U1 Introduccion a La Manufactura Avanzada

INTRODUCCIÓN A LA MANUFACTURA

AVANZADA

UNIDAD 1

ÍNDICE

1. Introducción a la manufactura avanzada

¿Qué es manufactura?

Ingeniería de manufactura

2. Planificación de Procesos

3. Metodología de desarrollo

4. Criterios de aplicación

Restricciones geométricas

Restricciones tecnológicas

Restricciones económicas

5. CAPP

6. Introducción al Control numérico

¿QUÉ ES MANUFACTURA?

Consiste en la transformación de materias primas en productos manufacturados, productos elaborados o productos terminados para su distribución y consumo.

Es más comúnmente aplicado a la producción industrial, en la cual las materias primas son transformadas en bienes terminados a gran escala y con la utilización de máquinas y fuentes de energía más allá del simple trabajo humano

La fabricación moderna incluye todos los procesos intermedios requeridos para la producción y la integración de los componentes de un producto. El sector industrial está estrechamente relacionado con la ingeniería y el diseño industrial.

LA MANUFACTURA Y LA INDUSTRIA

Los ingenieros de manufactura

están involucrados en el

proceso de fabricación desde la

planificación hasta el empaque

de productos terminados.

Examinan el flujo y proceso de

manufactura, en busca de

formas de agilizar la

producción, mejorar las

entregas y reducir los costos.

INGENIERÍA DE MANUFACTURA

Los ingenieros de manufactura utilizan herramientas tales como robots, controladores programables y numéricos, y sistemas de visión para perfeccionar las instalaciones de ensamble, empaque y despacho.

Un ingeniero de manufactura suele trabajar con un prototipo, comúnmente creado electrónicamente con computadoras, para planificar el proceso de fabricación final.

La labor de un ingeniero de manufactura consiste en descubrir métodos y sistemas para producir un producto de forma más eficiente y económica a fin de ofrecer una ventaja competitiva para el producto final.

INTRODUCCIÓN A LA MANUFACTURA AVANZADA

GENERALIDADES

Planificación de procesos

Establecimiento y secuenciación de procesos, máquinas, herramientas y parámetros

de corte para la fabricación de componentes a partir de preformas (seleccionar la

adecuada en función de la forma de la pieza y la importancia de la serie estándar o

proceso de conformación o deformación)

• Especificaciones de pieza Plano (formas, dimensiones, tolerancias

(dimensionales, de forma y acabado superficial)); Material; Tratamientos térmicos y

superficiales; Superficies de referencia

• Importancia de la serie Cantidad de piezas; nº de lotes/año; plazo de entrega

ritmo de producción y costo admisible

• Posibilidades y limitaciones del equipamiento disponible: M-H, htas, elementos de

medida...

GENERALIDADES


Plan de procesos u Hoja de procesos ( hoja de ruta, hoja de operaciones... )

• Describe la secuencia del proceso seleccionado con mayor detalle que el diagrama

de proceso

• Especifica la secuencia, paso a paso, de operaciones fabricación, detallando:

•Estaciones de trabajo,

•Herramientas

• Actividades de control de calidad

•Parámetros de proceso,

• Montajes de pieza,

•Planos soporte de fabricación y ensamblaje (planos de ingeniería sólo definen

las piezas)...

Fundamental para definir y gestionar los recursos de fabricación


• Se divide en:

– Fases operaciones realizadas en una misma Máquina Herramienta10,20,30...

– Subfases operaciones realizadas en una misma sujeción de pieza con un Utillaje

A,B,C...

– Operación operaciones realizadas con una misma Herramienta / ciclo de

mecanizado a,b,c...

