Sistemas de manufactura flexible

      Los  Sistema de Manufactura Flexible (FMS) se pueden definir como un conjunto o  grupo de máquinas y equipo auxiliares unidos mediante un sistema de control, que trabajando en forma coordinada, permiten fabricar piezas en forma automática. De las muchas ventajas que ofrecen los SFM una de las más importantes es su gran flexibilidad en términos de tiempo y esfuerzos, que son  necesarios para manufacturar un nuevo producto, estos  tienen la  capacidad  de  manufacturar  o ensamblar piezas usando el mismo grupo de máquinas manufactureras.  Es  por esto,que el concepto de  manufactura flexible  es tan amplio y perfectamente aplicable a cualquier proceso  que implique el trabajo conjunto de  cualquier  grupo  de máquinas o  centros con  el  objeto  de  mover  material  entre  ellos.  El  sistema  completo  está  manejado por  ordenadores,  los  cuales  pueden  manufacturar  colectivamente  diferentes partes y productos desde el inicio al final en una o varias  líneas de producción.

Este  concepto  de  sistemas  de  manufactura  flexible  es  relativamente  nuevo, desde sus inicios en la   década de los  sesenta, ha demostrado ser un sistema muy eficiente y con bajos costos de producción. Contrario a lo que pasa con los sistemas tradicionales  de fabricación, que pese a ser más flexibles y económicos pero también los menos productivos y de mayor costo a la hora de manufacturar piezas o productos. 

Elementos de un SFM.

     Los elementos básicos que conforman el sistema de manufactura flexibleson la capacidad de integrar estaciones de trabajo, el manejo automático de materiales y partes y los sistemas de control. Los tipos de máquinas en estaciones de trabajo dependen del tipo de producción. Usualmente son centros de mecanizado CNC, pero también pueden usarse otros equipospara operaciones de maquinado, como son tornos, fresadoras y centros de maquinado, incluyendo también algún otro equipo automatizado de inspección para medición y ensamble. Otros tipos de operaciones para el SFM incluyen laminado, prensado, forjado, maquinas de formado, prensas de corte, estaciones de pintura. Las estaciones de los SFM son distribuidos para proveer la mayor eficiencia en la producción tomando como criterio el flujo de materiales, partes y los productos a través del sistema.La aplicación de este modelo de sistemas de manufactura flexible en las industrias van ligados a otros sistemas, como son la tecnología de grupo (GT,  Group  Technology),  que  permite  clasificar  piezas  con  características  de fabricación similares, la tecnología JIT (Just In Time, justo a tiempo), que permite que  las  materias  primas  lleguen  al  lugar  indicado  en  el  momento  preciso,  los sistemas MRP (Material Requirements Planning, planeación de requerimientos de productos), donde el material entrante es seleccionado para llegar al lugar correcto a la hora indicada, y finalmente los sistemas CAD, con el fin de permitir el uso de datos y especificaciones milimétricas del diseño en la programación de máquina de  control  numérico  (NC)  e  inspección  automática.  (Ferre,  Masip  Rafael.  (1988). La Fábrica flexible. España: Editorial Macombo.)

Máquinas de control numérico en los SMF

     Tal vez el elemento más característico y representativo de un SMF es la máquina CNC; se trata de la máquina herramienta que se encarga del trabajo de maquinado dentro del sistema y puede ser una máquina NC (control numérico), DNC (control numérico directo), CNC (control numérico por computadora) o una combinación de éstas. 

En  toda  instalación  de  fabricación  flexible,  desde  la  más  pequeña  célula  al  taller  más complejo,  el  elemento  básico  es  la  máquina  herramienta  de  control  numérico,  en general con computadora integrada (CNC).

Control numérico computarizado

     Conocido por sus siglas en ingles (CNC),es un sistema de automatización de máquinas-herramientas que son operadas mediante comandos programados usando un  sistema de coordenadas,que trabajan de forma automática  a diferencia de las maquinas-herramientas convencionales que son operadas manualmente mediante volantes o palancas y dependen de un operario para funcionar.

Origen del Control Numerico

El origen del Control Numérico en principio,partió de la necesidad de dar solución a problemas técnicos surgidos a consecuencia de diseño de piezas cada vez más difíciles de mecanizar, aumentar la  producción y mejorar calidad y exactitud en el mecanizado en la fabricación nuevos productos, todos estos requerimientos dio origen a grandes avances tecnológicos.Desde la  Revolución  Industrial  (1760-1830)  tuvo  un  impacto  importante  sobre  la  producción en varios sentidos. Marcó el cambio de una economía basada en la agricultura y las artesanías a otra  apoyada  en  la  industria  y  la  manufactura. Estos avances fueron incorporando nuevos elementos para la fabricación de piezas cada vez más complejas,    las  piezas  de  forma  complicada  se  hicieron  comunes en las industrias,  y  por  lo tanto, fabricarlas era cada vez más difícil. Durante la segunda guerra mundial, la armada de los Estados  Unidos estaba preocupada con la fabricación de estructuras difíciles detrabajar por copiado susceptibles de ser modificadas rápidamente. Necesitaban un sistema que se adaptara a estos  cambios de diseño, a raíz de este problema es cuando el  gobierno americano apoya la iniciativa para el desarrollo de una máquina de mandado por control digital, fue entonces cuando se comisionó  a  el ingeniero estadounidense  y constructor de hélices de helicópteros, John Thoren Parsons para  que  diseñara,  en  colaboración  con  el  Instituto Tecnológico  de  Massachusetts  (MIT),  una  máquina  capaz  de  producir  sobre  todo  partes  de avión  complicadas  y  cada  vez  más  sofisticadas. 

