, la exactitud y la repetibilidad.
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El volumen de trabajo de un robot se refiere únicamente al espacio dentro del cual puede desplazarse el extremo de su muñeca. Para determinar el volumen de trabajo no se toma en cuenta el efector final.
La razón de ello es que a la muñeca del robot se le pueden adaptar gripers de distintos tamaños.
Para ilustrar lo que se conoce como volumen de trabajo regular y volumen de trabajo irregular, tomaremos como modelos varios robots.
El robot cartesiano y el robot cilíndrico presentan volúmenes de trabajo regulares. El robot cartesiano genera una figura cúbica. 90El robot de configuración cilíndrica presenta un volumen de trabajo parecido a un cilindro (normalmente este robot no tiene una rotación de 360°) . Por su parte, los robots que poseen una configuración polar, los de brazo articulado y los modelos SCARA presentan un volumen de trabajo irregular.
Precisión de Movimientos.
La precisión de movimientos en un robot industrial depende de tres factores: la resolución espacial, la exactitud y la repetibilidad.
La resolución espacial se define como el incremento más pequeño de movimiento que puede ejecutar un robot.
La resolución espacial depende directamente del control del sistema y de las inexactitudes mecánicas del robot. La resolución espacial depende del control del sistema, es el medio para controlar todos los incrementos individuales de una articulación. Las inexactitudes mecánicas se encuentran estrechamente relacionadas con la calidad de los componentes que conforman las uniones y las articulaciones. Como ejemplos de inexactitudes mecánicas pueden citarse la holgura de los engranes, las tensiones en las poleas, las fugas de fluidos, etcétera.
La exactitud se refiere a la capacidad de un robot para situar el extremo de su muñeca en un punto señalado dentro del volumen de trabajo. La exactitud mantiene una relación directa con la resolución espacial, es decir, con la capacidad del control del robot de dividir en incrementos muy pequeños el volumen de trabajo.
Un robot presenta una mayor exactitud cuando su brazo opera cerca de la base. A medida que el brazo se aleja de la base, la exactitud se irá haciendo menor. Esto se debe a que las inexactitudes mecánicas se incrementan al ser extendido el brazo.
Otro factor que afecta a la exactitud es el peso de la carga, las cargas más pesadas reducen la exactitud (al incrementar las inexactitudes mecánicas).
El peso de la carga también afecta la velocidad de los movimientos del brazo y la resistencia mecánica.
La repetibilidad, el tercer y último factor, se refiere a la capacidad90del robot de regresar al punto que se le programó las veces que sean necesarias.
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Sistemas de Impulsión
Los más comunes son tres: impulsión hidráulica, impulsión eléctrica e impulsión neumática.
El sistema de impulsión hidráulica es en la que se utiliza un fluido, generalmente un tipo de aceite, para que el robot pueda movilizar sus mecanismos.
La impulsión hidráulica se utiliza para robots grandes, los cuales presentan mayor velocidad y mayor resistencia mecánica.
La impulsión eléctrica se utiliza para robots de tamaño mediano, pues éstos no requieren de tanta velocidad ni potencia como los robots diseñados para funcionar con impulsión hidráulica. Los robots que usan la energía eléctrica se caracterizan por una mayor exactitud y repetibilidad.
En la impulsión neumática se comprime el aire -abastecido por un compresor-, el cual viaja a través de mangueras. Los robots pequeños están diseñados para funcionar por medio de la impulsión neumática.
Los robots que funcionan con impulsión neumática están limitados a operaciones como la de tomar y situar ciertos elementos.
Es importante señalar que no todos los elementos que forman el robot pueden tener el mismo tipo de impulsión.
APLICACIONES TIPICAS
Las aplicaciones de los robots industriales pueden clasificarse en tres categorías:
1) Manejo de materiales
2) Operaciones de procesamiento
3) Ensamble e inspección
1) Manejo de materiales
El robot mueve materiales o partes de una localización a otra
El robot está equipado con sujetadores (grippers)
Dentro de esta categoría se incluyen:
Transporte de materiales
Carga y descarga de máquinas-herramienta
2) Operaciones de procesamiento
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El robot realiza una operación de procesado sobre la parte
El robot está equipado con una herramienta
Ejemplos de aplicaciones en esta categoría incluyen:
Soldadura de arco (arc welding)
Soldadura de puntos (spot welding)
Pintura con pistola
Operaciones de acabado (remoción de rebabas, pulido, etc.)
Taladrado
3) Ensamble e inspección
Combinación de las otras dos categoríAs. Pueden involucrar manejo de materiales y manipulación de una herramienta.
Los robots industriales generalmente trabajan con otras máquinas-herramientas como son los transportadores, las máquinas de control numérico, los dispositivos de fijación, etcétera.
De esta forma se integran células de trabajo. En estas células los robots pueden realizar operaciones de carga y descarga a máquinas-herramientas, Carga y descarga de materiales en sistemas tipo AS/RS.
Otras operaciones de manejo de materiales realizadas por robots incluyen empaque (en tarimas o pallets), Transporte de materiales. Así como operaciones de ensamble automatizado.
Las células de trabajo se aplican además en las operaciones de procesamiento. Las operaciones de procesamiento incluyen diferentes tipos de soldadura (de puntos, soldadura de arco), pintura y otros. Las aplicaciones de soldadura realizadas por robots son muy comunes en la industria automotriz.
Así como para la aplicación de diversos tipos de resinas.
También ciertas operaciones de mecanizado tales como la eliminación del exceso de material de una pieza utilizando para ello una herramienta de corte y otras aplicaciones.
Las células de trabajo se aplican en muchas otras operaciones: ensambles, remachados, estampados, corte por chorro de agua, sistemas de medición.
Los prototipos de robots que están actualmente en proceso de desarrollo en centros de investigación se caracterizan por presentar un mayor número de articulaciones así como diferentes tipos de configuraciones y controles inteligentes que les permitirán tomar sus propias decisiones. Así como robots móviles para ser utilizados en ambientes hostiles para el ser humano. SENSORES COMO ELEMENTOS PERIFERICOS
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Los sensores son dispositivos que permiten que las actividades del robot se coordinen con otras actividades dentro de una celda de fabricación y con su medio ambiente.
Transductores y sensores.
Transductor.- es un dispositivo que transforma un tipo de variable física (presión, temperatura, veloCidad, caudal, etc.) en otro.
Sensor.- es un transductor que se utiliza para medir una variable física de interés.
Algunos sensores y transductores son:
-Calibradores de tensión (miden fuerza y presión).-Termopares (temperatura).-Velocímetros (velocidad).-Tubo de pitot (pluso).
clasificación de los sensores y transductores.
Transductores analógicos:Proporcionan una señal analógica continua (voltaje, corriente eléctrica) esta señal se toma como el valor de la variable física que se mide.
Transductores digitales: Producen una señal de salida digital en la forma de un conjunto de bits de estado en paralelo o formando una serie de pulsaciones que pueden ser contadas.
Categorías generales de los sensores para aplicaciones en robótica.
1. - Sensores táctiles.2. - Sensores de proximidad y alcance.3. - Sensores diversos basados en sensores.4. - Sistema de visión de maquinas.
1- Sensores táctiles.
Son dispositivos que indican el contacto entre ellos mismos o algún otro objeto de salida.
a)- Sensores de contacto.
Estos envían señales binarias indicando cuando ha ocurrido el contacto entre 2 objetos sin importar la magnitud de la fuerza de contacto. Como ejemplos tenemos: interruptores de limite, micro interruptores, sistema de mediciones, etc.
b)- Sensores de fuerza.
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Estos permiten medir la fuerza aplicada para tomar objetos de diferentes tamaños y materiales diferentes, cargando/descargando de maquinas, ensamblaje, etc.Estos son de tipo analógicos y se utilizan:Cristales piezoeléctricos, galgas extensiométricos, etc.
Métodos para medir la fuerza de estos sensores.
1. -Muñeca detectora de fuerza:Es un dispositivo especial que se monta entre la muñeca y la pinza que detecta todos los movimientos y fuerzas actuantes, aplicados en la muñeca. 2. -Detección de articulaciones:Esta técnica mide la caída de tensión en las articulaciones en una situación dada.
3. -Sensores de arreglo táctil.Es un sensor especial al cual esta constituido por una matriz de elementos de detección de Fuerza.
Estos sensores tienen la característica de:
a)- Detectar la presencia de un objeto.b)- Determinar el área de contacto.c)- La forma, localización y orientación del objeto.d)- La presión y distribución de la presión.e)- La magnitud de la fuerza y su localización.
Estos se montan en los dedos del robot o en la mesa de trabajo como una superficie táctil plana. Estos se componen de almohadillas elastométricas conductoras que al comprimirse cambia su resistencia eléctrica en respuesta a la magnitud de la desviación que es proporcional a la fuerza aplicada.
2. - Sensores de proximidad y alcance.
Sensores de proximidad.- Indican cuando un objeto esta próximo a otro.
Sensores de alcance.- Estos se utilizan para medir la distancia entre el objeto y el sensor.
Regularmente estos sensores se montan en las muñecas del robot para determinar la presencia o ausencia de una pieza de trabajo u otro objeto como la de detector personas dentro de la celda de trabajo del robot.
Sensores de proximidad ópticos.
* De luz visible* De luz invisible(infrarrojos)
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Los sensores infrarrojos se clasifican en: * Sensor activo o de reflectancia infrarroja.- Estos responden a la reflexión de un haz de luz enviado contra un blanco, indicando la presencia de la pieza y su posición.
* Sensor pasivo.- Estos detectan la presencia de radiación infrarroja en su entorno, a trabes del calor que emiten los cuerpos.
Dispositivos acústicos.
Utiliza frecuencias ultrasónicas (arriba de los 20000 hrz) las cuales son emitidas y recogidas por un dispositivo receptor para su análisis en función del cambio del patrón de sonido. Estos se utilizan también como sensores d alcance.
Uso de campos eléctricos.
* De corrientes parásitas.- Inducen corrientes parásitas sobre un objeto metálico, las cuales crean campos magnéticos sensor alterno que interaccionan con el campo magnético primario cambiando la densidad de flujo, la cual es detectada por una sonda indicando la presencia del objeto.
* De campos magnéticos.- Utilizan un conmutador de laminas y de un imán permanente, en donde el imán puede ser parte del objeto que se manipula o parte del sensor.
Usos de los sensores
Las aplicaciones generales de los Sensores se pueden dividir en 4 categorías:
Vigilancia y seguridad. Enclavamiento. Inspección de piezas en control de calidad. Determinación de posiciones en la celda de trabajo.
SISTEMAS DE VISION
Los sistemas de visión para robots se puede definir como un proceso de extracción, caracterización e interpretación a través de imágenes tridimensionales captadas en el entorno o campo de trabajo del robot.
Este proceso se subdivide en seis áreas principales. Detección. Preprocesamiento. Segmentación. Descripción. Reconocimiento. Interpretación.
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Aplicaciones.
Inspección y control de calidad. Reconocimiento y clasificación Orientación de robots. Control de procesos. Mediciones.
Componentes de un sistema de visión típico.
Luz. Lente. Cámara. Convertidor A/D. Unidad de preprocesamiento. Computadoras. Controladores. Pantalla de luz. Robot.
METODOS DE PROGRAMACIÓN DE ROBOTS
El programa de un robot incluye:
La trayectoria en el espacio que debe ser seguida por el manipulador
Acciones periféricas que complementan el ciclo de trabajo
Las acciones periféricas incluyen:
Abrir / cerrar los sujetadores (grippers)
Comunicación con otros equipos
Toma de decisiones
En la actualidad existen dos métodos generales para la programación de robots.
* Métodos gestuales o directos o Guiados (leadthrough)
* Métodos textuales.
La programación guiada y la que emplea algún lenguaje (textual) son los dos métodos más
utilizados actualmente.
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Métodos directos
La principal desventaja con el método guiado y el que utiliza algún lenguaje de programación es
que el robot tiene que ser sacado de producción por un periodo de tiempo para realizar la
programación.
En la programación fuera-de-línea, los programas son preparados en una computadora sin
interrumpir la producción.
La programación guiada requiere que el operador mueva el robot a trAvés de la trayectoria
deseada. Simultáneamente el programa es introducido en la memoria del controlador.
En el método directo el manipulador se mueve a lo largo de la trayectoria deseada para definir los puntos o posiciones deseadas las cuales serán almacenadas en el controlador del robot.
Hay dos métodos para realizar el ciclo de movimientos del robot:
Guiado accionado (powered leadthrough)
Guiado manual (manual leadthrough)
Guiado motorizado (powered leadthrough)
Este método de programación es empleado para robots con control de punto-a-punto (point-
to-point)
Se utiliza una caja de control manual (teach pendant)
El programador mueve el brazo robótico a las posiciones deseadas, en secuencia, y graba
las posiciones en memoria.
Guiado manual (manual leadthrough)
Este método es adecuado para la programación de robots con control de trayectoria
continua (continuous-path).
El programador sujeta el extremo del brazo y manualmente lo mueve a través de la
trayectoria.
Cuando el peso del brazo es excesivo se utiliza un brazo especial durante el proceso de
“enseñanza”. Este brazo tiene la misma configuración del robot.
La trayectoria es grabada como una serie de puntos con una separación muy pequeña.
