Control numérico y su aplicación en los procesos de manufactura 2020 PDF

Preview

Summary

Download Control numérico y su aplicación en los procesos de manufactura 2020 PDF

Description

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TOLUCA UNIVERSIDAD DAVINCI

MANUFACTURA AVANZADA

TEMA 1.3 Control numérico y su aplicación en los procesos de manufactura

Facilitador y desarrollador de materiales: Victor Raúl Camargo Ruiz

Abril 2020

CONTROL NUMÉRICO Y SU APLICACIÓN EN LOS PROCESOS DE MANUFACTURA Antecedentes históricos, definición, ventajas Antes de iniciar con el tema, presentaremos algunos conceptos de encuadre. Para ello partiremos de la idea de la Manufactura, que puede entenderse desde dos vertientes: 

La vertiente tecnológica que nos indica que la manufactura es un conjunto de procesos secuenciales destinados a convertir una materia prima en un producto terminado.

Figura 1.3.1. Vertiente Tecnológica.



La vertiente económica que establece que la manufactura consiste en un conjunto de procesos secuenciales dirigidos a dar a una materia prima “un valor agregado”.

Figura 1.3.2. Vertiente Económica.

Los primeros procesos productivos en la historia del hombre han sido artesanales, pero a raíz de la revolución industrial, se ha buscado la producción de una gran cantidad de satisfactores buscando siempre el menor costo. La competitividad ha afectado a la manufactura ya que ahora existen muchos productores de satisfactores semejantes y dirigidos a los mercados, donde los clientes se ven beneficiados por que pueden seleccionar productos de la misma calidad buscando los mejores precios. Esta competitividad se ha logrado gracias a la automatización de procesos que aprovechan los avances tecnológicos para lograr mejoras en la producción. Estas mejoras son principalmente: 

Producción a mayor velocidad.

Figura 1.3.3. Producción a mayor velocidad.



Producción con características estandarizadas.

Figura 1.3.4. Producción estandarizada.

La necesidad de producción a menor costo y evitando fallas han dado paso a la introducción de elementos que realicen cálculos y movimientos con características que eliminen el error humano, dejando a cargo de la producción a sistemas con cerebros artificiales y con control de movimientos de precisión. Esto dio origen al control numérico.

La evolución de las máquinas para cálculo se expone en la Tabla 1.3.1. Tabla 1.3.1. Evolución de las máquinas de cálculo. AÑO Siglo XIV

AVANCE TECNOLÓGICO Se usó el primer aditamento con información secuenciada en los cilindros con pernos en los relojes de las iglesias.

1642

Pascal construyó una calculadora mecánica.

1728

Basil Bouda y Falcon, intentó programar el diseño del tejido por medio de fichas perforadas. De este modo, sólo determinadas agujas del telar podían atravesar los agujeros, pudiéndose conseguir así el dibujo de tejidos. Joseph Marie Jacquard, perfeccionó la técnica de controlar las agujas tejedoras del telar mediante tarjetas perforadas. Las agujas podían solamente pasar por los lugares en los que había agujeros. Colocando las fichas en forma de correa móvil, se podían tejer automáticamente complicados diseños.

1805

1833

Luego de fracasar por 11 años, Babbage crea la máquina analítica, la cual era capaz de hacer operaciones matemáticas.

1842

Un nuevo tipo de piano surge cuando Seytre y Pape de Francia, y Bain de Escocia, producen instrumentos automáticos que utilizan un sistema de perforación, pero ninguno de ellos alcanzó el reconocimiento comercial. Giovanni Racca fue el primero en producir con éxito un piano automático basado en este principio.

1863

M. Fourneaux patentó el primer piano automático, usando el principio de pasar aire a través de un rollo de papel perforado; llamándola pianola.

Principio s del siglo XX 1940

La válvula de vacío fue el componente crítico que posibilitó el desarrollo de la electrónica, basándose en los estudios de Frederick Guthrie en 1873. Aiken en E.U.A. y Zuse en Alemania usando relevadores construyeron

1943

la primera máquina electrónica computable. Mauchly and Eckert construyeron la primera computadora electrónica ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), contenía 18000 bulbos, 500,000 conexiones soldadas a mano, pesaba 30 toneladas, ocupaba 160 m, su carga electrónica era de 174 kW.

1948

Se desarrolló el transistor.

1959

Se empezaron a construir circuitos integrados.

1971

Intel presenta el primer procesador comercial y a la vez el primer chip Microprocesador, el Intel 4004.

1975

Paul Allen y Bill Gates fundan Microsoft.

1982

Microsoft presenta su sistema operativo MS-DOS, por encargo de IBM, base de una gran cantidad de controladores para los actuales CNC.

