REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD POLITECNICA“JOSÉ ANTONIO ANZOÁTEGUI”EL TIGRE ESTADO–ANZOÁTEGUI PNF–TRAYECTO IV ANALISIS DE FABRICACIÓN (Proyecto de Manufactura) Profesor: Eugenio, Salas. Integrantes: Grupo Sección 02. PNF. ING. Mecánica. Alfonzo, Dimas C.I: 10.941.019 Blanco, Gregory C.I: 15.375.065 Cermeño, Mayra C.I: 16.078.675 Pino, Gustavo C.I: 16.529.026 González, Sandra C.I: 14.468.696 El Tigre, Mayo del 2011.
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de cualquiera de las diferentes combinaciones de los movimientos de los ejes de giro y
desplazamiento de la herramienta. El tipo de formas que se pueden conseguir en
mecanizado 2D son superficies cónicas, planas y cilíndricas.
Reconocimiento de Rasgos (Feature Recognition FR): Es una poderosa técnica de
manufactura utilizada por los investigadores del área de manufactura en diferentes etapas
de la misma, mediante la cual se asocian la topología de los volúmenes desalojados por la
herramienta de corte con las operaciones necesarias para obtenerlos.
Esta técnica de reconocimiento de rasgos es poderosa desde el punto de vista de las
facilidades de manipulación topológica que ofrece, sobre todo para usarse mediante
sistemas modeladores de sólidos.
Rasgo: Según la técnica de Reconocimiento de Rasgos, un rasgo de maquinado es una
porción de la pieza afectada por el volumen desalojado por un proceso de mecanizado en
particular. Un rasgo de maquinado consiste en tres componentes
• El volumen barrido por la herramienta.
• La dirección de aproximación de herramienta (y la dirección en la cual la operación se
desarrolla)
• El tipo de operación realizado.
Control Numérico CN: Es la tecnología que se usa para controlar funciones de máquinas
herramientas, usando datos numéricos que son programados e interpretados por un
controlador incluido en la máquina. En CNC o Control Numérico Computarizado, los
datos numéricos tienen su origen interpretativo en algún software alojado en la unidad de
procesamiento de datos de un computador o micro-computador. En un ambiente CNC las
máquinas, los controladores y los computadores son capaces de intercambiar datoscomunicándose directamente entre el controlador de la máquina y los computadores. Las
labores de planeación de reglaje y posicionamiento de piezas y de planeación de proceso en
general, se pueden realizar con más fiabilidad debido a la facilidad de programación de
por el chaflán. Además, si los agujeros son maquinados antes de la superficie inclinada, se
presentaran dificultades durante el reglaje de la pieza porque la fijación tipo prensa no
ofrece la estabilidad ni las comodidades suficientes para ello.
Figura 4. Interacción de Rasgos.
Una de solucionar el problema anterior, es contrarrestar el efecto negativo de la fijación sin
cambiar la secuencia de operaciones utilizando una fijación modular, que permita sujetar la
pieza con estabilidad y ejecutar los mecanizados sin que los rasgos interactúen. La figura 5
muestra un arreglo en una fijación modular tipo pallet, el cual permite sujetar la piezamediante bridas tipo “uñas” para el mecanizado de los agujeros.
Comúnmente, las operaciones de maquinado no deben ser necesariamente desarrolladas en
un orden arbitrario. Sin embargo, en el caso de existir restricciones geométricas y
tecnológicas en las piezas, se requerirá que ciertas operaciones sean desarrolladas antes o
después de otras. A esto se refiere precisamente la identificación de restricciones de
precedencia: identificar las interacciones negativas entre rasgos y proponer un orden lógico
para la secuencia de mecanizados en consideración.
Figura 5. Uso de Fijación Modular para eliminar Interacciones de Rasgos.
Un método de análisis de precedencias propone el uso de la técnica grafos de adyacencia
para saber que mecanizados se realizan primero en una pieza. Otro método sistemático seofrece en el presente trabajo, es el cual sirve para saber qué grupo de rasgos deben
maquinarse sujetando la pieza desde ciertas superficies calificadas para tal fin. Para ello se
propone encontrar restricciones de precedencia, considerar tolerancia, accesibilidad de
rasgos, buenas prácticas de manufactura y tiempo de mecanizado. Estos métodos
constituyen herramientas de ingeniería muy valiosas para cumplir con este requerimiento
del setup planning.