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El control manual (teach pendant) ofrece tres alternativas de movimiento:
Articulaciones (joint control)
Sistema de coordenadas mundial (world coordinate system)
Sistema de coordenadas de la herramienta (tool coordinate system)
VENTAJAS / DESVENTAJAS
Ventajas
Fácil de aprender por el personal de taller
El programador no requiere tener conocimientos de programación
Desventajas
Interrupción de producción durante la programación del robot. Por lo tanto la programación
guiada:
Limitada para altos volúmenes de producción
Inapropiada para producción de lotes pequeños
Programación limitada a los comandos incluídos en el control manual (teach pendant)
Incompatibilidad con tecnología computacional tal como CAD/CAM
Métodos textuales
La programación se realiza en una computadora remota sin necesidad de interrumpir la
operacióN del robot.
No es necesario localizar físicamente las posiciones a las cuales se moverá el robot.
Los paquetes computacionales comerciales para programación robots fuera-de-línea están
basados en sistemas CAD/CAM. Algunos paquetes comerciales: PLACE, Robographix, Robo-SIM
y Robo-CAM.
El empleo de lenguajes de programación permite:
Uso de sensores
Comunicación con otros equipos
Cálculo y procesamiento de datos
Lenguajes comerciales:
VAL II (Unimation)
AML (IBM)
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RAIL (Automatrix )
HELP (General Electric)
La programación del robot involucra una combinación de comandos de texto y el método guiado
(on-line/off line programming).
La posición y orientación del robot se obtienen utilizando el método guiado. La programación se
hace posteriormente fuera-de-línea.
Comandos típicos: MOVE, WAIT, DELAY, OPENI, CLOSEI, DELAY, SIGNAL, SPEED, APPROACH, DEPART, PATH, etc.
Características de los métodos de programación.
Formas de movimiento.
Articulados. Lineales (x, y, z.) De coordenadas de herramientas.
Tipos de interpolación.
Circular. Lineal. De articulación. Movimientos suaves irregulares.
Pueden ejecutar funciones de Enclavamientos.
LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN PARA ROBOTS
Un lenguaje de este tipo debe ser capaz de soportar la programación del robot, controlar el manipulador, interaccionar con los periféricos, y transmitir y recibir datos de otros sistemas computarizados.
El sistema operativo es el software que soporta el funcionamiento interno del sistema, facilita la comunicación con el usuario y con los dispositivos periféricos asociados.
Los modos operativos básicos son:
- Modalidad monitor.- Modalidad ejecución.- Modalidad edición.
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Elementos y funciones de los lenguajes de programación.
Constantes y variablesLos valores constantes no cambian durante la ejecución de un programa.Las variables asumen valores diferentes durante el desarrollo de un programa.
Ordenes de movimiento y velocidad
Move a1.- Movimiento libre al punto a1.Moves a1.- Interpolación lineal hacia el punto a1.Move a1 Vía az.- Movimiento al punto a1 pasando por az.Dmove (1,10).- Mueve la articulación 1 10 plg.Speed 60 .- Velocidad definida en 60 plg/seg.Speed 70 .- Velocidad definida al 70%.
Ordenes de sensores y efectores finales
Signal.- Ordena al control enviar una señal.Wait.- Indica tiempo de espera en la posición actual del robot hasta recibir una señal. Open.- Abrir mordaza.Close.- Cerrar mordaza.
Cálculos y operaciones
El control puede realizar operaciones matemáticas como: Aritméticos. Trigonometricas. Lógicas. Logarítmicas y exponenciales. Etc.
Control de programas y subrutinas.
Goto, Gosub, lebel, do, for, else, endfor, etc.
Ordenes en modalidad monitor.Edit, exit, store, read, dir, list, print, delete, abort, stop, etc.
Unidad VEL MANEJO DE MATERIALES AUTOMATIZADO
El costo del manejo de materiales es una porción significante del costo total de producción. Las estimaciones del costo del manejo ocupan un costo tan alto como dos – terceras partes del costo industrial total. Este fragmento varía dependiendo del tipo y cantidad de producción y el grado de
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automatización en la función del manejo de materiales. Para un almacenamiento y facilidad de la distribución la función del manejo constituye la mayoría del costo.
Existen varios tipos de sistemas de manejo de materiales entre los que se incluyen: Mecanismos de transferencia en las líneas de flujo automatizadas. Uso de bandas transportadoras en líneas de ensamble. Dispositivos de alimentación de partes. Alimentadores en centros de maquinado. Uso de robots industriales para el manejo de materiales.
LA FUNCIÓN DEL MANEJO DE MATERIALES.
El propósito del manejo de materiales en una fábrica es mover las materias primas, trabajos en proceso, partes acabadas, herramientas, y suministros de un lugar a otro. El manejo de materiales debe realizarse en forma segura, eficaz(a costo bajo), de una manera oportuna, con precisión (los materiales adecuados, en las cantidades correctas, en la situación correcta), y sin daño a lOs materiales.
La función del manejo de materiales también se preocupa por el almacenamiento del material y control del material. La función del almacenamiento y algunos de los métodos importantes por automatizarlo son considerados en el siguiente capítulo.
La función del control de material se preocupa por la identificación de los varios materiales en el manejo del sistema, las asignaciones de rutas y la planificación de sus movimientos. En más operaciones de la fábrica, es importante que el origen, la situación actual y el destino futuro de los materiales se conozcan. El control o mando estable en el sistema de la empresa generalmente se usa para llevar a cabo esta función, manteniendo los archivos exactos, completos y actualizados, en todos los materiales de la fábrica. Este mando a veces se aumenta por medio de un sistema de identificación automático cuyo propósito es el identificar las partes así como movimientos o almacenamientos.
TIPOS DE EQUIPO EN EL MANEJO DE MATERIALES.
Hay una gran variedad de equipo en el manejo de materiales comercialmente disponibles. Los equipos pueden ser divididos en las seis categorías presentadas en la Tabla 1. Las primeras tres categorías casi siempre son operadas manualmente. Los planes básicos para muchos de los equipos en estas categorías han permanecido durante muchas décadas.
Las categorías 4 y 5 son considerados dentro del dominio de sistemas automatizados, porque ambas son favorablemente mecanizadas y / o automatizadas y porque se usan en los sistemas de la producción automatizado. Como lo indicado en la Tabla 1, los transportadores pueden ser manejados por gravedad o por impulso. Ambos tipos, pero sobre todo los transportadores por impulso, frecuentemente se usan como componentes en los sistemas automatizados del movimiento y almacenamiento de materiales. Los sistemas de los transportadores son típicamente asociados con la alta producción en el flujo de materiales que están a lo largo de un camino fijo. Los sistemas del vehículo guiados automáticameNte (AGVS) representan medios más versátiles de mover los materiales automáticamente. Un AGVS es conveniente en aplicaciones dónde deben moverse los diferentes materiales de los varios puntos de carga a los varios puntos de descarga. El AGVS sostiene la promesa de ser un medio conveniente de
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automatizar la función del manejo de materiales en la producción de lotes y las tiendas de trabajo iguales.
TABLA 1: TIPOS DE EQUIPO EN EL MANEJO DE MATERIALES.
1. - Carretillas de mano: Son plataformas con ruedas para el movimiento manual de artículos, la unidad carga y los materiales a granel. Los ejemplos incluyen carretillas de mano, los camiones de ruedas, mano-alzamiento o por operación de carretilla.
2. - Carretillas impulsadas motorizadas: Son vehículo de plataforma impulsada que se utilizan para el movimiento de artículos como la unidad de carga y el material a granel. Estos son manejados por seres humanos y pueden ser impulsados por baterías, gasolina, o gas propano. Los ejemplos incluyen el walkie transportador, el forklift transportador en camión, sideloaders, tractor-remolque y los camiones de grúa industriales.
3. - Grúas monorriel: Son dispositivos que se utilizan normalmente para operaciones manuales, diseño para subir, bajar y transportar objetos pesados. Los ejemplos incluyen las grúas de puente, el caballete con grúa, las vías de un solo riel suspendidas etc. 4. - Bandas transportadoras: Las bandas transportadoras se diseñan para mover los materiales entre puntos específicos sobre un camino fijo, generalmente en grandes cantidades o volúmenes. Los ejemplos incluyen transportadores por gravedad (rampas de gravedad, rodillos) y transportadores por impulso (los rodillos, el cinturón, la cadena sobre la cabeza, en el remolque de suelo entre otros.
5. - Los sistemas del vehículo guiados automáticamente (AGVS): Impulsados por baterías, son vehículos automáticamente dirigidos están diseñados para seguir trayectorias definidas. Algunos son capaces de cargar automáticamente y descargar las102cargas de la unidad. Normalmente unido con otros sistemas automatizados. Los ejemplos incluyen el driverless, la paleta transportada en carretilla y transportadores de carga de unidad.
6. - Otro equipo del manejo: La categoría miscelánea para cubrir los muchos otros tipos de hardware que se usa para el manejo de materiales. Los ejemplos incluyen:
A los robots industriales. La mesa de posicionamiento. Mecanismos de transferencia usados en las líneas de flujo automatizadas. Los elevadores. Alimentadores de partes y dispositivos de entrega. Las tuberías. Los recipientes (las paletas, los cestos, las cacerolas. etc. ) Los tractores o remolques y los trenes.
CONSIDERACIÓN DE LOS MATERIALES Y CONDICIONES DE MOVIMIENTO
Una característica obvia para la clasificación de un material es según su forma física: sólido, líquido o gas. Una segunda característica es si el material será movido a granel o como pedazos
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individuales. Todavía una tercera característica es si el material será movido en alguna forma de recipiente (por ejemplo: los tambores para los líquidos, tanques para los gases, cacerolas de sólidos individuales, bolsas para los sólidos granulares). El plan del sistema del manejo material se influencia por estos tipos de factores. Si el material bajo consideración es un líquido y será movido a granel con una distancia larga, la tubería debería darse como consideración seria. Para los propósitos de manejar los materiales pueden ser clasificados por las características físicas presentadas en la Tabla 2.
TABLA 2, CARACTERÍSTICAS DE MATERIALES
CATEGORIAS MEDIDAS O DESCRIPTORES Forma física Sólido Líquido Gas
Tamaño Longitud Anchura Altura Volumen Peso Peso por el pedazo Peso por el volumen de la unidad
Forma Largo y Plano Redondo Cuadrado Riesgo de daño Frágil Quebradizo Fornido Seguridad de riesgo Explosivo Tóxico Corrosivo Condición Caliente Húmedo Sucio Pegajoso
Además de estas características del material, hay otros factores a considerar analizando los requisitos del sistema. Estos otros factores relacionan al movimiento y se ocupan de las condiciones en lugar del propio material. Se incluyen:
La cantidad de material a moverse La proporción de flujo requerido
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La planificación de los movimientos La ruta por la que los materiales serán movidos Los factores misceláneos
La urgencia de los movimientos (los trabajos rápidos) afecta el costo de un movimiento. La estacionalidad también es un factor en esta categoría. Si el producto es estacional y se ocupa sólo 6 meses del año, sería difícil de justificar un sistema de manejo automatizado dedicado a ese producto, porque el sistema estaría ocioso los otros 6 meses.
LOS PRINCIPIOS DE MANEJO MATERIAL
Los Principios para el Manejo Material adoptada en junio de 1966 por El Comité de la Industria en la Educación de Manejo de Materiales (patrocinado por El Instituto del Manejo de Materiales. Inc. y la Sociedad Internacional de Dirección de Materiales) . Estos principios se han tomado de esta lista de 20 principios y lo hemos revisado para compilar los principios presentados en la Tabla 14.6. Nuestra lista se piensa más específicamente como una guía en la planificación de un sistema del manejo automatizado. Uno del más importante de los principios es el principio de unidad de carga.
Tabla 14.6 Principios de Manejo de Material
Principio de Unidad de Carga. Los materiales que serán movidos deben agregarse en una unidad grande, y el tamaño de la unidad debe ser el mismo para todos los materiales. Los materiales se ponen típicamente en una paleta u otro recipiente de tamaño estándar según la conveniencia de su manejo. Los materiales y recipiente conforman la unidad de carga. La unidad de carga debe ser tan grande como práCtica. Avoid las cargas parciales. Transporte la carga de la unidad llena siempre que sea posible en lugar de las cargas parciales. Cargue el equipo del manejo material a su límite seguro máximo. Principio de la Distancia más corta. Los movimientos de materiales deben procurar las distancias más cortas posibles. La realización de éste principio generalmente depende del plan del esquema de planta. Derecho - la regla de flujo de línea. El camino del manejo del material debe ser una línea recta del punto de origen al punto destino. Esta regla es consistente con el principio de distancia más corta. Principio del mínimo tiempo final. El movimiento de una unidad de carga consiste en el tiempo del movimiento más el tiempo requerido por cargar, descargar, y otras actividades que no incluye el transporte real de los materiales. Minimice estos tiempos del no-movimiento. El principio de Gravedad. Use la gravedad para ayudar al movimiento de materiales a la magnitud posible, al mismo tiempo considerando la seguridad y riesgo de daño del producto. Acarreo de la carga en ambas direcciones. El sistema del manejo debe diseñarse y debe fijarse, a la magnitud posible, para llevar las cargas en ambas direcciones. Devolver los viajes con las cargas vacías es malgastador. El principio de Mecanización. El manejo manual de materiales debe evitarse. El proceso del manejo debe mecanizarse donde sea posible para aumentar eficacia y economía.
