Planificacion de Procesos de Mecanizado

8/10/2019 Planificacion de Procesos de Mecanizado

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3 - 3 - 200Ingeniera de Diseo y FabricacinPlanificaciPlanificacinnProcesosProcesos

PlanificaciPlanificacin de procesos den de procesos demecanizado (CAPP)mecanizado (CAPP)

Prof. Dr. Emilio J. Royo


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ObjetivosObjetivos

Conocer las consideraciones bsicas para configurar una

hoja de procesos de mecanizado, estableciendo una

metodologa de anlisis de los requerimientos de pieza yobservando criterios en la definicin de las etapas de

configuracin del plan de fabricacin.

Analizar criterios de utilizacin conjunta o alternativa delos distintos tipos de mecanizado, centrndose

especialmente en la aplicacin de HSM y EDM en el sector

del molde y matriz.

Acercarse a los distintos tipos de CAPP (Computer Aided

Process Planning) por su importancia en la planificacin

sistemtica de procesos Variacional (basado en

Tecnologa de Grupos) y Generativo (basado enreconocimiento de caractersticas de mecanizado)


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GeneralidadesGeneralidades

Planificacin de procesos

Objetivo: Establecimiento y secuenciacin de procesos, mquinas, utillajes, herramientas y parmetros de

cortepara la fabricacin de componentes a partir de preformas (seleccionar la adecuada en funcin de la forma

de la pieza y la importancia de la serie estndar o proceso de conformacin o deformacin)

Especificaciones de pieza Plano (formas, dimensiones, tolerancias (dimensionales, de forma y

acabado superficial)); Material; Tratamientos trmicos y superficiales; Superficies de referencia

Importancia de la serieCantidad de piezas; nde lotes/ao; plazo de entrega ritmo de produccin y

coste admisible

Posibilidades y limitaciones del equipamiento disponible: M-H, utillajes, htas, elementos de medida...

Sinnimos:

Planificacin de fabricacin; Ingeniera de procesos; Enrutamiento de mquinas

Conocimientos necesarios del Ingeniero de Procesos (Planificador de Procesos):

Interpretacin de planos de ingeniera

Procesos y tecnologas de fabricacin disponibles en la fbrica y en el mercado formacin continua

Computacin de tiempos y costes de fabricacin, estando familiarizado con los costes relativos de lasprcticas de fabricacin, niveles de automatizacin, materias primas, herramientas y utillajes...


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Pl ifi iPl ifi i


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MetodologMetodologaa

Metodologa de desarrollo

1) Determinacin del Proceso:

formas tipo de mecanizado

dimensiones capacidad de mquina material potencia de mquina; tipo de mecanizado; htas; cond. corte

tratamientos trmicos procesos intermedios, precisan un posterior acabado

tratamientos superficiales al final del proceso

2) Determinacin de las Fases:

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

precisin de posicionamiento y repetibilidad

Ejemplo: agujeros de precisin: fundicin taladrado escariado rect. interior honeado

importancia de la serie, equipamiento disponible seleccin y secuenciacin de mquinas

3) Determinacin de las Subfases: tolerancias de forma y posicin, superficies de referencia diseo y secuenciacin de posicionamientos y

sujeciones de la pieza ( planificacin de los utillajes)

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

importancia de la serie, equipamiento disponibleselecciny diseo de utillajes

Objetivos: reducir tiempo no productivo nde utillajes, n de atadas pieza, cambios de hta, npasadas y longitud de trayectorias de hta...

3 3 200I i d Di F b i iPlanificaciPlanificacinn


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Metodologa de desarrollo

4) Determinacin de Operaciones:

restricciones geomtricas, tecnolgicas, econmicas diseo y secuenciacin de operaciones; ciclos

fijos / paramtricosdel control

anlisis de movimientos necesarios tipo de control de mquina para trayectorias de mecanizado

rugosidad, operatividad ( tiempo o coste de mecanizado) seleccin htasy ajuste de condiciones demecanizado para cada tipo de pasada (desbaste, semiacabado, acabado) ap, ae, f, Vc, n, refrigerante,

sistema de sujecin hta...5) Obtencin de programa CNC

localizacin de htas en la torreta; reglaje de htas; configuracin de orgenes de pieza; clculo de

trayectorias de mecanizado; simulacin y postprocesado

seleccin del sistema de programacin: aprendizaje, ISO, WOP, CAM

6) Mecanizacin y verificacin

seleccin de los elementos de medicin y verificacin

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

3 3 200I i d Di F b i iPlanificaciPlanificacinn


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Secuencia de aplicacin

(Boothroy)