Referencias de Posición y Maquinado.
Determinan cuales superficies deben ser usadas como referencias para localización de la
pieza y que rasgos de referencia deben ser mecanizados antes de otros rasgos. Se da un
ejemplo en la figura 6, en el que el bolsillo es el rasgo de mayor importancia según los
requerimientos de diseño de la pieza. El otro rasgo tipo agujero, es localizado usando dos
dimensiones: la distancia 2, referenciada desde la superficie tope del bolsillo, y la distancia
1, referenciada desde la cara A de la pieza. Según esto, el bolsillo debería maquinarse
primero, y después el agujero, referenciado con respecto al bolsillo y a la superficie de A.
Errores en el Posicionamiento y Referenciación de Piezas.
Observando los errores que se inducen por la colocación y fijación de las piezas en las
máquinas se plantean dos principios básicos para el reglaje y posicionamiento de piezas:
Principio de Unificación del Sistema de Localización y Referenciación Tecnológica.
Consiste en integrar el sistema de localización y referenciación tecnológica de la pieza en
un solo y único sistema todo el conjunto de las bases geométricas relacionadas con el
diseño y la fabricación del producto. Las bases geométricas son:
Bases de Diseño: Entidades necesarias para la construcción de los rasgos de una
determinada geometría, por ejemplo, el eje de simetría de un volante.
Bases Constructivas: Entidades geométricas como puntos, líneas y planos,
necesarias para el diseño de algún elemento.
Bases de Lecturas de Medidas: entidades necesarias para conocer y establecer las
medidas o cotas de la pieza.
Bases Tecnológicas: Superficies que sirven para referenciar o ubicar una pieza en
la máquina herramienta para su manufactura.
Este principio se cumple optimizando el diseño del producto y los procesos de manufactura.
El diseño geométrico y constructivo se debe optimizar enfocándolo hacia el análisis demanufacturabilidad y fijabilidad, mientras que la optimización de procesos se hace
utilizando las herramientas del process planning.
Principio de Permanencia del Sistema de Localización (Referenciación).
Según esta premisa se debe determinar un sistema de bases geométricas para la
referenciación tecnológica (reglaje) de la pieza de tal forma que se mantenga inmodificable
durante toda la manufactura del producto, esto es, durante cada uno de los setups. La
expresión técnica del principio de la permanencia del sistema de referenciación se ha
materializado en el diseño de la nueva categoría de las máquinas herramientas y fijaciones,
como centros de maquinado y sistemas flexibles de manufactura con dispositivos
modulares tipo pallets y de reglaje rápido, los cuales incluyen la característica de
modularidad e intercambiabilidad de sus dispositivos.
Restricción de los Grados de Libertad de una Pieza.
Localización Tecnológica de una Pieza.
La localización tecnológica establece una relación geométrica deseada entre la pieza de
trabajo y la máquina por medio del sistema de reglaje y su vez una relación entre la pieza
de trabajo y la herramienta de corte. Se puede definir localización como el uso de caras del
componente para referenciar planos.
La figura 10 muestra dos layouts o arreglos de fijación diferentes y posibles en una misma
pieza.
Figura 10. Arreglos diferentes de localizadores en una misma pieza. El arreglo A es
más estable que el B.En los arreglos A y B se tienen el mismo número de localizadores y sujetadores (6 cada
uno). Sin embargo, a simple vista por su estabilidad, el arreglo A tiene mejores
posibilidades de desempeñarse con suficiencia. Esto se debe a que la restricción de los
grados de libertad es más estricta.
Una pieza mecanizada, y en general cualquier cuerpo libre en el espacio cartesiano tiene
seis grados de libertad DOF´s (Degrees Of Freedom), esto es, movimientos lineales y
rotacionales en los ejes X, Y y Z. estos pueden ocurrir ven dos direcciones cada uno, paraun total de 12 posibilidades de movimientos posibles (ver figura 11). Usualmente la
localización debe eliminar todos los grados de libertad que sea posible para que se puedan
realizar las operaciones de mecanizado con la exactitud requerida. El método más común
El centro de gravedad de la pieza debe estar lo más bajo posible (como se observa
en el ejemplo de la Figura 22), además debe estar cerca del centroide del sistema de
los tres localizadores 3-2-1. Esto con el fin de que se reduzcan las posiblesdistancias generadores de momentos que intenten hacer rotar la pieza (“d” en la
Figura 22).