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El principio de Sistemas. Integre el sistema de manejo de materiales con otros sistemas para facilidad, incluyendo la recepción, inspección, almacenamiento, producción, empaquetamiento, almacenaje, envío y transporte. Principio de sistemas de flujo. Integre el flujo de material con el flujo de información en el manejo y almacenamiento de sistemas. Los información para cada artículo movido deben incluir la identificación, el punto de origen y punto destino. El principio de orientación de parte. En los sistemas de la producción automatizados, la orientación de la parte de trabajo debe ser establEcida y debe mantener a lo largo del proceso del manejo material.
BANDAS TRANSPORTADORAS
Un sistema transportador se usa cuando deben moverse los materiales en cantidades relativamente grandes entre situaciones específicas sobre una trayectoria fija. La mayoría de las bandas transportadoras se usan para mover las cargas a lo largo de rutas; otros transportadores usan la gravedad para mover carga de un punto alto a uno mas bajo. Con respecto a las características listadas en la Tabla 2, los transportadores tienen los atributos siguientes: Generalmente son mecánicos, y algunas veces automáticos. Son fijos - en - la posición para establecer los caminos. Puede ser montados sobre el piso o sobre la cabeza. Casi siempre se limitan a uno - el flujo direccional de materiales. Generalmente mueven cargas discretas, pero pueden usarse ciertos tipos para mover volumen o cargas continuas. Pueden usarse para cualquier entrega sola ó entrega más el almacenamiento de artículos.
TIPOS DE BANDAS TRANSPORTADORAS Las bandas transportadoras (conveyors) se clasifican en:
De rodillos.- Ésta es una forma muy común de bandas transportadoras, consiste en una serie de tubos (los rodillos) dispuestos en forma perpendicular a la dirección de viaje. Los rodillos se empotran en marcos fijos que elevan el camino sobre el nivel del suelo de varias pulgadas a varios pies. Sobre estos se depositan las cacerolas, cestos o cajas que llevan las cargas, desplazándose hacia delante sobre los rodillos.
De patín.- Éstos son similares en el funcionamiento a los transportadores del rodillo. Sin embargo, en lugar de los rodillos, se usan ruedas del patín que giran sobre flechas conectadas a un marco sobre la que se depositan las cacerolas u otros recipientes.
De Cinturón.- Este tipo está disponible en dos formas comunes: los cinturones llanos y los de correa para los materiales a granel. Se ponen los materiales en la superficie del cinturón los cuales viajan encima de la cinta. El cinturón se coloca una vuelta continua para que la Mitad de su longitud pueda usarse para entregar los materiales, y la otra mitad es la carrera del retorno (normalmente vacío). En los extremos del transportador se localizan los rodillos impulsores, encargados de darle movimiento a la cinta.
Los transportadores de Cadena.- Similar al anterior solo que aquí se utilizan una tira de alambre entrelazado formando la banda.
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Los transportadores de tablilla.- Estos transportador usa plataformas individuales o tablillas de madera que se conectan a una cadena que esta en continuo movimiento. Se ponen las cargas en la superficie llana de las tablillas trasportándolas a lo largo de la ruta establecida.
Tranvía transportadora.- Consiste en un carruaje con ruedas que corre en un riel y sobre esta de depositan las cargas. Un transportador del tranvía consiste en tranvías múltiples, espaciados igualmente a lo largo del sistema ferroviario por medio de una cadena interminable o cable. La cadena o el cable se ata a una rueda del carruaje la cual proporciona el poder al sistema. El camino. Es determinado por la configuración del sistema ferroviario.
De Carreta - Estos sistemas de transporte usan carretas individuales sobre la que se deposita la carga Las carretas se impulsan individualmente; a través un tubo rodando localizado en la parte inferir de las carretas y corre en forma paralela a estas. Cada carro cuenta con rueda de impulso la cual esta en contacto con el tubo lo que permite el movimiento del vehículo hacia adelante. La velocidad de la carreta se controla regulando el ángulo de contacto entre la rueda de impulso el tubo. Cuando la rueda es perpendicular al tubo. La carreta no se mueve. Cuando el ángulo se aumenta 45 grados, aumenta de velocidad. Uno de las ventajas de la carreta comparados a muchos otros sistemas transportadores son que las carretas pueden lograr exactitudes relativamente altas de posición. Esto permite su uso por posicionar el trabajo durante la producción.
Otros tipos. Hay otros tipos de transportadores, quizás de importancia menor para nueStros propósitos en la automatización. Los otros tipos incluyen las cascadas, rampas, los tubos, los transportadores del tornillo, los sistemas vibrantes, y los transportadores verticales.
SISTEMAS DEL VEHÍCULO GUIADOS AUTOMATIZADOS
Un sistema de vehículo guiado automatizado (AGVS) es un sistema de manejo de materiales que funciona en forma independientemente, son vehículos que se guían a lo largo de las sendas definidas en el suelo. Los vehículos se impulsan por medio de baterías lo que permiten autonomías de funcionamiento durante varias horas( 8 a 16 horas son típicas. El funcionamiento de estos se realiza a través de alambres empotrados en el suelo o la pintura reflexiva en la superficie del suelo. El movimiento se logra por los Sensores localizados en los vehículos que pueden seguir la guía de alambre o la pintura.
Hay varios tipos diferentes de AGVS los cuales operan según la descripción precedente. Los tipos pueden ser clasificados como sigue:
Tren sin conductos.- Este tipo consiste en un vehículo de remolque que tira uno o más remolques para formar un tren. Fue el primer tipo de AGVS por ser introducido y todavía es popular. Es útil en aplicaciones para cargas pesadas y grandes distancias. Camión de paleta (montacargas).- Estos se usan para mover las cargas en operaciones de peletizados a lo largo de las rutas predeterminadas. Estos son conducidos por obreros los cuales guían el camión para dejar o recoger la carga. La capacidad de un AGVS de paletas 6000 lb., Y algunos camiones son capaces de manejar dos paletas en lugar de una. Una más reciente introducción relacionada al camión de la paleta es el forklift AGV. Este vehículo puede lograr movimiento vertical significante de sus tenedores para alcanzar las cargas en los estantes.
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Unidad Transportadora de carga.- Este tipo de AGVS se usa para mover las cargas de la unidad de una estación a otra estación. Están a menudo provistos para la carga y descarga automática por medio de los rodillos impulsados, cinturones mudanza, plataformas de107alzamiento mecanizadas, u otros dispositivos. Las variaciones de la unidad transportadora de carga incluye la carga ligera AGVS y la línea de montaje AGVS. La carga ligera AGV es un vehículo relativamente pequeño con una capacidad de carga ligera correspondiente (típicamente 500 lb. o menos). No requiere la misma anchura del pasillo grande como el AGV convencional. Los vehículos guía de carga ligera se diseñan para mover las cargas pequeñas (partes simples, cestos pequeños o lleva cacerolas de partes, etc.) a través de plantas de tamaño limitado comprometido en la fabricación ligera
La tecnología de AGVS esta lejos de madurar, y la industria está trabajando para desarrollar los nuevos sistemas en respuesta a los requerimientos de nuevas aplicaciones. Un ejemplo de un nuevo y evolutivo plan de AGVS involucra la colocación de un manipulador robótico, en un vehículo guiado automatizado para mantener un robot móvil realizando las tareas complejas del manejo a las variadas situaciones en una planta. Éstos vehículos del robot se han visto tan útiles en los cuartos limpios en la industria del semiconductor.
LAS APLICACIONES
Agrupamos las aplicaciones en las siguientes cinco categorías:
1. Funcionamiento del tren sin Conductor. Estas aplicaciones involucran el movimiento de cantidades grandes de materiales con distancias relativamente grandes. Por ejemplo, los movimientos están dentro de un almacén grande o fábrica de construcción, o entre los edificios en un depósito del almacenamiento grande. Para el movimiento de trenes que consisten en 5 a 10 remolques, éste se vuelve un método eficiente del manejo. 2. Los sistemas de Almacenamiento/Distribución. Se usan típicamente transportadores de Unidad de carga y cabezales de paleta. Estas operaciones de almacenamiento y distribución involucran el movimiento de materiales en la unidad de carga (a veces se mueven los artículos individuales) de o a las situaciones específicas. Las aplicaciones unen a menudo el AGVS con algún otro manejo automatizado o sistema dEl almacenamiento, como los AS/ RS en un centro de distribución. El AGVS entrega los artículos entrantes o la unidad de carga (contenidas en las paletas) del andén receptor al AS / RS que pone los artículos en el almacenamiento y el AS / RS recupera la carga de la paleta individual o artículos del almacenamiento y los transfiere a los vehículos para la entrega al andén del envío. Cuando las proporciones de cargas entrantes y las cargas salientes están en el equilibrio, este modo de funcionamiento permite a las cargas ser llevadas en ambas direcciones por los vehículos de AGVS, mientras por eso aumenta la eficacia del sistema de manejo.
3. Las operaciones de línea de ensamble. Los sistemas AGV son usados en un número creciente de aplicaciones en líneas de ensamble, basado en una tendencia que empezó en Europa. En estas aplicaciones, la proporción de la producción es relativamente baja (quizás 4 a 10 min. Por la estación en la línea) y hay una variedad de modelos diferentes hecha en la línea de la producción.
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4. Los sistemas de Manufactura flexibles. Otra creciente aplicación de la tecnología de AGVS está en los sistemas de Manufactura flexibles (FMS. En esta aplicación, los vehículos guiados se usan como el Sistema de Manejo de Materiales en el FMS.
5. Las aplicaciones misceláneas. Otras aplicaciones del sistema de vehículo guiados automáticamente incluyen aplicaciones de no manufactura y no-almacenamiento, como las operaciones del manejo de materiales en el reparto de correo en los edificios de la oficina y hospital. En los hospitales se utilizan para transportar bandejas de comida, medicinas y suministros del laboratorio. Y otros materiales entre los muchos departamentos del edificio. Estas aplicaciones requieren de movimiento de los vehículos entre los diferentes pisos del hospital, y los sistemas de AGV tienen la capacidad para utilizar los ascensores para este propósito.
EL CONTROL DE TRÁFICO Y SEGURIDAD
El propósito del control del trafico para un AGVS es prevenir las colisiones entre vehículOs que viajan a lo largo del mismo camino. Esto se realiza a través de un sistema de bloque. El término “bloque” sugiere que un vehículo que viaje delante de él, le proporcione una ruta guía en alguna manera que prevenga desde la llegada a algún vehículo por delante de el. Hay varios medios usados en los sistemas comerciales AGV para lograr el bloque. Ellos son:
1. Percepción a bordo del vehículo.2. El bloqueo de la zona
La percepción a bordo del vehículo (a veces llamado percepción adelantada) involucra el uso de alguna forma de un sistema de sensores para descubrir la presencia de obstáculos enfrente de el. Los sensores usados en vehículos de guía comerciales incluyeron sensores ópticos y los sistemas ultrasónicos. Cuando sensor obstáculo (por ejemplo otro vehículo) delante de él, el vehículo se para. Cuando el obstáculo está alejado, el vehículo continua su recorrido. Asumiendo que el sistema del sensor es 100% eficaz, se evitan colisiones entre los vehículos y el tráfico es controlado. Desgraciadamente, la efectividad de la percepción adelantada está limitada por la capacidad del sistema del sensor para detectar los vehículos delante de él en su trayectoria.
Un significado de la aplicación de la zona de control es usar unidades de control separadas para cada zona. Estos controles están montados a lo largo del camino. Cuando un vehículo entra en una zona dada, activa la zona de bloqueo cuando el vehiculo sale desactiva la zona.
Además de evitar las colisiones entre los vehículos, un objetivo relacionado es la seguridad de seres humanos que podrían estar localizados a lo largo de la ruta de los vehículos que viajan en el sistema. Hay varios dispositivos que normalmente se incluyen en un vehículo automático guiado para lograr este objetivo de seguridad. Uno de los dispositivos de seguridad es un sensor de descubrimiento de obstáculo localizado al frente de cada vehículo. El sensor no sólo puede descubrir otros vehículos, sino también las personas y obstáculos en el camino del vehículo. Éstos sisteMas detectores de obstáculos se basado usualmente sobre sensores ópticos, el infrarrojo, o ultrasónicos. Los vehículos tampoco son programados para parar cuando un obstáculo se encuentra delante de él.
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Otro dispositivo de seguridad incluido virtualmente en todos los vehículos de AG comerciales es un parachoques de la emergencia. Este parachoques. El parachoques rodea el frente del vehículo y se destaca delante de él por una distancia que puede ser un pie o más. Cuando el parachoques hace el contacto con un objeto. el vehículo se programa para frenar inmediatamente.
Otros dispositivos de seguridad en los vehículos incluyen las luces de advertencia y sonidos continuos.
SISTEMA AUTOMATIZADO DE ALMACENAMIENTO
Existen dos sistemas de almacenamiento automatizado, sistemas AS/RS
(Almacenamiento/ recuperación) y el sistema de carrusel de almacenamiento.
FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO
El objetivo general del sistema de almacenamiento es obvio: almacenar materiales por
ciertos periodos de tiempo. Existen varios tipos de materiales que pueden ser almacenados en el
sistema de manufactura los cuales son:
1. Materiales.- Existencia de materiales para el proceso de ensamble y fabricación ( hojas de metal y barras de metal)2. Partes compradas.- partes de vendedores para los procesos de fabricación y ensamble (componentes comprados, partes fundidas)3. Reprocesos.- Partes que se completan entre los procesos de ensamble y sus operaciones4. Productos terminados.- Productos completos listos para embarcarse hacia el consumidor5. Retrabajos y trozos.- Partes fuera de especificaciones6. Herramientas.- papel y texturas, varillas de soldadura y otras herramientas utilizadas en operaciones de manufactura y operaciones de ensamble y otros suministros7. Repuestos.- Los repuestos usados para reparar el equipo y las maquinas de la fabrica8. Suministros de oficina.- Papel, formas de papel, etc.9. Registros de planta.- Registros de productos, registros de mantto
De la categoría 1 a la 5 pertenecen directamente al producto, de109la 6 a la 7 son relativos al
proceso, y de la 8 a la 9 forman parte activa del soporte de las actividades de la planta. Existen
diferentes métodos de almacenamiento, los cuales necesitan de diferentes tipos de controles
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muchas plantas de producción usan métodos manuales para él deposito y retiro dentro y desde el
almacén.
Las compañías tienen diferentes razones para utilizar diferentes sistemas de almacenamiento automatizado de materiales como son:
1. Incrementar la capacidad de almacenamiento2. Incrementar la utilización del espacio del piso3. Recuperar espacio para facilitar la manufactura4. Incrementar la seguridad5. Reducir los errores6. Reducir los costos de las operaciones de almacenamiento7. Incrementar la productividad de las operaciones8. Aumentar la seguridad de las funciones de almacenamiento9. Incrementar la rotación10. Incrementar el control de los inventarios11. Incrementar la rotación de materia prima12. Aumentar el servicio al cliente
Los sistemas automatizados de almacenamiento, representan una inversión significativa para la
empresa que a menudo necesita nuevas y diferentes formas de hacer negocios
El funcionamiento en los sistemas de almacenamiento debe de justificar de manera suficiente el gasto que involucra. Existen muchos criterios de funcionamiento con los sistemas automatizados de almacenamiento de acuerdo con su precisión, este criterio incluyen:
Capacidad de almacenamiento Utilización y rehabilitación sobre tiempo La capacidad de almacenamiento es un número máximo individual de cargas que esperan ser almacenadas. La cual esta determinada por el tamaño de almacenamiento relativo a sus dimensiones físicas y a los materiales almacenados. En un sistema de almacenamiento los materiales Se almacenan en unidades de carga, que se encuentran estandarizados en su tamaño como lo son contenedores, anaqueles, y contenedores de metal y plástico. Los contenedores estandarizados están listos para ser manejados, transportados, y almacenados por los sistemas de almacenamiento y por los sistemas automatizados de manejo De materiales los cuales pueden estar conectados a los sistemas de almacenamiento. La capacidad física de los sistemas de almacenamiento debe ser mucho mayor al número actual de cargas que manejan para proveer espacios vacíos para nuevos materiales que entran al sistema de acuerdo a las variaciones y los requerimientos de almacenamientos.
La máxima capacidad de rendimiento del sistema de almacenamiento automatizado deberá estar limitada por el tiempo requerido para realizar una operación de mantenimiento.
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El tiempo de ciclo de la operación envuelve varios elementos de tiempo. Para una operación de almacenamiento el tiempo del ciclo debe consistir de los siguientes:
Tiempo para recoger la unidad de carga en la estación de carga Tiempo para determinar el lugar de almacenamiento Tiempo de traslado al lugar de acción Tiempo de descarga en el lugar de almacenamiento y tiempo de regreso Para una operación de recuperar el tiempo del ciclo debe consistir en el tiempo para determinar el lugar de almacenamiento del articulo para ser recuperado. Tiempo de viaje hacia el lugar de almacenamiento Tiempo de levantar o sacar él articula del almacén Tiempo de regreso Tiempo de descarga en la estación de salida
Se presentaran variaciones dependiendo en el tipo del sistema de almacenamiento que sé este usando. El tiempo de estas actividades esta sujeto a las variaciones y motivaciones de los trabajadores y se presenta una falta de control de las operaciones. Uno de los objetivos de automatizar la función de los almacenamientos es recapturar el control de las operaciones.
La capacidad de rendimiento estará limitada por la capacidad de los materiales del sistema de manejo que esta interconectado con el sistema de almacenamiento. Si el sistema de manejo es incapaz de entregar cargas o removerlas del sistema de almacenamiento al nivel que se es compatible con el troughput del sistema de almacenamiento será fuertemente afectado.
Otra realización critica para e sistema de almacenamiento es la utilización y confiabilidad de sobrEtiempo.
El aprovechamiento del sistema de almacenamiento es definido como el porcentaje de tiempo en que el sistema esta en uso comparado con el tiempo que se tiene disponible. El aprovechamiento se espera que varíe durante el día, como las necesidades varían de hora en hora es aconsejable diseñar el sistema de almacenamiento para un relativo alto aprovechamiento.
Si el porcentaje de aprovechamiento se realiza demasiado alto, tienden a no permitir periodos rápidos o averías del sistema.Fiabilidad en sobretiempo es el porcentaje de tiempo que el sistema es capaz de operar comparado con el horario normal de tiempo de un sistema de operación.
Algunas de las razones por las bajas del tiempo, incluyen las computadoras, averías mecánicas, aglomeraciones de cargas en el sistema, mantto impropio y manejo indebido del personal que usa el sistema. Es apropiado diseñar el sistema de almacenamiento de tal manera que para el funcionamiento de un componente o un sistema no cause la caída dl sistema entero.
La confiabilidad de un sistema existente puede ser mejorado usando un buen manejo de mantto preventivo y tener partes de repuesto a la mano para elementos importantes del sistema. Así como también procedimientos de apoyo deben ser ideados para reducir los efectos de la baja de tiempo del sistema.
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SISTEMA AUTOMATIZADO DE ALMACENAMIENTO/RECUPERACIÓN (AS/RS).
Un sistema automatizado de almacenamiento/recuperación (storage/retrieval) (AS/RS) es definido por el Instituto de Manejo de Materiales en los términos siguientes:Es una combinación de controles y equipo, los cuales manejan, almacenan o guardan y recuperan materiales con precisión, exactitud, velocidad, por debajo del grado definido de automatización.
Los AS/RS son usualmente planeados para cada uso individual, y su alcance en complejidad con relativamente pequeños sistemas controlados por computadoras que están completamente integrados a fabricas y operaciones de almacén.
Los AS/RS consisten en series de pasillos de almacenaje que son servidoS por una o más máquinas de almacenaje y recuperación, comúnmente una máquina AS/RS por pasillo. Los pasillos tienen rieles para sostener los materiales que van a ser almacenados. Las máquinas AS/RS son utilizadas para entregar materiales hacia los rieles de almacenamiento y recuperación de materiales de los mismos rieles. El AS/RS tiene una o más estaciones de entrada sobre salida, donde los materiales son enviados para que entren al almacenaje y donde los materiales son recogidos del sistema. Las estaciones de entrada/salida son comúnmente conocidas como estaciones recolección y deposito (Pickup-and-Deposit) (P&D) en la terminología de los sistemas AS/RS. Las estaciones P&D pueden ser manualmente operadas o enlazadas a algún sistema de operación automatizado o AGVS.
Muchas categorías de sistemas AS/RS pueden ser distinguidas. Estas incluyen:a) Unidad de carga AS/RS . Es comúnmente un gran sistema automatizado diseñado para manejar unidades de carga almacenadas en paneles o cualquier contenedor estándar. El sistema está controlado por computadoras y las maquinas S/R son automatizadas y diseñadas para manejar los contenedores de unidades de carga. Una unidad de carga AS/RS es dibujada en la Fig. 15.1 y así como un diagrama de un esquema AS/RS y su altura son representados en la Fig. 15.2 . El sistema de unidad de carga es similar al sistema AS/RS. Otros sistemas descritos a continuación representan las variaciones o derivados de la unidad de carga AS/RS.b) Sistema de minicarga AS/RS . Este sistema de almacenamiento es usado para manejar cargas pequeñas (partes individuales o reservas), las cuales están almacenadas en contenedores o cajones dentro del sistema de almacenaje. La máquina S/R está diseñada para recuperar el contenedor y enviarlo a una estación de P&D (la cual usualmente es operada manualmente) ubicada al final del pasillo de manera que los artículos contenidos dentro del contenedor puedan ser retirados de estos. El contenedor o cajón luego es regresado a su ubicación dentro del sistema. El sistema AS¤RS de minicarga (Fig. 15.3) es generalmente más pequeña que la unidad de carga AS/RS y es usualmente encerrada para seguridad de los artículos guardados.c) AS/RS hombre en el tablero . El sistema de almacenaje y recuperación de hombre en el tablero representa un acercamiento alternativo al problema de almacenamiento y recuperación de artículos individuales en el sistema. Mientras que el sistema de minicarga envía el contenedor completo a al final del pasillo al área de recuperación, el sistema de hombre en el tablero permite que los artículos puedan ser recuperados en sus lugares de almacenamiento. Esto ofrece la oportunidad de reducir el tiempo de transacción del sistema.d) Sistema automatizado de recuperación de artículo . Estos sistemas también están diseñados para la recuperación de artículos individuales o pequeñas unidades de carga como cajones o cajas de productos dentro de un almacén de distribución. De cualquier manera, en este sistema,
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los artículos están almacenados en líneas o filas individuales en vez de contenedores o cajones. Cuando un artículo o cajón debe ser recuperado, es soltado de su línea hacia un transportador para ser entregado a la estación de recuperación. El suministro de artículos en cada línea es comúnmente reabastecido desde la parte de atrás del sistema de recuperación, de manera que permite un flujo de artículos y además un sistema de control de inventarios “peps” (primeras entradas, primeras salidas).e) Sistema AS/RS de línea profunda . El sistema AS/RS de línea profunda es un sistema de gran volumen de unidades de almacenamiento que es apropiado cuando se van a almacenar enormes cantidades pero el tipo de materiales es relativamente pequeño. En vez de guardar cada unidad de almacenaje de manera que pueda ser accesada directamente desde un pasillo (como en el sistema convencional de unidad de carga) el sistema de línea profunda puede almacenar hasta 10 o más cargas en un riel individual, una carga detrás de la otra. Cada riel está diseñado para un flujo continuo de productos con entradas113por un lado y salidas por el otro. Las cargas son recogidas por un lado del sistema de rieles por una máquina especial de tipo S/R diseñada para recuperar los artículos, y otra máquina especial usada en el lado de la entrada del sistema de rieles para darle entrada a las cargas o unidades.
COMPONENTES BÁSICOS DE UN SISTEMA AS/RS.
Todos los sistemas automatizados de almacenamiento/recuperación consisten en ciertos bloques básicos construidos y usados por casi la mayoría de los sistemas AS/RS ya descritos. Esos componentes son:
1. Estructura de almacenaje . La estructura de almacenaje está fabricada de un esqueleto de acero que soporta las cargas contenidas en un sistema AS/RS. La estructura debe poseer la suficiente fuerza y rigidez, de manera que no se venza de manera significativa debido a las cargas en almacenamiento u otras fuerzas en la estructura de acero. Los compartimientos individuales de almacenamiento en la estructura deben estar diseñados para recibir y sostener los módulos de almacenamiento usados para contener los materiales almacenados. Calculando las fuerzas y tensiones en diseños alternos de estructura de acero soldada (por ejemplo, estructuras cúbicas o cualquier otro diseño) es un problema hecho para los especialistas en ingeniería mecánica.La estructura de almacenamiento también puede ser usada para soportar el techo y paredes del edificio en donde estará localizado el sistema. Cuando se usa de esta manera, comúnmente es una ventaja en impuestos porque el edificio (o partes de el ) puede ser depreciado como equipo en vez de ser edificio o propiedades.Una función relacionada con la estructura de almacenamiento es la de soportar o sostener la estructura de los pasillos y maquinaria requerida para alinear las máquinas S/R con respecto a los compartimentos relacionados con el almacenamiento del sistema AS/RS. Este conjunto de equipo incluye los rieles guía en la cima y el fondop de la estructura, así como los altos finales y otras características requeridas para ayudar a proveer una operación seGura de las máquinas.2. La máquina almacenamiento/recuperación (Storage/Retrieval) (S/R). (Algunas veces llamadas grúas) es usada para llevar una transacción de almacenamiento, entrega cargas desde las entradas de la estación al lugar de almacenamiento, o recupera cargas del lugar de almacenamiento y las entrega hasta las salidas de la estación. Para llevar a cabo estas transacciones, la máquina S/R debe tener una capacidad de movimiento vertical y horizontal para alinear este carro (que lleva la carga) con el compartimiento del almacén en la estructura de almacenamiento, y también debe de tirar la carga o debe empujar la carga en el compartimiento del almacén. La máquina S/R (Fig. 15.4) consiste en una estructura vertical montada en un sistema de rieles para un movimiento vertical del carro. Las estructuras verticales pueden ser cualquier puntal o palo solo o doble. Las ruedas se encuentran pegadas o atadas a la base de la
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estructura lo que permite un movimiento horizontal, de la estructura y a lo largo del sistema de rieles, los cuales corren hacia abajo a lo largo del pasillo. Un riel paralelo se encuentra localizado en la parte alta de la estructura de almacenamiento el cual se usa para mantener alineado a la estructura y al carro con respecto a la estructura.