En 1953, después de cinco años de investigación, el M.I.T. utiliza por primera vez el nombre  de "Numerical Control" en lo que fue la primera máquina controladapor una serie de datos alfanuméricos codificados quecontrolaba las acciones de un fresadora de tres ejes, constituyendo los llamados bloques de información y que seintroducían  a  la  máquina  por  medio  de  cintaperforada  o  cinta  magnética  que  la  máquina  procesaba uno a uno.

En 1959 se fabrica la fresadora Milwaukee-Matic-II, que se muestra en la fotografía, que fue la primera máquina con un cambiador de herramientas automático.

Fuente: Internet

El impacto que tuvo estas nuevas  máquinas-herramienta  tardó en hacerse popular entre los fabricantes. Muchas compañías comenzaron a fabricar estas máquinas de control numérico,  lo que hizo necesario establecer un solo leguaje de programación para este tipo de máquinas, El lenguaje estándar llamado G-Code se desarrolló en el Laboratorio de Servomecanismos del MIT en 1958, siendo adoptado por muchos fabricantes de maquinaria.En la actualidad se sigue usando como lenguaje de programación de las MHCN.

En la década de los sesenta, se llevaron a cabo las primeras demostraciones de Control Adaptable lo cual resulto en un mejoramiento del Control Numérico que permite, además, la autorregulación de las condiciones de trabajo de las máquinas, adaptando muchas más funciones de las que originalmente contaba, fueron los primeros pasos a el Control Numérico Directo (DNC).

Figura Nº 3 Centro de Mecanizado de Control Numérico

A medida que ha avanzado  el desarrollo de la microelectrónica y la informática desde la década de los ochenta en adelante, se han ido incorporando estas nuevas tecnologías a los sistemas de control numérico, lo que ha resultado en un exponencial y extraordinario incremento de las  funciones en los sistemas de Control numérico computarizado, basándose en programas por computador que permiten desarrollar y simplificar a la vez, los procedimientos de programación y operación de las máquinas-herramientas MHCN,  de tal manera que los CNC que se construyen hoy día sólo conservan de los primitivos CN  y CND,  los principios básicos de funcionamiento.

Maquinas-herramientas de control numérico MHCN

El control numérico se puede aplicar a cualquier  tipo de máquina-herramienta convencional, tanto dearranque de viruta como de trazado y deformación. Es así como en la actualidad podemos encontrar estos sistemas de automatización en distintos tipos de maquinarias comotornos, fresadoras,rectificadoras, taladradoras, dobladoras, plegadoras, punzadoras, máquinas de medir, trazar y cortar, máquinas de soldar, Sin embargo, el control numérico hadesarrollado dos tipos de máquinas múltiples, como lo son los centros de mecanizado y torneado.

Centro de Mecanizado

El centro de mecanizado, es una máquina-herramienta de control numérico, que permite el mecanizado de piezas prismáticas, en la que se fija sobre una base o mesa de trabajo, y con una herramienta giratoria permite efectuar distintos tipos de operaciones como el fresado, taladrado, perfilado, escariado, grabado, entre otros, en algunos casos en que la maquina tiene incorporada una mesa de trabajo giratoria, se pueden efectuar operaciones de torno vertical. Estas máquinas pueden llegar a tener sistemas de cambio de herramienta automática. En la siguiente figura se observa la operación de mecanizado de una pieza en un centro de mecanizado de 5 ejes.

Fuente: www.nauticexpo.es

Fuente: www.alfredlewis.com.au

Centro de Torneado

El centro de torneado es una máquina altamente automatizada capaz de realizar operaciones de torneado con movimientos giratorios de la pieza y operaciones de fresado, refrendado, taladrados, escariados, tanto axiales como radiales, algunas pueden llegar a ser tan sofisticadas incorporando cambio de herramienta,  mandril autocentrante de acción automática que permite fijar la pieza sin necesidad de llaves.Estas máquinas-herramientas de control numérico pueden variar en sus características dependiendo del fabricante y de la capacidad de procesamiento, el tipo de herramienta de corte y los materiales que se pueden maquinar, pudiéndose encontrar maquinas con ambas funciones de maquinado y torneado a la vez.