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CriteriosCriterios

Secuencias habituales por gamas tipo de piezas

Piezas rgidas desbaste acabado sup. frgiles (roscado) (ranuradoantes)

Piezas con grandes sobreespesores desbaste tratamiento de estabilizacin de tensiones internas acabado

Piezas semirrgidas no deformar la pieza cuidar eleccin puntos de apoyo, limitar esfuerzos de sujecin, colocar soportes que

limiten la deformacin, 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 yacabado 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 dimensin si hay tratamiento superficial de recubrimiento

Los procesos de mecanizado precisan Viruta mnima dejar creces para el proceso posterior

Consideraciones habituales en piezas de revolucin

L/D 0.5 (discos): D < 50 barra + tronzado ; D 300 torno ; D > 300 torno vertical

0.5 < L/D < 3 : barra (evitar 2 subfases tronzado final)

L/D 3 : ejes largos evitar flexin lunetas, contrapunto

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CriteriosCriterios

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

Formas tpicas de superficies simples o ms complejas de mecanizar en distintos tipos de M-H caractersticas de

mecanizado (features) Reconocimiento automtico/interactivo de caractersticas a partir de geometra en CAD 2D/3D.

Caractersticas tpicas simples

en piezas rotacionales

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CriteriosCriterios




Caractersticas tpicas ms

complejas en piezas rotacionales



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CriteriosCriterios




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

Caractersticas tpicas simples

en piezas no rotacionales



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3 3 200Ingeniera de Diseo y FabricacinProcesosProcesos

CriteriosCriterios




Caractersticas tpicas ms complejas

en piezas no rotacionales



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g yProcesosProcesos

CriteriosCriterios


Tolerancias de forma y posicin secuenciacin del mecanizado: superficies de referencia se mecanizan 1

Paralelismo, Perpendicularidad 1 mecanizar la de referencia para que sirva de apoyo o bien mecanizar ambas en un mismo

montaje (sujecin de pieza)

3 - 3 - 200Ingeniera de Diseo y FabricacinPlanificaciPlanificacinnPP


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g yProcesosProcesos

CriteriosCriterios


Tolerancias de forma y posicin secuenciacin del mecanizado: superficies de referencia se mecanizan 1

Coaxialidadmecanizado entre puntos previo para tener eje de referencia en las fases y subfases

Planitud cuidar las deformaciones por tensiones internas

3 - 3 - 200Ingeniera de Diseo y FabricacinPlanificaciPlanificacinnPProcesos


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ProcesosProcesos

CriteriosCriterios


Tolerancias dimensionales y rugosidad secuenciacin de procesos de mecanizado

Caracterizacin de procesos de mecanizado por valores tpicos de tolerancias y acabados superficiales



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ProcesosProcesos

CriteriosCriterios



Caracterizacin de procesos de mecanizado por valores tpicos de tolerancias y acabados superficiales



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ProcesosProcesos

CriteriosCriterios



Existe correlacin entre tolerancia dimensional y rugosidad

Existe correlacin entre tolerancia dimensional y tamao de pieza



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ProcesosProcesos

CriteriosCriterios



Cuidar la acumulacin de tolerancias al secuenciar y definir las operaciones y las superficies de referencia cuidar la

acotacin (lneas base de cotas)



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ProcesosProcesos

CriteriosCriterios



Cuidar la acumulacin de tolerancias al definir las operaciones (distancias y tolerancias de mecanizado) cuadro de

tolerancias para ajustar las tolerancias de mecanizado

Subfase1:

-Alimentar de barra; Sujetar con plato de 3 garras autocentrantes

-Cilindrar.8125 una L = 1.5 .005-Cilindrar1.187 una L = 3-Tronzar a L = 2.78 .005 (se deja .03 para refrentaren la 2 subfase)

Subfase2:

-Sujetar por.8125, haciendo tope en sup. B

-Refrentar a L = 1.25 .005

Ejemplo


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CriteriosCriterios


cuadro de tolerancias

-Ajustar tolerancias de mecanizado

para lograr los requerimientos del

plano de la pieza



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CriteriosCriterios

Restricciones Tecnolgicas (impuestas por los medios de fabricacin) secuenciacin de operaciones

Se mecanizan al final las operaciones que generan: secciones dbiles; posibles flexiones de pieza y desviaciones de hta.