Cuando las especificaciones del diseño de detalle incluyen tolerancias de
paralelismo, perpendicularidad, o concentricidad, más de un localizador debe ser
colocado en una de las dos superficies para las tolerancias aplicadas.
Superficies de localización no deben ser tan grandes, solo de tamaño que sea
necesario para un soporte apropiado para un uso práctico. Las superficies de
localización con superficies grandes son más difíciles de limpiar y más propensas a
que les caigan elementos como escorias o virutas que seguramente causaran
imprecisiones en las piezas que se maquinan. En la Figura 23 se observan distintos
elementos para localización con superficies de diferente área.
Análisis de precedencia según descomposición volumétrica:
Una técnica de análisis de precedencias se presenta en Kusiak [24], donde el interés se
dirige hacia encontrar todos los posibles volúmenes que pueden ser removidos de un stock
S para conseguir una parte P. estos volúmenes, como lo muestra la Figura 27, se interceptan
unos con otros, generando un gran número de posibilidades de maquinar la pieza, así como
un gran número de rasgos y operaciones de maquinado.
Sin embargo, la fortaleza de este enfoque radica en el uso de la técnica de Descomposición
Volumétrica, la cual ayuda a tomar decisiones sobre cuales volúmenes se deben maquinar
antes, apoyándose en otra técnica llamada Grafos de Adyacencia para Reconocimiento de
Rasgos, la cual en unos pasos previos ha dictaminado los tipos de volúmenes que posee lapieza (escalón, agujero, chaflán, etc.) y sirve para conocer su vecindad y sus relaciones de
referencias entre si (referencias para localización y maquinado). Todo esto esta soportado
en su visión particular del Process Planning según la cual se deben cumplir los siguientes 7
pasos de la tabla:
Etapa (#) Nombre de la Etapa1 Descomposición de volúmenes
2 Selección de posibles maquinas, herramientas y fijaciones
3 Optimización del mecanismo4 Descomposición de volúmenes maquinables
5 Selección de volúmenes maquinables
6 Generación de restricciones de precedencia7 Secuenciación de volúmenes maquinables
Tabla 1. Etapas del process planning enfocado a fijaciones según Kusiak [24].
Análisis de Estabilidad de Pieza y Secuencias de Posicionamiento:
Uno de los puntos más interesantes del Análisis de Fijaciones es el análisis de estabilidad
de la pieza. En este análisis, la palabra estabilidad implica que la pieza pueda ser sujetada
de una forma en la que las referencias de mecanizado no se pierdan debido a deslizamientos
de la pieza por una mala fijación, sobre todo por una mala selección (o mal uso) de
superficies de referencia para las secuencias de localización y sujeción pertenecientes al
reglaje. Este tipo de análisis va de la mano con el análisis de referenciarían tecnológico, con
el principio de 3-2-1 y con el uso de Buenas Prácticas de Manufactura.
En general, un análisis de este tipo es sencillo pero muy importante para la realización de
un buen reglaje, y está enfocado a poder encontrar la forma en que las secuencias de reglaje
no perjudiquen la estabilidad una vez se fije y se comience a maquinar la pieza.
El enfoque anterior se basa en que según modelos estáticos de fijaciones, existen fuerzas de
todo tipo ejerciéndose sobre la pieza, incluso fuerzas de rozamiento. Si por ejemplo, es un
proceso de reglaje real se tienen en cuenta todas estas fuerzas, se llega a que el problema es
estabilidad es dependiente de la secuencia de la sujeción debido a que cuando laslocalizaciones y sujeciones se van aplicando una a una, cada sujeción previa sirve como un
nuevo punto de contacto para cada nueva localización o sujeción aplicada, con análisis de
estabilidad de pieza para un reglaje (localización y fijación), ofrece cierta garantía de que
haya estabilidad en cada uno de los pasos para que lo haya en el modelo general.