GENERALIDADES

METODOLOGÍA PARA MANUFACTURAR UNA PIEZA

1. Dibujo e información de la pieza

2. Estudio de la información geométrica del plano

3. Determinación de los volúmenes de mecanizado

4. Determinación de los procesos y secuencia de mecanizado

5. Selección de superficies de referencia y sujeción

6. Selección de Máquina Herramienta

7. Determinación de las operaciones; Selección de htas y condiciones de corte

8. Elección y/o diseño del utillaje

9. Confección del programa máquina

10. Diseño del proceso de inspección y transporte

11. Determinación de tiempos y costes de fabricación

EJEMPLO


• Material: Acero fundido R = 55 kg/mm2 ; HB = 200

• Creces: 5 mm en superficies a mecanizar ; Agujeros ciegos

• Especificaciones: Ra = 3.2 en sup a mecanizar, salvo

indicación contraria


2. Estudio de la información geométrica del plano • Numeración de superficies a mecanizar

• Análisis de especificaciones superficiales

• Análisis de tolerancias dimensionales

• Análisis de tolerancias de forma y posición

• Análisis de material y forma de partida

• Análisis del resto de especificaciones










Cuadro resumen

METODOLOGÍA

EJEMPLO


1 2 3

4 5

6

7

8

9

10

9 9

EJEMPLO

2.Estudio de la información geométrica del plano

• Las superficies son básicamente cilindros

y planos de una pieza de revolución

• Creces: 5 mm y agujeros ciegos

localización de centro

coaxialidad

paralelismo

METODOLOGÍA



3. Determinación de los volúmenes de mecanizado • Determinación del material a mecanizar

• División en subvolúmenes

• Asociación de superficies

• Procesos de eliminación de volúmenes









Diagrama Procesos de Desbaste

EJEMPLO

3.Determinación de los volúmenes de mecanizado

• Restricciones tecnológicas por la interferencia de volúmenes de

mecanizado evitar corte interrumpido; mejorar entrada de hta.

• Restricciones económicas reducir trayectorias; procesos más

convenientes

METODOLOGÍA




4. Determinación de los procesos y secuencia de mecanizado • Procesos que satisfacen requisitos de acabado

• Inventario de operaciones a realizar

• Determinación de relaciones de precedencia

• Determinación de fases y subfases agrupar por M-H y sujeción








Diagrama Fases y Subfases

EJEMPLO

4.Determinación de los procesos y secuencia de mecanizado

• Procesos más adecuados para tolerancias y acabado

superficial...

• Ajustarse al equipamiento disponible...

EJEMPLO • Operaciones agrupadas por M-H fases, ordenadas por

restricciones tecnológicas (corte interrumpido, sup. de referencia...)

• Selección de M-H según coste (hora taladro < hora fresadora)

EJEMPLO

4.Determinación de los procesos y secuencia de mecanizado

• Operaciones agrupadas por sujeciones o montajes cuidando:

accesibilidad de htas, huellas de perros de arrastre, sup. de referencia por

donde posicionar la pieza (en la 2ª subfase deben ser sup. mecanizadas)

METODOLOGÍA





5. Selección de superficies de referencia y sujeción • Posicionamiento de la pieza en la máquina simplificar cambios de trayectoria e inercias

• Características de unión pieza / utillaje

• Condiciones de isoestaticidad (planificación de utillaje, axiomas y reglas de diseño)

• Simbolización de posicionamiento y sujeción

6. Selección de Máquina Herramienta • Tamaño de lote nivel de automatización

• Requerimientos del equipamiento

• Disponibilidad, subcontratación o adquisición






DESARROLLO DE PLAN DE FABRICACIÓN

Plan de fabricación

1) Determinación del Proceso:

• formas tipo de mecanizado

• dimensiones capacidad de máquina

• material potencia de máquina; tipo de mecanizado; htas; cond. corte

• tratamientos térmicos procesos intermedios, precisan un posterior acabado

• tratamientos superficiales al final del proceso

2) Determinación de las Fases:

• tolerancias (dimensionales, de forma y posición, acabado superficial) tipos de mecanizado necesarios;

precisión de posicionamiento y repetibilidad

– Ejemplo: agujeros de precisión: fundición taladrado escariado rect. interior honeado

• importancia de la serie, equipamiento disponible selección y secuenciación de máquinas

3) Determinación de las Subfases:

• tolerancias de forma y posición, superficies de referencia diseño y secuenciación de posicionamientos y

sujeciones de la pieza ( planificación de los utillajes)

– Sup. de partida: elegir mejor sup. mecanizadas, las bilimitadas (190.3) de menor tolerancia

• importancia de la serie, equipamiento disponible selección y diseño de utillajes

– Objetivos: reducir tiempo no productivo nº de utillajes, nº de atadas pieza, cambios de hta, nº

pasadas y longitud de trayectorias de hta...