El carro consiste en una forma de mecanismo de transporte para depositar y extraer cargas a los compartimientos de almacenaje. Este sistema de transporte está diseñado para permitir las transferencias de peso de carga, desde las máquinas S/R hasta la estación de recolección/ deposito (P&D) o otros manejos de materiales con interfase en AS/RS. Los carros y el transporte son posicionados y actúan automáticamente al igual que AS/RS. Estas máquinas son usadas en el sistema AS/RS de hombre en el tablero, el cual lo conduce hacia el punto cercano donde se encuentra la carga. Las funciones de movimiento de las máquinas S/R requieren de tres sistemas de mecanismos, uno horizontal, uno vertical y otro longitudinal. El sistema horizontal tiene la capacidAd de alcanzar velocidades arriba de los 500 ft/min. a lo largo del pasillo en máquinas modernas S/R. El sistema vertical o velocidad de alzamiento es limitada alrededor de 100 ft/min. Estas velocidades determinan el tiempo requerido para transportar las cargas desde la estación P&D hacia un punto en particular de los pasillos de almacenamiento. La aceleración y la desaceleración de las máquinas S/R a menudo tienen efectos significantes y determinan el tiempo de traslado en distancias cortas.
3. Los módulos de almacenamiento . Son contenedores con material almacenado. Algunos ejemplos de módulos de almacenamiento incluyen los anaqueles, canastas y contenedores de varillas de acero, anaqueles de almacenamiento y dispositivos especiales (usados en minicargas del sistema AS/RS). Estos módulos generalmente están hechos de manera estándar en su tamaño, lo cual permite manejarlas automáticamente por el carro de transporte de las máquinas S/R El tamaño estándar permiten que sean almacenados en los compartimientos de almacenamiento de la estructura AS/RS.4. Las estaciones de recolección y deposito. Son usados para transferir cargas a los AS/RS. Generalmente se localizan al final de los pasillos para los accesos de las máquinas S/R y los sistemas externos de manejo traen consigo las cargas de los AS/RS y los llevan lejos. Pueden localizarse las estaciones de recolección y las estaciones de deposito a los extremos opuestos de los pasillos de los pasillos de almacenamiento o combinar la combinación de los mismos. Estos dependen del punto original de las cargas entrantes y el destino de las cargas de rendimiento S/R del transporte y con los sistemas externos de manejo. Algunos de estos métodos comúnmente utilizados para transferir cargas fuera de los AS/RS, en las estaciones P&D incluyen manuales de carga y descarga, sistemas de transporte (por ejemplo, rodillos, carreta en huella, en cadena) y AGVS.
CONTROLES AS/RS
El problema principal de los controles AS/RS es la operación de posicionamiento de la máquina S/R con una toLerancia aceptable de los compartimientos de almacenamiento en la estructura, apara depositar y recuperar una carga especifica. La localización de los materiales almacenados en el sistema debe determinarse en un orden directo de la máquina S/R de un compartimiento en los AS/RS es identificado por un número de localización el cual indica el pasillo, la posición horizontal y vertical en la estructura. Un esquema esta basado en un código alfanumérico que puede ser utilizado para este propósito. Usando este esquema de localización por cada unidad de
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material que es almacenado, se le proporciona un código de identificación y referencia para cada situación particular en el sistema del almacenamiento. El registro de esas localizaciones es llamado archivo de localización de artículo. Cada vez que una transacción del almacenamiento es completada, un registro de la transacción debe entrar dentro del archivo de localización de artículo.
Dado un compartimiento del almacenamiento especificado para ir a la máquina S/R debe ser controlado para mover la localización y posición del transporte para la carga o operación de recuperación. Uno de los usos de los métodos de posicionamiento en un procedimiento contador en que el número de bahías y niveles son contados en la dirección de viaje (horizontalmente y verticalmente) en orden para determinar la posición. Una alternativa a este método es un procedimiento de identificación numérico en que a cada compartimiento se le proporciona un blanco muy reflexivo con un código binario para las identificaciones de localización en su cara. Se usan los sensores ópticos para leer el blanco y posicionar el transporte para depositar o recuperar una carga.
Los controles de la computadora y los controladores programables son usados para determinar la localización requerida y las guías de las máquinas S/R a su destino. Los controles de la computadora permiten el funcionamiento físico del AS/RS para ser integrado con la información de apoyo y el sistema registro –almacenamiento. Las transaccioNes de almacenamiento pueden entrar en el tiempo real, los inventarios de registro pueden mantenerse con precisión, la actuación del sistema puede supervisarse, y pueden facilitarse las comunicaciones con los otros sistemas de computadora de la fábrica. Estos controles automáticos pueden reemplazarse o pueden complementarse con los controles manuales cuando lo requiera bajo condiciones de emergencia o para el funcionamiento de la máquina de hombre en le tablero.
RASGOS ESPECIALES.
Además de los componentes básicos del AS/RS, hay otros rasgos y componentes que se encuentran a menudo en éstos sistemas de almacenamiento. Estos otros rasgos incluyen:
_Los vehículos de traslado de pasillo._Detectores de cajas (deposito) lleno/vacio._Las estaciones de clasificación según el tamaño._Las estaciones de identificación de carga.
La mayoría de los sistemas AS/RS tienen una máquina S/R por pasillo. Sin embargo, en algunos sistemas, aunque el número de cargas es bastante grande (así requiriendo un AS/RS grande), la actividad por el pasillo es relativamente baja, así haciéndolo difícil de justificar una máquina S/R separada para cada pasillo. Se usan los vehículos de traslado de pasillo en estos casos para mover una máquina S/R de un lado a otro entre los pasillos para realizar su almacenamiento y funciones de recuperación. El vehiculo de traslado de pasillo consiste en una armadura rígida que acepta la máquina S/R y las mueve entre los pasillos del almacenamiento. El vehiculo se monta sobre una huella que corre a lo largo del extremo de los pasillos del AS/RS.
Los detectores de caja lleno/vacio son usados por las máquinas S/R para determinar la ausencia o presencia de una carga en un compartimiento del almacenamiento dado. Los detectores de esquemas están normalmente basados en sensores ópticos y de sonar que lanzan la luz o sonido de la carga en el compartimiento. Si ninguna carga está presente, ningún signo es
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recibido y reflejado por el sensor. Estos dispositivos para evitar que intente entrar una carga en un cOmpartimiento que ya está lleno, o para descargar un compartimiento que esta vacío.
Las estaciones de clasificación según el tamaño también sirven para proteger el sistema asegurando esa carga según el tamaño que no entraron al AS/RS. El peligro de una carga sobre el tamaño es que las máquinas intentarían cargarlo en un compartimiento que no es lo bastante grande así posiblemente causando bloquear la carga o dejarla caer a la tierra. La estación de clasificación según el tamaño inspecciona la longitud, anchura, y la altura de la carga. Si cualquiera de las dimensiones excede el tamaño aceptable máximo, la carga se mueve a una adhesión a un partido para tratamiento especial o una reclasificación según su tamaño.
Las estaciones de identificación de carga se usan para entrar en los datos de identificación apropiados sobre la carga en el sistema de la computadora para guardar huellas de la localización de la carga en el AS/RS. Los medios de identificar la carga pueden ser manuales, semiautomáticos o automáticos. Los métodos manuales involucran a un operador leyendo el número de identificación (o número) en los materiales (y/o recipiente) y registrándoles en el sistema. También pueden usarse los códigos de la barra para identificar la carga.. En el uso semiautomático de este método, un operador humano usa una esquema de código-lectura para examinar el código de la barra y hacer la identificación. La identificación también puede lograrse por medio de dispositivos de examinación estacionarios que lean el código de la barra como él que atraviesa la estación de identificación.
SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE CARRUSEL
Consiste en una banda transportadora de donde se suspenden o cuelgan compartimientos o cestas las cuales giran alrededor de un sistema oval. Su propósito es transportar o contener piezas, materiales o herramientas dentro de los compartimientos y colocarlos en una estación de carga y descarga.
La estación de carga y descarga esta servida por un trabajador humano que activa el carrusel para entregar uN compartimiento deseado por la estación.
CARACTERISTICAS DE CONFIGURACION Y DE CONTROL
Existen una gran variedad de tamaños extendiéndose entre 10 y 10 pies de longitud del ovalo. A mayor longitud del carrusel, mayor densidad de almacenaje pero disminuye el tiempo de transacción(almacenamiento- recuperación).
El tamaño típico del carrusel es entre 30 y 50 pies para lograr un equilibrio apropiado entre
estos tres factores.
CONFIGURACIONES
De acuerdo a la configuración se distinguen los siguientes tipos de sistemas de almacenamiento de carrusel:
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SISTEMA DE ARRIBALa polea del sistema se monta en la tapa del marco y conduce un sistema de arriba de la carretilla. Los compartimientos se suspenden de las carretillas (portadores).
SISTEMA MONTADO EN EL SUELOLa polea del sistema se monta en la base del bastidor y los portadores se montan en una base del carril. Se utilizan uno o dos motores impulsores para accionar el sistema de la carretilla.
El diseño de los compartimientos individuales y de las cestas del carrusel deben ser compatibles con las cargas que se almacenaran.
DIMENSIONES DE LOS COMPARTIMIENTOS
Ancho oscila entre 21 y 30 pulgadas.Profundidad entre 14 y 22.Los compartimientos estándares se elaboran de alambre de acero.
Las alturas del carrusel son de 6 a 8 pies, con la estantería ajustable para crear aperturas en los compartimientos o las cestas que satisfagan el tamaño del artículo.
CONTROLES
Existen desde los controles llamados manuales hasta los de computadora u ordenador.1. MANUALES: *CONTROL DE PEDAL DE PIE: consiste en un switch bidireccional el cual se controla con el pie. Si se presiona hacia un lado el carrusel gira en una dirección, si se hace en sentido opuesto, el carrusel gira en sentido opuesto.*CONTROLMANUAL: palanca situada junto al carrusel, funciona de la misma forma que el de pedal de pie.*CONTROL DE TECLADO: presenta una ventaja mayor que los dos tipos de controles descritos anteriormente. Se da entrada al objeto a recuperar o almacenar o el numero de estante corresPondiente a este, entonces la máquina decide en que sentido girar y coloca el estante seleccionado junto al modulo de entrega- recepción. El operador programa el carrusel y puede incorporar al compartimiento a lo posición deseada; determina la ruta mas corta para entregar el compartimiento a la estación de selección. El teclado activa los controles bidireccional y la parada de emergencia del carrusel.
2. ORDENADOR O COMPUTADORA: Se ponen en ejecución usando varias configuraciones del ordenador y regulador basados en un microprocesador para los carruseles individuales a los mini ordenadores centrales que controlan los carruseles múltiples.
VENTAJAS: Capacidad de mantener datos sobre localización del compartimiento.Capacidad para mantener los datos de cada compartimiento.Capacidad para mantener expedientes de control de inventarios.
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APLICACIONES DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE CARRUSEL
1. OPERACIONES DE ALMACENAMIENTO Y RECUPERACIÒNOperaciones más comunes consistentes en tener que obtener o almacenar un artículo en un
estante o depósito.2. TRANSPORTE Y ACUMULACIÒN
Operación muy utilizada en maquiladoras, consiste en transportar partes o artículos terminados desde el almacén al centro de trabajo o viceversa.
3. APLICACIONES ÚNICASAlmacenamiento temporal por prueba eléctrica de los componentes por un período de tiempo especificad, o en operaciones de secado de productos terminados.
VENTAJAS DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE CARRUSEL
Costo relativamente bajo. Flexibilidad Alta confiabilidad.
Unidad VI
SISTEMAS FLEXIBLES DE MANUFACTURA
Un sistema flexible de manufactura (en inglés flexible manufacturing system, FMS), es una celda de maquinado con TG altamente automatizada que consiste en un grupo de estaciones de procesamiento (generalmente máquinas herramienta CNC, por control numérico computarizado) interconectadas mediante un sistema automatizado de manejo y almacenamiento de material, y controladas por medio de un sistema integrado de computadoras. Un FMS es capaz de procesar una amplia variedAd de estilos de partes simultáneamente bajo un programa de control numérico en diferentes estaciones de trabajo.
El FMS se basa en los principios de la tecnología de grupos. Ningún sistema de manufactura puede ser completamente flexible. No es posible producir un rango infinito de productos. Hay límites en el grado de flexibilidad que puede incorporarse en un FMS. En consecuencia, un
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sistema flexible de manufactura se diseña para producir partes (o productos) dentro de un rango de estilos, tamaños y procesos, En otras palabras, un FMS es capaz de producir una familia de partes única o un rango limitado de familias de partes. El concepto de un FMS se originó en los años sesenta,
Nota histórica
Sistemas flexibles de manufactura se conceptualizó primero para el maquinado y requirió el desarrollo previo del control numérico. El crédito para el Concepto lo recibe David Williamson, un ingeniero inglés que trabajó en Molins a mediados de la década de los sesenta. Molins patentó el invento (en 1965). El concepto se denominó sistema 24, debido a que planteaba que el grupo de máquinas herramienta que comprendía el sistema podía operar 24 horas al día, 16 de las cuales el funcionamiento no seria supervisado por trabajadores' El concepto original incluía el control computarizado de las máquinas de control numérico, la producción de diversas partes y depósitos capaces de contener diversas herramientas. para diferentes operaciones de maquinado.