En general, para una pieza sea estable durante el maquinado, contemplando el efecto de
localizadores y sujeciones, cada una de las secuencias de reglaje con que se fio la pieza
debe ser estable por aparte (Kang [2]). Esto es una especie de principio de superposición,
según el cual la sumatoria de los efectos (cada uno analizado por aparte) de cada una de las
fuerzas que afectan a la pieza durante y después del reglaje, al final será el efecto total de
las fuerzas a las que la pieza se han sometido. Una forma sencilla de ejecutar un análisis de
este tipo es analizando la estabilidad estática de cada secuencia de un reglaje.
Herramienta de Ingeniería Paralelas al Process Planning y al Setup Planning:
Las siguientes son algunas herramientas paralelas al Process Planning y al Setup Planning,
utilizadas principalmente para solucionar problemas de reglajes y fijaciones:
Análisis de manufacturabilidad
Análisis de fijabilidad
Buenas Prácticas de manufactura
Análisis de Manufacturabilidad:
Se puede definir como manufacturabilidad la facilidad que ofrece una pieza mecanizada
para someterla a procesos de Planeación, Reglaje y Manufactura. Algunos autores (Gupta,
Regli, et.al. [3]) definen en otro sentido la manufacturabilidad de un diseño como la medida
del trabajo requerido para manufacturar la parte de acuerdo con las especificaciones.
La idea de “medir” la manufacturabilidad nace de la necesidad de descifrar con certeza y
capacidad de predicción las instancias d planeación y manufactura de piezas mediante
procesos de mecanizado, desde sus primeras etapas hasta las últimas, incluyendo análisis de
calidad de los procesos desarrollados y de las piezas producidas. Los conceptos utitilizados
en análisis de manufacturabilidad son comunes al Process Planning, sin embargo, es
importante subrayar que la mayoría de los sistemas que utilizan este tipo de análisis solodan una idea cualitativa de la planeación de la manufactura y las cualidades de la pieza.
Como se ha resaltado desde un principio, el ambiente actual de la manufactura obliga a los
competidores a mejorar las piezas y cumplir mayores exigencias de costo, calidad y tiempo.
Para superar tales obstáculos, la mayoría de investigaciones contemporáneas se dedican su
esfuerzo a integrar diseño con manufactura. Dichos esfuerzos han llevado a los
investigadores desarrollar y evolucionar metodologías de Diseño Hacia la Manufactura
DFM (Design For Manufactura). Estas tratan simultáneamente restricciones de diseño y
manufactura para identificar y aliviar los problemas de manufactura del producto mientras
es diseñado, todo con el fin primario de reducir los lead times y mejorar la calidad de la
cumplirse en sus rasgos para que sea factible mecanizarla y una vez fabricada, cumpla sus
funciones satisfactoriamente.
Compresión del Diseño:
Para mejorar el análisis de manufacturabilidad, un diseño de producto puede ser
interpretado en términos de sus rasgos de manufactura, esto con el fin de que exista un
máximo de entendimiento del diseñador con el entorno de manufactura. Para ello, la técnica
de Reconocimiento de Rasgos ha llegado a ser usada satisfactoriamente en una variedad de
aplicaciones, incluyendo Process Planning y generación de códigos e partes en Group
Technology. Adicionalmente, los rasgos de diseño están basados en operaciones de
maquinado posibles en centros de mecanizado de 3 ejes.
Fijabilidad y Setup Planning:
Este es un tema tratado con herramientas comunes al Setup Planning y al análisis de
manufacturabilidad. Se entiende por fijabilidad, la faclidad que una pieza ofrec para dejarse
fijar (localizar-sujetar) en su totalidad y en cada forma intermedia durante el mecanizado.
Una pieza manufacturable debe ser fijable. Esto requiere consideración sobre los
dispositivos de fijación y formulación de las condiciones necesarias para asegurar una
fijación correcta, como la selección de los dispositivos correctos para la fijación y ladeterminación de una escala de clasificación de las cualidades de fijabilidad de la pieza.
Para tal fin, con ayuda del Setup Planning se pueden determinar los diferentes setups en los
cuales será maquinada la pieza, mientras que otro tipo de técnicas, como el desarrollo y uso
de sistemas modulares de fijación y de optimización de layouts, ofrecen la mejor forma de
localizar y fijar las piezas de geometrías específicas.
En Chang [23] se presentan las tareas básicas e independientes que debe cumplir una
fijación sobre una pieza. Aunque estas condiciones son dependientes de la geometría
intermedia de la pieza, son suficientes para fijar satisfactoriamente la pieza (ver Figura 36).