DESARROLLO DEL PLAN DE FABRICACIÓN

Plan de fabricación

4) Determinación de Operaciones:

• restricciones geométricas, tecnológicas, económicas diseño y secuenciación de operaciones; ciclos

fijos / paramétricos del control

• análisis de movimientos necesarios tipo de control de máquina para trayectorias de mecanizado

• rugosidad, operatividad ( tiempo o coste de mecanizado) selección htas y ajuste de condiciones de

mecanizado para cada tipo de pasada (desbaste, semiacabado, acabado) ap, ae, f, Vc, n, refrigerante,

sistema de sujeción hta...

5) Obtención de programa CNC

• localización de htas en la torreta; reglaje de htas; configuración de orígenes de pieza; cálculo de

trayectorias de mecanizado; simulación y postprocesado

• selección del sistema de programación: aprendizaje, ISO, WOP, CAM

6) Mecanización y verificación

• selección de los elementos de medición y verificación

• chequeo del proceso definido (calidad, tiempos, costes) y realimentación antes de aplicar a toda la serie

METODOLOGÍA

Secuencia de aplicación

(Boothroy)

CRITERIOS

Secuencias habituales por gamas tipo de piezas

• Piezas rígidas desbaste acabado sup. frágiles (roscado)

(ranurado antes)

• Piezas con grandes sobreespesores desbaste tratamiento de

estabilización de tensiones internas acabado

• Piezas semirrígidas no deformar la pieza cuidar elección

puntos de apoyo, limitar esfuerzos de sujeción, colocar soportes que

limiten la deformación, limitar esfuerzos de corte

• Piezas deformables inmovilizar parte flexible; soportes; limitar

esfuerzos de corte

• Piezas templadas (R100daN/mm2) desbaste acabado sup.

poco exactas (IT>9) temple y revenido semiacabado y acabado

por arranque de viruta

• Piezas templadas (R>100daN/mm2) desbaste acabado sup.

poco exactas temple y revenido acabado por rectificado

• Piezas cementadas con recubrimiento dejar menos tolerancia o

dimensión si hay tratamiento superficial de recubrimiento

Los procesos de mecanizado precisan Viruta

mínima dejar creces para el proceso posterior

CRITERIOS Restricciones Geométricas y Dimensionales (impuestas por el plano de la pieza)

Formas típicas de superficies simples o más complejas de mecanizar en distintos tipos de M-H

características de mecanizado (“features”) Reconocimiento automático/interactivo de

características a partir de geometría en CAD 2D/3D.

Características típicas

simples en piezas

rotacionales

CRITERIOS

CRITERIOS

• Agujeros: pasantes / ciegos; roscados; aborcardados / avellanados • Ranuras: pasantes / ciegas; abiertas / cerradas • Cajeras ; Rebajes ; Redondeos, chaflanes

Características típicas simples

en piezas no rotacionales

CRITERIOS Características típicas más complejas

en piezas no rotacionales


Tolerancias de forma y posición secuenciación del mecanizado: superficies de referencia se

mecanizan 1º

• Paralelismo, Perpendicularidad 1º mecanizar la de referencia para que sirva de apoyo o bien

mecanizar ambas en un mismo montaje (sujeción de pieza)


Tolerancias de forma y posición secuenciación del mecanizado: superficies de referencia se

mecanizan 1º

• Coaxialidad mecanizado entre puntos previo para tener eje de referencia en las fases y

subfases

• Planitud cuidar las deformaciones por tensiones internas


Tolerancias dimensionales y rugosidad secuenciación de procesos de mecanizado

• Caracterización de procesos de mecanizado por valores típicos de tolerancias y acabados

superficiales

CRITERIOS Restricciones Geométricas y Dimensionales (impuestas por el plano de

la pieza)


• Existe correlación entre tolerancia dimensional y rugosidad

• Existe correlación entre tolerancia dimensional y tamaño de pieza



• Cuidar la acumulación de tolerancias al secuenciar y definir las operaciones y las superficies de

referencia cuidar la acotación (líneas base de cotas)

CRITERIOS

Restricciones

Geométricas y

Dimensionales (impuestas

por el plano de la pieza)