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CriteriosCriterios


Se mecanizan al final las operaciones que generan superficies frgiles como las roscas, protegindolas en caso si es imposible

cumplir esta regla.

Tratamientos superficiales tras mecanizado



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CriteriosCriterios


Mandrinadossecantes 1el ms exacto o largo.

Evitar corte interrumpido.

Mecanizado de agujeros: Centrado TaladradoMandrinado / escariado (segn dimetro pieza)Abocardado / avellanado

Roscado // Acabado ms preciso



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CriteriosCriterios


Evitar rebabas chaflanes al final

Operaciones de precisin tras las operaciones que pueden provocar deformaciones de pieza y tratamientos trmicos.



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CriteriosCriterios

Restricciones Econmicas (reduccin de costes)

Incremento del coste con: tolerancias, acabado superficial,

relacin L/D y posicionamiento de agujeros



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CriteriosCriterios


Reduccin de tiempos improductivos acortar trayectorias; asociar htas; ajustar parmetros de corte

Reduccin de htasy utillajes



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CriteriosCriterios


DFM: Diseo para Fabricacin consideraciones en el diseo de pieza para reducir costes de fabricacin

Seleccionar los materiales ms adecuadosmejor maquinabilidad / menor coste / preforma estndar

Estandarizar diseos, caractersticas de mecanizado (taladros, ranuras, redondeos) nherramientas

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

Reducir mquinas necesarias (M-H estndar si es posible) n fases ( manipulacin y WIP)

Elegir adecuadamente la preforma

- mnimo coste de produccin

- ajustar dimensiones para materialsobrante (pasada mnima)


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CriteriosCriterios


DFM: Diseo para Fabricacin consideraciones en el diseo de pieza para reducir costes de fabricacin

Simplificar el diseo

- Diseos rgidos para soportar las fuerzas de mecanizado

- Utilizar las mximas tolerancias y acabados superficiales posibles- Ranuras de salida de muela, ranuras de salida de rosca, evitar aristas vivas...

-Agujeros y mandrinadoscilndricos, con baja relacin L/D, paralelos a ejes de mquina, y de fcil entrada de hta



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EjemploEjemplo

1. Dibujo e informacin de la pieza

2. Estudio de la informacin geomtrica del plano

3. Determinacin de los volmenes de mecanizado4. Determinacin de los procesos y secuencia de mecanizado

5. Seleccin de superficies de referencia y sujecin

6. Seleccin de Mquina Herramienta

7. Determinacin de las operaciones; Seleccin de htas y condiciones de corte8. Eleccin y/o diseo del utillaje

9. Confeccin del programa mquina

10. Diseo del proceso de inspeccin y transporte

11. Determinacin de tiempos y costes de fabricacin


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EjemploEjemplo


2. Estudio de la informacin geomtrica del plano Numeracin de superficies a mecanizar

Anlisis de especif icaciones superfic iales

Anlisis de tolerancias dimensionales

Anlisis de tolerancias de forma y posicin

Anlisis de material y forma de part ida

Anlisis del resto de especificaciones

3. Determinacin de los volmenes de mecanizado

4. Determinacin de los procesos y secuencia de mecanizado

5. Seleccin de superficies de referencia y sujecin

6. Seleccin de Mquina Herramienta7. Determinacin de las operaciones; Seleccin de htas y condiciones de corte

8. Eleccin y/o diseo del utillaje


10. Diseo del proceso de inspeccin y transporte11. Determinacin de tiempos y costes de fabricacin

Cuadro resumen



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EjemploEjemplo

2. Estudio de la informacin geomtricadel plano

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4 5

6

7

8

9

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9 9


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EjemploEjemplo

3.Determinacin de los volmenesde mecanizado

Restricciones tecnolgicas por la interferencia de volmenes de

mecanizado

evitar corte interrumpido; mejorar entrada de hta. Restricciones econmicas reducir trayectorias; procesos ms

convenientes



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EjemploEjemplo


2. Estudio de la informacin geomtrica del plano

3. Determinacin de los volmenes de mecanizado4. Determinacin de los procesos y secuencia de mecanizado

Procesos que satisfacen requisitos de acabado

Inventario de operaciones a realizar

Determinacin de relaciones de precedencia

Determinacin de fases y subfases agrupar por M-H y sujecin5. Seleccin de superficies de referencia y sujecin

6. Seleccin de Mquina Herramienta

7. Determinacin de las operaciones; Seleccin de htas y condiciones de corte

8. Eleccin y/o diseo del utillaje


10. Diseo del proceso de inspeccin y transporte

11. Determinacin de tiempos y costes de fabricacin

Diagrama Fases ySubfases



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EjemploEjemplo

4.Determinacin de los procesos ysecuencia de mecanizado

Procesos ms adecuados para tolerancias y acabado

superficial...Ajustarse al equipamiento disponible...