El Control Numérico de Máquinas Herramientas fue conceptualizado en la primera parte del siglo XX ante el reto de crear una solución para la fabricación de piezas que cada vez eran más difíciles de maquinar en equipos manuales. Los fundamentos de mecanizado NC tienen sus orígenes hacia 1942, año en que la "Bendix Corporation" tiene dificultades para fabricar una leva tridimensional que formaba parte del regulador de una bomba de inyección para motores de avión. Para la fabricación de esta leva se requería combinar simultáneamente los movimientos de la herramienta en varios ejes de coordenadas. La solución se encontró utilizando una máquina que definía una gran cantidad de puntos de la trayectoria de la herramienta y llevando esta herramienta de manera secuencial de un punto a otro. A finales de los 40´s La fuerza aérea de los Estados unidos de América, inició el proyecto de desarrollo de componentes de aviones y misiles que no se podían realizar a través de maquinados convencionales. Bajo contrato con la Fuerza Aérea, la “Parsons Corporation” llevó a cabo el desarrollo de un sistema de fabricación, diseñado para maximizar la productividad. La compañía propiedad de

John Parsons subcontrató el desarrollo de un sistema de control para la conducción de un tornillo de avance a través de una interfaz desarrollada por un equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en 1952. El resultado fue la creación de una fresadora equipada con la nueva tecnología, que fue nombrada “Control Numérico” (NC) en 1953, que utiliza una cinta previamente perforada como medios de introducción de los datos de entrada.

Figura 1.3.5. John Parsons.

Figura 1.3.6. Equipo técnico del MIT con fresadora de CN

Posteriormente se desarrolló el APT (Automatically Programmed Tool) que es un lenguaje de programación de alto nivel utilizado para generar instrucciones para máquinas herramientas de control numérico. Douglas T. Ross es considerado como el padre de la APT siendo investigador del MIT en 1956. El APT es un lenguaje y un sistema que hace que la fabricación de control numérico sea posible. Este lenguaje fue utilizado ampliamente en la década de 1970 y sigue siendo un estándar internacional.

Figura 1.3.7. Ejemplo de programación APT.

A principios de los sesentas se implementa el G-code, que es el lenguaje de programación más usado en el control numérico. Al G-code también se le llama lenguaje de programación en códigos G. El G-code es un lenguaje con el cual se le puede instruir a una máquina herramienta de control numérico computarizado qué debe hacer y cómo debe hacerlo. Las principales instrucciones se refieren a: 

Hacia donde se debe mover la herramienta o pieza.



En que trayectoria debe moverse la herramienta o pieza.



A qué velocidad debe moverse la herramienta o pieza.

Este lenguaje se complementa con la filosofía M-code para realizar las órdenes misceláneas (complementarias) que permiten el control total de las máquinas.

Figura 1.3.8. Ejemplo de programa con G code.

Un resumen evolutivo del Control Numérico se muestra en la Tabla 1.3.2. Tabla 1.3.2 Evolución del control numérico AÑO 1942

1947 1951

1952 1954 1956 1958

Principio

AVANCE TECNOLÓGICO La "Bendix Corporation" tiene dificultades para fabricar una leva tridimensional de una bomba de inyección para motores de avión. La solución se encontró utilizando una máquina que definía una gran cantidad de puntos de la trayectoria de la herramienta y llevando esta herramienta de manera secuencial de un punto a otro. La “Parsons Corporation” de Michigan desarrolló un sistema de control que dirige un husillo de muchos puntos en sucesión. El Laboratorio de Servomecanismos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) añadió un control por ordenador al sistema de Parsons Se mostró la primera máquina herramienta NC, en el Instituto Tecnológico de Massachusetts. El concepto de Control Numérico se anunció al público. Desarrollo del APT (Automatically Programmed Tool) Se otorga la patente de la máquina de control numérico a los inventores John T. Parsons and Frank Stulen. Patente No. 2,821,187. Implementación del G code por la Electronic Industries Alliance en

de los 60 ´s 1964 1976

70´s 1984

los Estados Unidos Se desarrolla el concepto de Sistema flexible de manufactura por David Williamson Se aplicó el microprocesador a las computadoras, dando un enorme salto en el desarrollo del CNC, haciéndose posible las interpolaciones rectas y curvas entre ejes. Surge el concepto de CIM por parte del Dr. Joseph Harrington. Se desarrollaron los primeros sistemas de manufactura integrada por computadora “CIM” por parte de fabricantes de máquinas herramientas y las asociaciones “Computer and Automated Systems Association” y “Society of Manufacturing Engineers” (CASA/SME).

Definición de Control numérico El control numérico (CN) es una filosofía de automatización de máquinas herramientas que permite la operación por medio de comandos estandarizados que se almacenan en un espacio de memoria del equipo.