• cuadro de tolerancias

-Transformar previamente las

dimensiones para que tengan

tolerancias bilaterales ()

-Las dimensiones se suman o restan,

pero las tolerancias siempre suman

-Se van calculando las dimensiones

resultantes y el stock por mecanizar

-Se comparan los resultados finales

con los requerimientos del plano

CRITERIOS

-Ajustar tolerancias

de mecanizado

para lograr los

requerimientos del

plano de la pieza

CRITERIOS Restricciones Tecnológicas (impuestas por los medios de fabricación) secuenciación de

operaciones

Se mecanizan al final las operaciones que generan: secciones débiles; posibles flexiones de pieza y

desviaciones de hta.


operaciones

Se mecanizan al final las operaciones que generan superficies frágiles como las roscas,

protegiéndolas en caso si es imposible cumplir esta regla.

Tratamientos superficiales tras mecanizado

CRITERIOS Restricciones Tecnológicas (impuestas por los medios de fabricación) secuenciación de operaciones

Mandrinados secantes 1º el más exacto o largo.

Evitar corte interrumpido.

Mecanizado de agujeros: Centrado Taladrado Abocardado / avellanado Roscado // Acabado más preciso


operaciones

Evitar rebabas chaflanes al final

Operaciones de precisión tras las operaciones que pueden provocar deformaciones de pieza y

tratamientos térmicos.

CRITERIOS

Restricciones Económicas (reducción de costes)

• Incremento del coste con: tolerancias, acabado superficial,

relación L/D y posicionamiento de agujeros

CRITERIOS


• Reducción de tiempos improductivos acortar trayectorias; asociar htas; ajustar parámetros de corte

• Reducción de htas y utillajes

CRITERIOS


DFM: Diseño para Fabricación consideraciones en el diseño de pieza para reducir costes de fabricación

• Seleccionar los materiales más adecuados mejor maquinabilidad / menor coste / preforma estándar

• Estandarizar diseños, características de mecanizado (taladros, ranuras, redondeos…) nº herramientas

- familias de piezas CAPP variacional (hoja de procesos para familias de piezas)

• Reducir máquinas necesarias (M-H estándar si es posible) nº fases ( manipulación y WIP)

• Elegir adecuadamente la preforma

- mínimo coste de producción

- ajustar dimensiones para material

sobrante (pasada mínima)

CRITERIOS



• Simplificar el diseño

- Reducir o eliminar operaciones de mecanizado complejas y

secundarias (tratamientos, acabados)

- sup a mecanizar y disponerlas para nº subfases al no tener

que mecanizar sup inaccesibles en una sujeción (por ejemplo,

torneado acabando la pieza con un tronzado)

- Simplificar las características de mecanizado facilidad de

mecanizado, accesibilidad de htas

CRITERIOS



• Simplificar el diseño

- Diseños rígidos para soportar las fuerzas de mecanizado

- Utilizar las máximas tolerancias y acabados superficiales posibles

- Ranuras de salida de muela, ranuras de salida de rosca, evitar aristas vivas...

- Agujeros y mandrinados cilíndricos, con baja relación L/D, paralelos a ejes de máquina, y de fácil entrada de hta

CAPP

CAPP: Computer Aided Process Planning

Definición: Determinación sistemática de métodos de fabricación y detalles de operación por los que las piezas

pueden fabricarse económica y eficientemente desde materias primas a productos acabados. [Cornelius Leondes]

Proceso tradicional (manual) consume mucho tiempo y esfuerzo y no es tan eficiente (excesiva dependencia del

planificador de procesos de fabricación)

CAPP especialmente adecuado para producción discreta de alta variedad y bajo volumen de producción por

múltiples procesos de fabricación y ensamblaje

proporciona múltiples decisiones e información alternativa, ajustándose a estándares de fábrica

debe facilitar la integración y coordinación de actividades de producción: diseño, planificación de

producción, planificación de recursos, fabricación y control

enlace entre CAD y CAM

integración con MES (Manufacturing Execution System), CAD/CAM y MRP/ERP

las aplicaciones industriales todavía no tienen todo el soporte computacional, htas y funciones citadas

CAPP

CAPP: Computer Aided Process Planning

Beneficios:

• Tangibles: (estudio en 20 grandes compañías)