Ej l


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EjemploEjemplo Operaciones agrupadas por M-H fases, ordenadas por

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

Seleccin de M-H segn coste (hora taladro < hora fresadora)


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Ot Ej lOt Ej l


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Otros EjemplosOtros Ejemplos

ejercicios en Curso CNC Bsico

Secuencia de pasos

Fichas tcnicas (criterios)

ejercicios de examen Especificar preforma

Enumerar superficies

Definir claramente la secuencia de fases,

subfases y operaciones

Fase detallar tipo de mquina

Subfase detallar utillaje y marcar sup.

de posicionamiento y sujecin

Operacin detallar hta (forma, ngulo

posicin, dimetro de fresa) y sup.mecanizadas con cada hta.

1.Interpretacin del plano de fabricacin

2.Tamao de lote de piezas

3.Descripcin del material

4.Definicin de las operaciones de mecanizado

5.Sujecin de la pieza6.Tolerancias y especificaciones

7.Asignacin del origen programa, OP

8.Asignacin del origen pieza, PO

9.Anlisis de la fase

10.Eleccin de herramientas11.Anlisis de las trayectorias de herramienta

12.Bsqueda de puntos

13.Estudio de movimientos

14.Hoja de proceso

15.Hoja de programa CN

Ej en tornos CNC ciclo de desbaste (plq rmbica de 80 X=93), ciclo de acabado (plq rmbica de 35X=95), hta

motorizada (fresa12), tronzado (lama de tronzar), ranurado(plq anchura 3mm)... Ej en tornos de levas dibujar las htasde forma especial

Ej en fresadoras CNC cajeras, perfilado o contorneado (fresa de vstago de12), ranura (fresa de disco de 3 cortesanchura 8mm), taladrado (broca12), escariado (escariador12), roscado (macho de roscar M5)...


EDM HSMEDM HSM


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EDM vs. HSMEDM vs. HSM

Alternativas de utilizacin de EDM y HSM en la fabricacin de moldes

Uso combinado / alternativo fuerte competencia entre fabricantes de M-H de ambos procesos de mecanizado por el solape de

aplicaciones en la fabricacin de moldes y matrices

HSM hasta donde las limitaciones tecnolgicas lo permiten y entonces EDM

adaptacin a cualquier geometra de pieza / molde racionalizacin de inversiones al reducir riesgos excesivos

Mecanizacin de electrodos mediante HSM.


EDM HSMEDM vs HSM


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EDM vs HSMEDM vs HSM


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EDM vs HSMEDM vs HSM


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Criterios de utilizacin de EDM y HSM influencia de relacin L/D y dureza del material


CAPPCAPP


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CAPPCAPP

CAPP: Computer Aided Process Planning

Definicin: Determinacin sistemticade mtodos de fabricacin y detalles de operacin por los que las piezas

pueden fabricarse econmica 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 fabricacin)

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

mltiples procesos de fabricacin y ensamblaje

proporciona mltiples decisiones e informacin alternativa, ajustndose a estndares de fbrica

debe facilitar la integracin y coordinacin de actividades de produccin: diseo, planificacin de

produccin, planificacin de recursos, fabricacin y control

enlace entre CAD y CAM

integracin con MES (ManufacturingExecutionSystem), CAD/CAM y MRP/ERP

las aplicaciones industriales todava no tienen todo el soporte computacional, htasy funciones citadas


CAPPCAPP


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CAPPCAPP


Beneficios:

Tangibles: (estudio en 20 grandes compaas)

58% reduccin de esfuerzos de planificacin10% ahorro en mano de obra directa

4% ahorro en material

10% ahorro en desechos

12% ahorro en herramental

6% reduccin de inventario en curso (WIP)

Intangibles:

Reduccin del tiempo de planificacin y ciclo de produccin respuesta ms rpida a cambios ingenieriles

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

Mejores procedimientos de estimacin de costes y menores errores de clculoPlanes de proceso ms completos y detallados