Figura 1.3.9. Máquina de control numérico antigua.

Ventajas y desventajas



Las principales ventajas son:



Brinda una solución para la producción de piezas complejas.



Mayor velocidad de producción.



Flexibilidad en la fabricación.

La principal desventaja ha sido el costo del desarrollo de la tecnología, que poco a poco se abarata conforme los dispositivos se aplican de manera más común.

Aplicaciones del Control Numérico Originalmente el control numérico surgió para aplicaciones en máquinas herramientas como se ha descrito en el caso de la fresadora diseñada por Parsons y el MIT, este control se ha extrapolado hacia el torno y máquinas que combinan diversos procesos con arranque de viruta.

En conclusión, podemos establecer que la tecnología del control numérico está en continua evolución y que integra los principales desarrollos del control, los materiales y sobre todo la computación que, al sumarse a finales de los sesentas, generó un cambio filosófico y en el nombre, llamándose ahora Control Numérico Computarizado (CNC). Con esta evolución continua de los sistemas de cómputo y control, la aplicación del Control Numérico Computarizado se extiende hasta: 

Rectificadoras.



Sierras.



Plegadoras.



Granalladoras.



Pulidoras.



Perfiladoras de chapa.



Máquinas para trabajar madera, mármol, piedra y vidrio.



Máquinas de corte por láser, plasma, agua.



Impresoras 3D.



Máquinas para la industria alimenticia.



Máquinas para uso en la industria del espectáculo



Equipo médico entre otros.

REFERENCIAS ATP. (s.f.). Automatically Programmed Tool. Septiembre 23, 2015, de Wikipedia. Sitio web: https://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Citar_Wikipedia

Cincinnati Milacron. (Noviembre 10, 2014). Industrial Machine Tool Manuals, Schematics, Broch. Enero 14, 2016, de Industrial Manuals. Sitio web: http://industrialmachinetoolmanuals.blogspot.mx/2014_11_01_archive.html Wikipedia (s.f.). G code. Septiembre 23, 2015, de Wikipedia. Sitio web: https://es.wikipedia.org/wiki/G-code Facultad de Ingeniería Mecánica. (Septiembre 18, 2015). Computer Numerical Control. Universidad Tecnológica de Brno. Sitio web: http://cnc.fme.vutbr.cz/ Laboratorio de Control Numérico de M.H. (Septiembre 18, 2015). Clase demo. Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La Plata. Sitio web: http://www.frlp.utn.edu.ar/mecanica/Materias/CNCMH/ClaseDemo.PDF MCNC. (Agosto 23, 2010). Historia y evolución del CNC. MCNC. Sitio web: http://mcnc11.blogspot.mx/2010/08/historia-y-evolucion-del-cnc.html Olexa, R. (2001). The Father of the Second Industrial Revolution. Enero 14, 2016, de SME. Sitio web: http://www.sme.org/Tertiary.aspx?id=36002&terms=father %20of%20the%20second%20industrial

Stamping Press Team. (2007). John Parsons – A Master of Manufacturing. Enero 14, 2016, de Institute of Precision Engineering The Chinese University of Hong Kong.

Sitio

web:

http://www.ipe.cuhk.edu.hk/Intranet/kdd/presetation

%20files/20071023_presentation-1.pdf Imágenes tomadas de:

Vertiente Económica INNOVATION MATTERS. (2014). Economía del Conocimiento: La Ruta del Crecimiento Económico y Social. Abril 17, 2016, de Tecnología e Innovación Sitio web: http://applauseinnovation.blogspot.mx/

Producción estandarizada Vallempresa365. (2014). Séptimo pecado capital del empresario pyme: Calidad, servicio al cliente y estandarización de procesos. Abril 17, 2016, de Vallempresa365

Sitio

web:

http://www.vallempresa365.com/articulos/management/septimo-pecado-capitaldel-empresario-pyme-calidad-servicio-al-cliente-y

Producción a mayor velocidad Questetra BPM Suite. (2016). BPMS y flujos de trabajo. Abril 17, 2016, de Questetra Inc. Sitio web: https://www.questetra.com/es/bpm/bpms-and-workflow/ Máquina de Control Numérico Antigua CMS. (2012). History of CNC Machining: How the CNC Concept Was Born. Abril 17,

2016,

de

CMS

North

America

Inc.

Sitio

web:

http://www.cmsna.com/blog/2013/01/history-of-cnc-machining-how-the-cncconcept-was-born/

John Parsons Record Eagle. (2007). John Parsons. Abril 17, 2016, de Record-Eagle.com Sitio web: http://archives.record-eagle.com/2007/apr/21parsons.htm...