Uno de los primeros, si no es que el primer sistema flexible de ,manufactura en Estados Unidos, fue el sistema de maquinado en Igersoll Rand Company (ahora lngersoll - Dresser) en Roanoke, Virginia, en 1967,, preparado por Sundstrand. Para 1985, la cantidad de sistemas flexibles dé manufactura en todo el mundo había aumentado a 300. Aproximadamente del 20 al 25 % de ellos estaban en Estados Unidos. Conforme crece la importancia de la flexibilidad en la manufactura, se espera que aumenté la cantidad de sistemas flexibles de manufactura. En épocas recientes, se ha puesto énfaSis en celdas de manufactura flexible menos costosas.
Flexibilidad y sistemas automatizados de manufactura
Los sistema flexibles de manufactura varían en términos de la cantidad de máquinas herramienta y el nivel de flexibilidad. Cuando el sistema sólo tiene algunas máquinas, se usa el término celda flexible de manufactura (en inglés flexible rnanufacturing cell, FMC). Tanto las celdas como los sistemas están muy automatizados y se controlan por computadora. Las diferencias entre un FMS y un FMC no es siempre clara, pero en ocasiones se basa en la cantidad de máquinas (estaciones de trabajo) que incluye. El sistema flexible de manufactura consta de 4 máquinas o más, en tanto que una celda flexible de manufactura consta de 3 máquinas o menos [7]. Sin embargo, esta distinción no está universalmente aceptada y la tecnología que se aplica a esta tecnología todavía no se ha desarrollado por completo.
Algunos sistemas y celdas altamente automatizados no son flexibles y esto produce confusión en la terminología. Por ejemplo, una línea de transferencia (sección 36.3) es un sistema altamente automatizado para manufactura, pero está imitado a la producción masiva de un estilo de parte, por lo cual no es un sistema flexible. Para desarrollar el concepto de flexibilidad en un sistema de manufactura, considere una celda que posee dos máquinas herramientas CNC, en las cuales un robot industrial carga y descarga desde un carrusel de partes, tal vez en un ordenamiento como el que se muestra en la figura 1.
La celda opera sin vigilancia durante largos periodos. En forma cíclica, un trabajador debe descargar partes terminadas de ejecución y sustituirlas con partes de trabajo nuevas. Ésta es en
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verdad una celda automatizada de manufactura, pero ¿es una celda flexible de manufactura? Se podría decir que sí, que su flexibilidad consiste en las máquinas herramienta CNC que pueden programarse para maquinar distintas partes como cualquier otra máquina CNC. Sin embargo, si la celda sólo opera en un modo por lotes, en el cual se120produce el mismo estilo de parte en varias docenas (o varios cientos) de esto no puede calificarse como manufactura flexible.
Para calificar a un sistema de manufactura como flexible debe cumplir varios criterios. Las pruebas de flexibilidad en un sistema automatizado son la capacidad de: Procesar diferentes estilos de partes en forma aleatoria, pero no por el modelo de lotes. Aceptar cambios en el programa. Responder en forma inmediata cuando se presenten averías y errores en el equipo. Aceptar la ejecución de nuevos diseños de partes. Estas capacidades hacen posible el uso de una computadora central que controla y coordina los componentes del sistema.
Si el sistema automatizado no cumple estos cuatro criterios, no debe clasificarse como un sistema o celda flexible de manufactura. De regreso a nuestra ilustración, la celda de trabajo robótico cumpliría el criterio si:- Maquinara diferentes partes combinadas y no por lotes.- Permitiera cambios en el programa y en la mezcla de partes.- Continuara operando incluso si se descompusiera una máquina; por ejemplo, mientras se repara la máquina descompuesta, su trabajo se reasigna a otra máquina.- Conforme se desarrollaran nuevos diseños de partes, éstos se escribieran fuera de línea programas de partes con control numérico y se copiaran al sistema para su ejecución. Esta cuarta capacidad también requiere que la habilitación de herramientas en las máquinas CNC, al igual que el extremo ejecutor del robot, sean convenientes para el nuevo diseño de partes.
Fig. 1
Integración de los componentes de un sistema flexible de manufactura
Un FMS está formado por un hardware y un software que debe integrarse en una unidad eficiente y confiable. También incluye personal humano. En esta sección examinaremos estos componentes y cómo se integran.
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Componentes del hardware
Un sistema flexible de manufactura incluye estaciones de trabajo, un sistema de manejo de material y una computadora de control central. Las estaciones de trabajo incluyen máquinas CNC en un sistema de Tipo maquinado, además de estaciones de inspección, de limpieza de partes y otras, según sean necesarias. Para un sistema flexible de maquinado, por lo general se incluye un sistema transportador automatizado bajo piso.
El sistema de manejo de materiales es el medio para mover las partes entre las estaciones. Este sistema incluye una capacidad limitada para almacenar partes. Entre los sistemas de manejo para la manufactura automatizada están los transportadores de rodillos, los carros enganchados en el piso, los vehículos controlados en forma automática y los robots industriales. El tipo más apropiado depende del tamaño y la geometría de partes, al igual que de factores relacionados con la economía y la compatibilidad con otros componentes. del FMS. Con frecuencia, las partes no rotacionales se mueven en un FMS sobre "pallets" fijos, por lo que los pallets están diseñados para el sistema de manejo particular, y los soportes se diseñan para alojar las diversas geometrías de partes en la familia. Las partes rotacionales se manejan mediante robots si el peso no es un factor restrictivo.
El sistema de manejo establece la distribución básica del FMS. Se distinguen cinco tipos de distribución: 1) en línea, 2) en cielo, 3) en escalera, 4) a campo abierto y 5) celda centrada . Los tipos l), 3) y 4) se muestran en la figura 38.6. Los tipos 2) y 5) se muestran en las figuras 38.4(e) y 38.5, respectivamente. El diseño en línea usa un sistema de transferencia lineal para mover las partes entre las estaciones de procesamiento y las estaciones de carga
El sistema de transferencia, en línea generalmente tiene capacidad de movimiento en dos direcciones; de lo contrario, el FMS opera en forma muy parecida a una línea de transferencia, y los diferentes estilos de partes hechos en el sistema deben seguir la misma secuencia básica de procesamiento debido al flujo en una dirección. La distribución en ciclo consiste en un transportador o cielo con estaciones de trabajo ubicadas en su periferia. Esta configuración permite cualquIer secuencia de procesamiento, debido a que es posible acceder a cualquier estación desde otra.
Esto también se aplica a la distribución en escalera, en la cual las estaciones de trabajo se ubican en los peldaños de la escalera. La distribución a campo abierto es la configuración de FMS más compleja y consiste en varios cielos enlazados. Por último, una celda centrada en un robot consiste en un robot cuyo volumen de trabajo incluye las posiciones de carga / descarga de las máquinas en la celda.
El FMS también incluye una computadora central que hace interfaz con otros componentes del hardware. Además de la computadora central, las máquinas individuales y otros componentes generalmente tienen microcomputadoras como sus unidades de control individual. La función de la computadora central es coordinar las actividades de los componentes para obtener una operación general fluida del sistema. Esta función se realiza a por medio del software de aplicación,
Software para un sistema flexible de manufactura y funciones de control
El software para un FMS consiste en módulos asociados con las diversas funciones que ejecuta el sistema de manufactura. Por ejemplo, una función implica cargar programas de partes de
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control numérico (NC) a las máquinas herramienta individuales, otra función se relaciona con el control del sistema de manejo de material, otra se refiere a la administración de las herramientas, y así sucesivamente. La tabla 3 presenta una lista de las funciones incluidas 'en la operación de un FMS común. Con cada función se asocian uno o más módulos del software. En una instalación determinada pueden usarse términos diferentes a los de nuestra tabla. Las funciones y los módulos son en su gran mayoría para una aplicación específica. La estructura modular del software de. aplicación de un FMS para el control del sistema se ilustra en la figura 38.7. Debe señalarse que un FMS posee la arquitectura. característica de un sistema de control numérico distribuido (DNC, por sus siglas en inglés). Igual que en otros Sistemas DNC, se usan comunicaciones en dos sentidos. Se envían datos y comandos desde la computadora central a las máquinas individuales y otros componentes del hardware, y se transmiten datos acerca de la ejecución y el rendimiento desde los componentes, hacia la computadora central. Además, se cuenta con un enlace superior del FMS a la computadora anfitriona de la corporación.
Mano de obra humana Un componente adicional en la operación de un sistema flexible de manufactura es la mano de obra humana. Entre las actividades que realizan los trabajadores están: 1) cargar y descargar partes del sistema, 2) cambiar y preparar las herramientas de corte, 3) dar mantenimiento y reparar el equipo, 4) la programación de partes con control numérico, 5) la programación y operación del sistema -de computadoras y 6) la administración general del sistema.
TABLA 3 Funciones comunes de computadora instrumentadas mediante módulos de software de aplicación en un sistema flexible, de manufactura.
Función
Programación de partes por NC
Control de producción
Copia de programas por NC
Control de maquinado
Control de partes de trabajo
Administración de herramientas
Descripción
Desarrollo de programas de NC para partes nuevas introducidas en el sistema. Esto incluye un paquete de lenguaje, tal corno APT.
Mezcla de productos, programación de maquinado y otras funciones de planeación.
Los comandos de¡ programa de partes deben copiarse a las estaciones individuales usando DNC.
Las estaciones de trabajo individuales requieren controles, por lo general CNC.
Vigilar el estado de cada parte de trabajo en el sistema, el estado de los soportes de trinquete, los pedidos en los soportes de los trinquetes para carga / descarga.
Las funciones incluyen control de inventario de herramientas, estado de las
herramientas en relación con la duración esperada de ellas, el cambio y
reformado de herramientas, y el transporte122desde y hacia el esmerilado
de herramientas.
Programación y control de¡ sistema de manejo. Compilación de los reportes de administración sobre el rendimiento (utilización, cuenta de piezas,
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Control de transporte administración del sistema
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Aplicaciones de los sistemas flexibles de manufactura
Por lo común, los sistemas flexibles de manufactura se usan para una producción de volumen medio y variedad intermedia. Si la parte o producto se hace en grandes cantidades sin variaciones de estilo, es más conveniente una línea de transferencia o un sistema similar de
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producción dedicada. Si las partes se hacen en volumen bajo y variedad alta, serían más convenientes el control numérico o incluso métodos manuales. Estas características de aplicaciones se resumen en la figura Los sistemas flexibles de maquínado son las aplicaciones más comunes en la tecnología de un FMS. Debido a las flexibilidad y capacidad implícitas del control numérico por computadora, es posible conectar varias máquinas125herramientas CNC a una pequeña computadora central y diseñar métodos automatizados para transferir las partes de trabajo entre las máquinas. La figura 38.9 muestra un. sistema flexible de maquinado que consta de 5 centros de maquinado CNC y un sistema de transferencia en línea para recoger partes de una estación central para carga descarga y moverlas a las estaciones de maquinado correctas. Además de los sistemas de maquinado, se han desarrollado otros tipos de sistemas flexibles de manufactura, aunque el estado de la tecnología en estos procesos no ha permitido su instrumentación de la misma forma que en el maquinado. Los otros tipos de sistemas incluyen el ensamble, la inspección, el procesamiento de láminas metálicas (perforado, corte con cizallas, doblado y formado) y el forjado. Gran parte de la experiencia en los sistemas flexibles de manufactura se ha obtenido en el área de maquinado. Los beneficios que por lo general aportan los sistemas flexibles de maquinado son:
* Mayor utilización de maquinas que un taller especializado convencional (oscilan entre el 40 y 50% para las operaciones convencionales de tipo por lotes, y alrededor de un 75% para un FMS debido a un mejor manejo del trabajo, distribución fuera de linea y programación mejorada).
* Menor trabajo en proceso debido a la producción continua, en lugar de la producción por lotes.
* Tiempos de manufactura mas cortos.
* Mayor flexiblilidad en el programa de producción.
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Planeación asistida por computadora (CAPP)
El proceso de planeación envuelve la preparación y documentación de los planes para la manufactura de productos. La planeación asistida por computadora (CAPP) es un medio de implementar esta función de planear por computadora. Muchas de las funciones en el manejo de la producción envuelve actividades de planeación. La planeación de los requerimientos de materiales (MRP) y la planeación de la capacidad son ejemplos de esas actividades. En la práctica moderna de la gerencia de producción, éstos son considerados componenteS de un sistema de manufactura altamente integrado que es implementado por computadora.
La planeación asistida por computadora representa el eslabón entre el diseño y la manufactura en un sistema CAD/CAM. El procesos de planeación involucra determinar la secuencia de los pasos de procesamiento y ensamble para la realización de un producto. La secuencia del proceso es documentada en un formato llamado “Hoja de Ruta”. La hoja de ruta generalmente muestra una lista de las operaciones de producción, estaciones de trabajo donde cada operación es realizada, herramientas requeridas y el tiempo estándar para cada tarea.
Durante la última década ha habido mucho interés en automatizar la tarea de planear por medio de sistemas de planeación asistida por computadora.