– 58% reducción de esfuerzos de planificación

– 10% ahorro en mano de obra directa

– 4% ahorro en material

– 10% ahorro en desechos

– 12% ahorro en herramental

– 6% reducción de inventario en curso (WIP)

• Intangibles:

– Reducción del tiempo de planificación y ciclo de producción respuesta más rápida a cambios ingenieriles

– Mayor consistencia del plan de procesos; acceso a información actualizada en una base de datos central

– Mejores procedimientos de estimación de costes y menores errores de cálculo

– Planes de proceso más completos y detallados

– Mejor planificación de la producción y utilización de la capacidad

– Mejor capacidad para introducir nuevas tecnologías de fabricación y actualizar rápidamente los planes de procesos para

usar la tecnología mejorada

CAPP

Planificación manual

Filed Process Planning

Based on Coding &

Classification of Parts

Engineering Drawing Process Planner • Retrieves PP Document

• Modifies PP to Match a Specific Part

• Make a Copy for Part Programmer

• Filed New PP Document

Part Programmer • Retrieves PP Document

• Modifies PP to Match a Specific Part

• Make a Copy for Part Programmer

• Filed New PP Document

NC Program

CAPP

Planificación semiautomática

Coding or Other

Form of Input

Process

Planning

System

Process

Process

Planner

Industrial Engineer • Time Standard

• Operation Instruction

• Layout

Production Planner • Scheduling

• MRP

Part Programmer

NC Program NC Processor

and Post-processor

Engineering Drawing

CAPP

Planificación automática

Process

Plan DB

End

Effector DB

Fixture DB

Material DB

Tool DB

Machine DB

Process

Capability DB

CAD DB

Machine Selection

Module

Material Selection

Module

Process Selection

Module

Surface Identification

Module

Tool Selection

Module

Fixture Selection

Module

End Effector

Selection Module

Cutter Path

Generation Module

Intermediate Surface

Generation Module

System

Maintenance

Module

Standard

Cost DB

Standard

Time DB

Machinability

DB

Classification

Module

Parameter

Optimization Module

CONTROL NUMÉRICO Y SU APLICACIÓN

Un centro de mecanizado, es una máquina de

gran automatización que es capaz de realizar

diversas operaciones de maquinado dentro de

una instalación bajo CNC (Control Numérico

Computarizado) con una mínima intervención

humana.

Las operaciones más comunes en las que se

usa esta máquina son aquellas que usan

herramientas de cortes rotatorios como brocas y

cortadores.

A comparación de este sistema de mecanizado

con los sistemas más tradicionales, se destaca

como ventaja, la velocidad de producción y

como desventaja, la inversión necesaria.

Estos centros de mecanizados cuentan

con las siguientes características.

La versatilidad y flexibilidad que debido al alto

grado de automatización, las hace capaces de

ejecutar diferentes operaciones de mecanizado

en una sola pieza.

Brinda un buen acabado superficial, lo que las

hace indicadas para dar la forma final a las

piezas que se fabrican.

Estas máquinas son reconfigurables, ya que

pueden cambiar rápidamente de configuración

para realizar diversas tareas de mecanizado

sobre una pieza.

Uniformidad en la producción, condición

necesaria para la producciones en serie.

Alta velocidad de producción, debido a que

realizan una gran cantidad de operaciones de

una forma automática sobre la pieza trabajada.

Algunas de las virtudes que demuestran la flexibilidad y reconfigurabilidad mencionadas son, el cambio automático de herramientas, las utilizaciones de paletas transportadoras y el posicionado automático de la pieza de trabajo.

COMPARACIÓN MAQUINADO CONVENCIONAL VS CNC

Máquina convencional Máquina con CNC

Es necesario que constantemente se consulte el plano

No es necesario consultar apenas el plano

Un operario solo puede manejar una maquina Un operario puede manejar varias maquinas

El operador tiene el control de avance, profundidad, etc.

El programa tiene todo el control de los parámetros de cortes

Existen mecanizados imposibles Posible de realizar cualquier tipo de

mecanizado

Bajo costo El costo de máquina, accesorios y mantenimiento es muy elevado

Posible manejo de pequeños volúmenes de producción

Se necesita mantener grandes volúmenes de producción para reducir los costos

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