Mejor planificacin de la produccin y utilizacin de la capacidad

Mejor capacidad para introducir nuevas tecnologas de fabricacin y actualizar rpidamente los planes de procesos para

usar la tecnologa mejorada


CAPPCAPP


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CAPPCAPP

Planificacin 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


CAPPCAPP


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CAPPCAPP

Planificacin semiautomtica

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 ProgramNC Processor

and Post-processor

Engineering Drawing


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CAPPCAPP


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CAPPCAPP


Enfoque Variacional:

Uso de Tecnologa de grupos para codificar y clasificar las piezas en familias de piezas

Recuperacin de plan de procesos similar asignado a una serie de familias de piezasmatriz de familia

Sin lmites para detallar el plan estndar recuperado, adaptndolo a la pieza en concreto

Si no existe familia de piezas en la base de datos, permite incorporar interactivamente un plan de procesos nuevo

La mayora: CAM-I CAPP, MIPLAN, MITURN, MIAPP, ACUDATA/UNIVATION, CINTURN, COM-CAPPV)


CAPPCAPP


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CAPPCAPP


Enfoque Variacional:

Etapa de preparacin

Engineering Drawing

XXX-XXXXX-XX

XXX-XX

Coding

Family Code

Family Formation

Standard

Plan File

(Index by

Family Matrix)

Process Plan


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CAPPCAPP


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CAPPCAPP


Enfoque Generativo:

Sistema experto sintetiza la informacin del proceso para crear uno nuevo automticamente elimina la fase preparatoria

Se parte de un modelo 3-D y cdigos de material, tecnologa de grupos... reconocimiento automtico de caractersticas de

fabricacin

Se genera el plan de procesos a partir de la

informacin disponible en la base de datos de

conocimientos, mediante el motor de inferencia

Se debe capturar y programar el conocimiento

KBM (fabricacin basada en el conocimiento)

Ms recientes: CPPP, AUTAP, APPAS, GENPLAN,

CAR, MetCAPP, ICEM-PART, TURBO CAPP,

TOM, GARI, SIPS


TecnologTecnologa de Gruposa de Grupos


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Tecnologa de grupos (GT)

Definicin: Ahorro de tiempo y esfuerzo al encontrar una nica solucin aplicable a un conjunto de problemas

agrupados por su similitud.Agrupacin de piezas en familias de caractersticas similares de diseo y/o de

proceso de fabricacin. (inicio en Europa, a principios de los 90)

Codificacin y Clasificacin Utilizacin: Determinacin de planes de procesos y diseo de la disposicin de los medios de produccin

(fabricacin celular)

Codificacin:

Monocdigo(jerarqua): significados dependientes de los dgitos precedentes Policdigo(cadena): significados independientes

Hbrido: la mayora




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TecnologTecnologa de Gruposa de Grupos Vuoso-Praha

Hbrido; 4 dgitos

- Tipo de pieza (forma)

- Clase de pieza

(tamao, proporcin)- Grupo de piezas

(caractersticas

adicionales)

- Material




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Tecnologga de Gruposp Vuoso-Praha




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gg ppOpitz (AachenTechUniversity)

Hbrido; 9 dgitos (5 de forma y 4 suplementarios) + 4 dgitos secundarios (tipo y secuencia de operaciones de fabricacin)




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gg ppOpitz

Muy difundido, conciso y fcil de usar. Aplicacin CAM-I CAPP.




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gg ppOpitz

Cdigos de piezas rotacionales




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gg ppOpitz

Cdigos de piezas rotacionales


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Opitz

Cdigos de piezas no rotacionales




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Ejemplo

Cdigo VuosoPraha:3 3 2 1

Cdigo Opitz:1 1 1 0 2

Pieza rotacional, con agujero pasante

D = 75 mm; ratio L/D = 0.67

Agujeros no en el eje

Acero




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KK-3

1976, Sociedad japonesa para la promocin de la industria de maquinaria

21 dgitosms informacin, con nombre funcional de pieza

MICLASS (Metal InstituteClassificationSystem)

NetherlansOrganization for AppliedScientific Reseach

Organizationfor IndustrialReseach(USA)

12 dgitos (+18 adicionales) estr. cadena con informacin de diseo y

fabricacin

tedioso y laborioso asistencia computacional interactiva

Aplicaciones MULTIPLAN, MultiCAPP.

DCLASS

Educacin e Investigacin

8 dgitos; estr. de rbol

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Planificacion de Procesos de Mecanizado