Los sistemas de planeación asistida por computadora son diseñados a través de dos métodos:
1. Sistema CAPP extractivo2. Sistema CAPP generativo
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Sistema CAPP extractivo o varianteSistema CAPP extractivo o variante
Los sistemas de CAPP de éste tipo, también llamados Sistemas de CAPP Variantes, se basan en los principios de la Tecnología de Grupos y la clasificación y codificación de piezas. Con estos sistemas, un plan de proceso estandarizado es convertido a archivos de computadora para cada número de código de pieza. Las hojas de ruta estándares están basadas en las rutas actuales para cada pieza o en un plan ideal (óptimo que es) que es preparado para cada familia. El desarrollo de la base de datos de estos planes de proceso requieren un esfuerzo sustancial.
En la práctica, un sistema de CAPP extractivo opera de la siguiente manera: el usuario comienza por codificar la pieza para la cual se determinará su plan. Con éste número de código, se realiza una búsqueda en los archivos de partes para determinar si existe una hoja de ruta estándar para la pieza dada. Si sí existe, es extraído y mostrado para el usuario. Ésta hoja de ruta estándar es examinada par ver si se le tienen que hacer modificaciones. Podría ocurrir que aunque la pieza tenga el mismo código, se le tengan que hacer modificaCiones. El usuario edita el plan estándar. Esta capacidad para hacer modificaciones a los planes estándar es la que le da su otro nombre a este sistema: Sistema CAPP Variante.
Si en memoria no existe un plan estándar para el número de código de pieza dado, el usuario tendrá que buscar por la memoria por uno similar o relacionado. El usuario tiene que realizar la hoja de ruta para la pieza aunque ya exista en la computadora una hoja estándar o la tenga que empezar desde cero. Esta hoja de ruta se vuelve el nuevo plan estándar de proceso para el nuevo código de pieza.
La sesión de planeación concluye con el proceso de formateo, que consiste en imprimir la hoja de ruta en un formato apropiado. El formateo pudiera llamar a otros programas de aplicaciones para uso: por ejemplo, para determinar las condiciones de maquinado para las diferentes operaciones de máquinas herramientas en la secuencia, para calcular tiempos estándares para las operaciones, o computar estimados de costos para las operaciones.
Uno de los sistemas CAPP extractivo disponible en el comercio es MultiCAPP de la OIR (Organization for Industrial Research) Es un sistema de computadora en línea que permite al usuario crear nuevos planes o extraer y modificar uno que ya existía.
Crear código de la pieza
Crear código de la pieza
Búsqueda del código en base
de datos
Búsqueda del código en base
de datos
Extracción de un plan estándar
Extracción de un plan estándar
Modificar el plan o crear uno
nuevo
Modificar el plan o crear uno
nuevo
Formateo del plan del proceso Formateo del
plan del proceso
Plan del procesoPlan del proceso
Archivo de la familia de partes
Archivo de planes estándar
Otros programas de aplicaciones
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Sistema CAPP generativoSistema CAPP generativo
Estos sistemas representan un método alternativo para la automatización de la planeación de los procesos. En lugar de extraer y modificar planes contenidos en la base de datos de una computadora, este tipo de sistemas crea el plan basado en procedimientos lógicos similares a los que un planeador humano utilizaría. En un sistema CAPP completamente generativo la secuencia del proceso sería planeada sin intervención humana y sin un set de planes estándares predefinidos.
El problema de diseñar un sistema CAPP generativo es considerado parte del campo de los sistemas expertos, una rama de la inteligencia artificial. Un sistema experto es un programa de computadora que es capaz de resolver problemas complejos que normalmeNte requieren de un humano con años de experiencia y educación. La planeación de los procesos cae dentro de esa definición.
Existen varios ingredientes requeridos para un sistema CAPP generativo. Primero, el conocimiento técnico de producción y la lógica que es usada por planeadores exitosos deben ser capturados y codificados en un programa de computadora. En un sistema experto, el conocimiento y lógica de los planeadores humanos es incorporado a lo que se le llama “base de conocimientos”. El sistema CAPP generativo entonces utilizaría esta base de conocimientos para resolver problemas de planeación.
El segundo ingrediente es una descripción de la pieza a producir que sea compatible con la computadora. Esta descripción contendrá toda la información pertinente para planear la secuencia
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del proceso. Dos posibles maneras de proveer esta descripción son las siguientes: (1) el modelo geométrico de la pieza que es desarrollado en un sistema CAD, y (2) un código de Tecnología de Grupo que defina las características y requerimientos de la pieza con detalle.
El tercer ingrediente sería la capacidad de aplicar el conocimiento del proceso y la lógica de planeación contenidos en la “base de conocimientos”, a la descripción de la pieza. En otras palabras, el sistema de CAPP utiliza su conocimiento para resolver un problema específico – planear el proceso para una pieza específica. A este procedimiento de solución de problemas se le llama “función de deducción o inferencia” (inference engine), en la terminología de los sistemas expertos. Utilizando la base de conocimientos y el motor o función de deducción, el sistema de CAPP generativo sintetiza un nuevo plan desde cero para cada pieza.
Beneficios de la Planeación Asistida por ComputadoraBeneficios de la Planeación Asistida por Computadora
Entre los beneficios de la planeación asistida por computadora se encuentran los siguientes:
1. Estandarización y racionalización de los procesos. La planeación automatizada nos lleva a planes más lógicos y consistentes que cuando la planeación se hace manualmente. Los planes estandaRizados tienden a tener costos de manufactura mas bajos y más alta calidad en los productos.2. Incremento en la productividad de los planeadores. Los métodos sistematizados y la disponibilidad de planes estandarizados en base de datos permite que los planeadores tengan más trabajo realizado en menos tiempo. Un sistema reportó un incremento del 600% de productividad.3. Reducción en el tiempo de planeación. Los planeadores trabajando con los sistemas CAPP pueden producir hojas de ruta en un tiempo más corto comparado si se hace manualmente. 4. Incremento en la legibilidad. Las hojas de ruta preparadas por computadora son más claras y más fácil de leer que las preparadas manualmente.5. Incorporación de otros programas de aplicaciones. Los sistemas CAPP pueden crear una interfase con otros programas de aplicaciones como los de estimación de costos, estandarización del trabajo, y otros.
Sistemas de planeación de la producción integrados por computadoraSistemas de planeación de la producción integrados por computadora
Las funciones de un sistema de control y planeación de la producción eran realizadas por gran grandes grupos de personal. Los miembros del departamento de planeación y control de la producción preparaban los horarios, decidían que materiales y que partes necesitaban ordenarse, expedían las órdenes individuales de trabajo y expedían las órdenes. En las plantas con grandes volúmenes de partes y productos complejos el trabajo involucrado en estas actividades era significante.
Actividades típicas de un sistema de planeación y control de la producción
Decisiones de producción
Programación de la producción
Programación de la producción
Planeación de los requerimientos de
materiales
Planeación de los requerimientos de
materiales
Manejo de inventariosManejo de inventarios
ComprasComprasProveedores externos
Planeación de la capacidad
Planeación de la capacidad
Control del tallerControl del taller
Diseño de ingeniería
Base de datos de ingeniería y manufactura
Operaciones de la fábricaMateria primaProducto terminado 129
Los tipos de problemas a los que se enfrenta en las operaciones de planeación y manejo de la producción son los siguientes:
1. Problemas de capacidad de planta. La producción se atrasa según el horario a causa de la falta de fuerza de trabajo humana y equipo. Esto nos da tiempos extras excesivos, retrasos en tiempos de entrega, quejas de los clientes, retrabajos, etc.2. Sub-óptima programación de la producción. Los trabajos incorrectos son programados por falta de un orden de prioridad de los pedidos, reglas de progRamación de horarios ineficiente, y el estatus cambiante de los trabajos en el taller. Como consecuencia, las corridas de producción son interrumpidas por trabajos que de pronto son de mayor prioridad y los trabajos que estaban programados se caen.3. Largos tiempos de producción. En un intento por compensar los problemas anteriores los planeadores de la producción se toman más tiempo para producir la orden. El taller se sobrecarga, se confunde el orden de prioridades y el resultado son largos tiempos de producción. 4. Ineficiente control de inventarios. 5. Sub-utilización de la planta. Este problema resulta a causa de la pobre programación de horarios (interrupciones en los trabajos y excesivos cambios de productos), y por otros factores sobre los que la gerencia tiene un control limitado. 6. No se siguió la planeación. Esto ocurre por los cuellos de botella en los centros de trabajo. Las consecuencias son más tardada programación del equipo, herramientas no apropiadas y procesos menos eficientes.7. Errores en los datos de manufactura e ingeniería. Los precios de los materiales no están al día, las hojas de ruta no están al día con respecto a los cambios de ingeniería anteriores, los inventarios son imprecisos, y la cuenta de piezas producidas es incorrecta.8. Problemas de calidad. Defectos de calidad son encontrados en componentes producidos y productos ensamblados causando retrasos en el envío.
Estos problemas nos crean la necesidad de tener mejores sistemas para planear y controlar las operaciones de producción. Hoy en día la industria ha adoptado el uso de sistemas de computadora para realizar mucho del trabajo de planeación y trabajo de oficina que antes era realizado por el humano.
Las principales funciones de un sistema de planeación de la producción computarizado son las siguientes:
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Programación maestra de la producción. La programación de la producción consiste en una lista de productos para ser manufacturados, cuándo deben ser entregados y en qué cantidades. Se desarrolla a partir de los pedidos de clientes y De predicciones de la demanda. El programa de producción representa el plan de producción de la organización que sirve de entrada o antecedente para la función de requerimiento de materiales. Planeación de los requerimientos de materiales (MRP). MRP es un procedimiento, usualmente computarizado, para determinar cuando ordenar la materia prima y componentes para el ensamble de productos. Puede ser usado para reprogramar pedidos en respuesta a cambios en la prioridad y condiciones de la demanda. El término planeación de prioridades es comúnmente usado en sistemas basados en computadora para planeación por fases de tiempo de materia prima, producto en proceso y producto terminado. Planeación de la capacidad. Ésta es la cantidad de productos que se pueden producir en un taller o planta en un cierto tiempo. Así como MRP trata la planeación de los materiales y componentes necesarios para la producción de productos programados en la Programación maestra, la planeación de la capacidad trata de la planeación de las fuentes de producción requeridas como mano de obra y equipo.
Además de estas funciones, existen otras funciones en el ciclo de manufactura como las que se ven a continuación:
Base de datos de ingeniería y manufactura. Esta base de datos contiene los datos de ingeniería que se requieren para la realización de componentes y ensamble de productos como el diseño del producto, especificaciones de los materiales de los componentes, precios de los materiales, planes del proceso, etc. La base de datos de ingeniería y manufactura es utilizada para llevara a cabo los cálculos para los módulos de MRP y la planeación de la capacidad. Manejo de inventarios. Cosiste en llevar la inversión en materia prima, producto en proceso, producto terminado, y refacciones tan baja como sea posible pero sin afectar las operaciones de producción ni poniendo en riesgo el servicio al cliente. Compras. El departamento de compras hace los pedidos que son especificados por el plan de requerimiento de materiales y el inventario. Calificar a131los proveedores y mantener disponible lo necesario son funciones de este departamento. Control del taller. El control del taller trata de monitorear el progreso de los pedidos en la fábrica y reportar su estatus a la gerencia para que se puedan efectuar las medidas de control necesarias. El control del taller es usualmente considerado como parte de la planeación y control de la producción.
Planeación de Requerimientos de MaterialesPlaneación de Requerimientos de Materiales
Es una técnica de computación que convierte un plan maestro de productos terminados en planes detallados de materiales de materia prima y componentes de artículos. El plan detallado identifica las cantidades de cada material de materia prima y los componentes de artículos. También indica cuando cada articulo de ser ordenado y entregado para que así se encuentre el plan maestro de los productos finales.
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El MRP es también conocido como un método para el control de inventario. Mientras que es una herramienta efectiva para minimizar las inversiones innecesarias de inventarios, el MRP también es útil en los planes de producción y la compra de materiales.
El concepto de MRP es relativamente recto. Lo que complica la aplicación de la técnica es la magnitud pura del proceso de datos. El plan maestro proporciona un plan de producción de los productos finales en plazos de entrega de mes por mes. Cada uno de los productos debe contener cientos de componentes individuales. Estos componentes son producidos de materiales crudos, algunos de ellos son comunes de los componentes. Por ejemplo, varios los componentes pueden ser fabricados del misma lamina de acero. Los componentes son ensamblados en simples sub-ensambles y éstos son juntados en sub-ensambles mucho mas complejos, y así sigue, hasta que los productos finales son ensamblados. Cada paso en la manufactura y la secuencia de ensamble toma tiempo. Todos estos factores deben ser incorporados a el calculo de MRP. Aunque cada calculo no es complicado, la magnitud de los datos es tan extensa que la aplicación de MRP es virtualmentE imposible al menos de que se haga en una computadora digital.
Conceptos fundamentales de MRPConceptos fundamentales de MRP
El MRP esta basado en varios conceptos que esta implícitos en la descripción precedente pero no esta definida explícitamente. Estos conceptos son:
1. Independencia vs. demanda dependiente2. La manufactura lleva tiempo3. Los artículos son comunes.
La distinción entre la demanda independiente y la demanda dependiente esimportante en MRP. Demanda independiente significa que la demanda del producto no esta directamente relacionada con la demanda de otros artículos. Productos finales y partes de repuesto son ejemplos de artículos que su demanda es independiente. Los patrones de demanda independiente deben ser proyectados. Demanda dependiente significa que la demanda de cada articulo es relativamente directa a la demanda de otro producto. La dependencia se deriva del hecho que el articulo es un componente de otro producto. No solo las partes componentes pero también los materiales de materia prima y los subconjuntos son ejemplos de artículos sujetos a la demanda dependiente.
Mientras que la demanda comercial del producto final a veces debe ser proyectada, las materias primas y las partes componentes no deben ser proyectadas. Una vez que el plan de entregado para los productos finales sea establecido, los requerimientos de los componentes y materias primas pueden ser calculados directamente. Por ejemplo aunque la demanda de automóviles en un mes determinado solo puede ser predecida, una vez las cantidades sean establecidas nosotros sabemos que cinco llantas se necesitan para entregar un carro (no olvidemos la extra).
MRP es la técnica apropiada para determinar las cantidades de artículos de demanda dependiente. Estos artículos constituyen el inventario de manufactura: materia prima, proceso de trabajo, partes componente y subconjuntos. Esto es porque MRP es una técnica tan poderosa en la planeación y el control de inventarios de manufactura.
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El tiempo para el trabajo es el tiempo que es permitido para completar el traBajo de principio a fin. Existen dos tipos de tiempos de tiempos en MRP : el tiempo ordenado y el tiempo de manufactura. El tiempo ordenado para un articulo es el tiempo requerido desde el inicio de las compras requeridas hasta la recepción de los artículos del distribuidor. Si el articulo es una materia prima que esta almacenada por el distribuidor, el tiempo ordenada debe ser relativamente corto, solo una cuantas semanas.
Artículos de uso común son las materias primas que son usados en mas de un producto. MRP reúne estos usados artículos de diferentes productos para efectos de economía en ordenar la materia prima y los componentes producidos.
Contribuciones al sistema MRP
Para que programa MRP funcione apropiadamente, debe ser operada por datos contenido es varios archivos. Estos archivos sirven para contribuir en el proceso de MRP. Estos son :
1. Plan de producción maestra.2. Cuenta de archivo de materiales.3. Registro de archivo de inventario.
El plan de producción maestro es una lista de productos finales que van a serproducidas, como muchos de estos materiales son producidos, y cuando están listos para embarque. El formato general del plan maestro se muestra en la figura 1.0. La compañía de manufactura generalmente trabaja hacia entregas mensuales planeadas: sin embargo, en nuestra figura, el programa usa semanas como tiempo de periodos.
La demanda del producto que marca el programa debe ser separado en tres categorías. La primera consiste en las ordenes de los clientes para productos específicos. La segunda es la demanda predicada. La tercera categoría es la demanda de los componentes de partes individuales.
FIGURA 1.0
OrdenDelCliente
ProcesadorMRP
Producción delPlan maestro
Servicio departesrequeridas
Transaccionesde inventarios
Proyecciónde ventas
Cambios deingeniería
Cuenta de archivo de materiales
RegistroDe archivo de inventarios
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La cuenta de archivo de materiales se usa para capturar toda la materia prima y los componentes requeridos para el producto final enlistado en el plan maestro. Este provee información de la estructura de los productos por medio de una lista de partes y subconjuntos que hacen cada producto.
La estructura del conjunto de productos se ve en el lA figura 2.0. esto es un producto relativamente simple en que cada grupo individual de componentes hacen dos subconjuntos, que hacen el producto. La estructura esta en forma de pirámide. Podemos tener una visión mas amplia de los niveles inferiores por la figura 3.0. Esta consiste en materias primas usadas para componentes individuales. Los artículos en cada nivel superior se llaman padres de los artículos que van hacia debajo de ellos. Por ejemplo el subconjunto S1 es el padre de C1, C2 y C3. El producto P1 es el padre de los subconjuntos S1 y S2.
La estructura del producto también debe de especificar cuantos artículos están incluidos en los padres.
FIGURA 2.0
FIGURA 3.0
Registro de archivos de inventario
Esta refiere a los archivos de artículos maestros en un sistema de inventarios computarizados. El archivo se divide en tres segmentos. El primer segmento se llama el segmento de datos maestros de un artículo y provee identificación de artículos y otros datos como se ilustra. El segundo segmento, se llama el status del segmento del inventario. El tercer archivo provee datos subsidiarios como compras, fragmentos o rechazos y cambios de ingeniería.
Cómo trabaja MRP
ReportesDe salida
P1
S1 S2
C1 C2 C3 C6C5
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El material requerido para el plan de proceso de los datos contenidos en el plan maestro, de cuentas de archivo de materiales y registro de archivo de inventarios . El plan maestro especifica periodo por periodo la lista fina de productos requeridos. La cuenta de archivo de materiales (CAM) define que materiales y componentes se utilizan en cada producto. El registro de archivo de inventarios contiene información de lo que ocurre y el futuro inventario de cada componente. El programa de MRP computa cuantos componentes y materias primas se necesita explotando los requerimientos de el producto final en niveles inferiores en la estructura del producto.
Las cantidades de materias primas para estos componentes son determinadas de igual manera.
Hay varios factores que complican las partes dEl MRP y la explosión de materiales. Primero las cantidades de componentes y el subconjuntos. El segundo factor se manifiesta el los tiempos y el tercer factor son los artículos comunes usados .
Plan de Capacitación
El plan maestro define el plan de producción de la empresa en términos de que producto, cuantos y cuando. Un plan maestro realista debe ser compatible con las capacidades y limitaciones de producción de una planta que va a producir el producto.
El plan de capacitación es considerado que determina lo que se requiere de la tarea y la capacidad de equipamiento para congeniar con la corriente de producción del plan maestro como también los recursos de producción del futuro para que un plan maestro irreal no sea hecho.
El plan maestro se transforma en material y requerimientos de los componentes usando MRP. Estos requerimientos proveen cálculos de la cantidad de horas laborables y otros recursos utilizados en la producción de componentes. Los recursos requeridos son comparados con la capacidad de la planta sobre la planeación horizontal. Si el plan no es compatible a la capacidad de la planta, ajustes se deben de hacer en el plan maestro o en la capacidad de la planta. Los cálculos requeridos en la comparación pueden ser ejecutados en el sistema de computación y una indicación de los cambios requeridos en la capacidad deben ser proporcionado.
Los ajustes de capacitación pueden dividirse en cortos periodos y largos periodos de ajuste. Los ajustes de capacitación para cortos periodos incluyen:
* Niveles de empleo* Numero de cambios de trabajo* Horas laborables.
EJEMPLO
Para ilustrar como trabaja MRP, vamos a considerar los requerimientos del plan de procedimiento para uno de los componentes del producto P1. El componente que vamos a considerar es el C4. Esta parte es usada también en otro producto P2. Sin embargo, solo un articulo de C4 se usa en cada P2 producido. La estructura del producto de P2 se ve en la figura 5.0. Los componentes del C4 son hechos de materia prima de M4. Una uniDad de M4 se necesita para producir una unidad de C4. El orden y los tiempos de manufactura se necesitan para
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producir una unidad de C4. El orden y los tiempos de manufactura que se necesitan para hacer MRP son como lo siguiente:
Figura 4.0
P1: Tiempo de ensamble = 1 semana
P2: Tiempo de ensamble = 1 semana
S2: Tiempo de ensamble = 1 semana
S3: Tiempo de ensamble = 1 semana
C4: Tiempo de manufactura = 2 semanas
M4: Tiempo para ordenar = 3 semanas
Beneficios de MRP
El programa MRP genera una gran variedad producción que se usan en la planeación y el manejo de las operaciones de una planta. La producción incluye:
Ordenar notas de liberación, que provee autoridad para arreglos que se planean en los sistemas de MRP. Reportes planeados para ordenes de liberación para periodos futuros Notas reprogramadas, indicando cambios en fechas de ordenes abiertas Notas de cancelación Reportes en los estatus de los inventarios Ejecución de reportes de varios tipos
CONTROL DE PISO
La tercera fase en la planeación y el control de la producción se relaciona con la autorización de órdenes de producción, vigilar y controlar el avance de las órdenes y obtener información actualizada sobre el estado de las órdenes. El departamento de adquisiciones es el responsable de estas funciones entre los proveedores. Él termino control de piso de taller se emplea para describir estas funciones, cuando se realizan en las fabricas de la propia compañía. En términos básicos, el control de piso de taller se relaciona con la administración del trabajo en proceso de la fábrica. Es más importante en el trabajo de taller y en la producción en lotes, en donde hay varias solicitudes diversas que deben programarse y vigilarse de acuerdo con sus prioridades relativas.
P2 P2
S3 S3 S4 S4
C6 C6 C4 C4 C7 C7 C2 C2 C8 C8
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Un sistema común de control de piso de taller tiene tres módulos:
1) Autorización de órdenes2) programación de órdenes3) avance de órdenes
Los tres módulos y su interrelación con otras funciones en la fabrica se muestran en la figura 40.9.Se llevan acabo mediante137una combinación de sistemas de computadoras y recursos humanos.
Autorización de órdenes
La autorización de órdenes en el control de piso de taller genera los documentos necesarios para procesar una orden de producción en la fábrica.
En ocasiones los documentos se denominan el paquete del taller; por lo regular consta de:
1) La hoja de ruta2) Las requisiciones para obtener los materiales iniciales de las tiendas.3) Las tarjetas de empleados para reportar el tiempo de mano de obra directa utilizado en una solicitud.
4) Las boletas de desplazamiento para autorizar el transporte de partes a centros de trabajos subsecuentes en la ruta de producción.5) Las listas que se requieren para trabajos de ensamble.
En una fabrica tradicional, estos documentos se mueven junto con la orden de producción y se usan para registrar su avance por el taller. En las fábricas modernas, se usan métodos automatizados tales como la tecnología de código de barras para vigilar el estado de una solicitud, la cual hace innecesarios algunos de estos documentos en papel.
La autorización de órdenes o pedidos se controla mediante dos datos principales.
Programación de las solicitudes.
En esta etapa se asignan las órdenes de producción a los centros de trabajo en la fábrica. Atiende la función de despacho en la plantación y control de la produccion. En la programación de ordenes, se prepara una lista de despacho que indica que ordenes deben procesarse en cada centro de trabajo. También proporciona las prioridades relativas para diferentes trabajos, por ejemplo, mostrando las fechas de entrega de cada trabajo. La lista de despacho ayuda al supervisor de departamento a asignar trabajos y recursos a fin de cumplir con el programa maestro.
La programación de órdenes en el control de piso de taller enfrenta dos problemas en la plantación y control de la producción:
1) Carga de maquinas
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2) Secuenciación de actividades de trabajo.
Para programar las ordenes de producción a los centros de trabajo se denomina cargar las maquinas. Cargar Todos los centros de trabajo en la planta se denomina cargar el taller. Dado que es probable que la cantidad de órdenes de producción exceda la cantidad de centros de trabajo, cada centro de trabajo tendrá una fila de órdenes en espera de ser procesadas.
La secuenciación de actividades es el problema de decidir el orden en el cual se procesan las actividades en una maquina determinada. La secuencia de procesamiento se decide mediante prioridades entre las actividades en la fila. Las prioridades relativas se determinan mediante una función llamada control de prioridad.
Las siguientes son algunas de las reglas que se usan para establecer las prioridades en las órdenes de producción de una planta:
Primero en llegar, primero en atenderse. Las órdenes se procesan en la secuencia en la que llegan al centro de trabajo.
Fecha de entrega más reciente. Las órdenes con fechas de entrega más recientes reciben prioridades más altas.
Tiempo de procesamiento más breve. Las órdenes con tiempos de procesamiento mas corto reciben prioridades más altas.
Menor tiempo de inactividad. Las órdenes con la mínima actividad en su programa reciben prioridades más altas. El tiempo de inactividad se define como la diferencia entre el tiempo que queda hasta la fecha de entrega y el tiempo de procesamiento.
Razón critica. Las solicitudes con la razón crítica más baja recién prioridades más altas. La razón crítica se define como la razón del tiempo que queda hasta la fecha de entrega dividida entre el tiempo de procesamiento restante.
Avance de las ordenes
El avance de las órdenes en el control de piso de taller monitorea el estado de las órdenes, el trabajo en proceso y otros parámetros en la planta que indican avance y rendimiento de la producción.
El objetivo de avance de órdenes es proporcionar información para administrar la producción con base en los datos recopilados de la fábrica.
Existen varias técnicas para reunir datos de las operaciones de la fabrica, entre ellas están los procedimientos de oficina, los cuales requieren138los trabajadores registren los datos en formatos de papel, que posteriormente se integran con técnicas completamente automatizadas que no requieren participación humana. En ocasiones se usa él término sistemas de recopilación de datos de fábrica para identificar estas técnicas.
La información que se presenta a los niveles directivos frecuentemente se resume en reportes.
Entre los reportes están los sig:
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Reportes de estado de solicitudes de trabajos: estos indican el estado de las órdenes de producción, incluyendo el centro de trabajo donde se ubica cada orden, las horas de procesamiento que faltan para terminar la orden, sí las actividades están a tiempo o no y el nivel de prioridad.
Reportes de avance. Estos se usan para reportar el desempeño del taller durante cierto periodo semanal o mensual.
Reportes de excepciones. Estos reportes indican desviaciones del programa de producción, tales como retrasos en las actividades y excepciones similares.
Ing. Javier F Soto Heredia.Sinaloa Agosto 2008
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