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Ingeniería industrial CNC, robots y automatización: cómo una máquina sabe qué hacer

Portada de CNC, robots y automatización: cómo una máquina sabe qué hacer

CNC, robots y automatización: cómo una máquina sabe qué hacer

✦ Tema 15 de 20. Control numérico: qué significa que un programa decida la trayectoria y qué agregan dos, tres, cuatro y cinco ejes · Ingeniería industrial · automatización · en 16 minutos

Roadwise Consulting

Firmado y verificado · Fernando Castro

Objetivo: Explicar qué cambia cuando la trayectoria de una máquina la decide un programa, ordenar los seis pasos entre el plano y la primera pieza, identificar en qué cuatro tareas un robot supera a una persona, describir el ciclo sentir-decidir-actuar de un controlador y calcular un retorno de inversión simple con sus supuestos.

16 min 15–99 años
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CNC, robots y automatización: cómo una máquina sabe qué hacer

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CNC, robots y automatización: cómo una máquina sabe qué hacer

En los temas anteriores viste que la máquina quita, mueve o junta material. Este tema responde la pregunta incómoda: quién decide cada movimiento, y qué pasa cuando ese criterio deja de estar en la cabeza del operario y pasa a un archivo. Es el punto donde la ingeniería industrial se encuentra con la electrónica y con la toma de decisiones de inversión, y es el lugar donde más proyectos se justifican con adjetivos y pocos con números.

1. Control numérico: la trayectoria vive en un archivo

Control numérico significa que la trayectoria de la herramienta la decide un programa y no la mano del operario. La máquina repite exactamente lo que dice el archivo, a las tres de la tarde o a las tres de la madrugada, y por eso un chavetero sale igual en la pieza uno que en la mil.

Qué es el control numérico computarizado, usos y aplicaciones | SENA
Anota los tres usos que menciona el video y compáralos con las máquinas del tema anterior: todo lo que viste en torno y fresa puede volverse controlado por programa.

Un eje es una coordenada que la máquina controla al mismo tiempo. Dos ejes hacen un perfil plano; tres ejes hacen bolsillos y contornos; el cuarto agrega giro de la pieza y el quinto inclina la herramienta. Más ejes no es mejor: es más caro, más difícil de programar y exige mejor sujeción.

Cuatro capas que explican qué hacen dos, tres, cuatro y cinco ejes de una máquina de control numérico, con un panel lateral sobre el costo real de agregar ejes.
Comprar cinco ejes para hacer piezas de tres es la manera más cara de tener una máquina bonita durante tres años y un crédito que nadie quiere pagar.

El avance de trabajo se calcula multiplicando revoluciones por minuto por el número de filos y por el avance por diente. Es el número que decide cuántos segundos tarda la pasada, y por lo tanto cuánto cuesta la pieza.

Una fresa de cuatro filos trabaja a 8,000 revoluciones por minuto con avance de 0.05 milímetros por diente. ¿Cuál es el avance de trabajo en milímetros por minuto?

Una pieza tiene una cara lateral que requiere chavetero y un agujero radial. En una fresadora de tres ejes, ¿cuántas fijaciones hacen falta mínimo?

Un centro de trabajo de cinco ejes siempre produce más rápido que uno de tres para la misma pieza.

2. Del plano a la primera pieza

Entre el plano y la primera pieza hay seis pasos: modelo, trayectorias en el CAM, post-procesado, simulación, puesta a punto con ceros de pieza y herramienta, y primera pieza medida. Saltarse la simulación se paga en herramienta rota o en plato reventado.

Línea de seis pasos del flujo de trabajo en control numérico: plano, modelo y trayectorias, post-procesador, simulación, puesta a punto y primera pieza medida.
Entre el archivo y la primera pieza hay seis pasos: saltarse la simulación o la puesta a punto se paga en herramienta rota, y a veces en husillo.

Puesta a punto antes de producir, en orden

  1. Referencia la pieza

    Define dónde está cero de la pieza con la punta de referencia o con el borde. Un error aquí va a todas las medidas.

Paso 1 de 5

El programador no maneja la máquina; el que la maneja no siempre programa. Los dos se necesitan, y el proyecto se cae cuando ninguno de los dos entiende al otro.

— Realidad de piso en la mayoría de los talleres medianos del país.

aplicacion

Marca la línea o las líneas con error y pulsa Comprobar.

3. Robots: cuatro tareas y un número

Un robot industrial es una máquina de varios ejes con repetición excelente y criterio nulo. Le gana a una persona en cuatro situaciones: carga y descarga repetida, trabajo peligroso, tarea que exige el mismo camino exacto y toma de pieza reconocida con visión.

Cuatro tarjetas con las tareas donde un robot industrial supera a una persona: carga y descarga, trabajos peligrosos, repetición exacta y toma de pieza con visión artificial.
Un robot mal aplicado cuesta más que el operario que reemplaza: la decisión se toma con datos de ciclo, disponibilidad y flexibilidad, no con entusiasmo.
Robots industriales y robots de servicio: tendencias de mercado | Podcast Industria 4.0
Escucha qué casos se citan como rentables y cuáles como moda. Anota en cuál de las cuatro tarjetas del diagrama cae cada uno.

Una celda es máquina más automatización más seguridad trabajando juntas. El ciclo de la celda lo fija la operación más lenta: si el robot carga en cuarenta segundos pero el corte dura tres minutos, el robot estará libre casi todo el tiempo y esa sobra es capacidad disponible.

En una celda, el robot tarda 40 segundos en descargar, limpiar y cargar; la máquina tarda 3 minutos en el corte. ¿Cuál es el tiempo de ciclo de la celda, en segundos?

Clasifica cada tarea según quién la hace mejor hoy, sin romantizar a ninguno de los dos.

Arrastra cada ficha a su categoría (o tócala y luego toca la categoría). También puedes usar el teclado.

4. El controlador: sentir, decidir, actuar

Un controlador lógico programable no hace piezas: hace decisiones. Lee entradas, ejecuta un programa en un ciclo que se repite miles de veces por minuto y activa salidas. Su lógica se escribe casi siempre en escalera, que parece un diagrama de relés y por eso la entienden los electricistas de planta.

Diagrama de flujo de cuatro pasos del ciclo de un controlador lógico programable: entrada de sensor, decisión del programa, actuador en la salida e información en la pantalla del operador.
La automatización no empieza con un robot: empieza con un sensor y una regla escrita por alguien del área que conoce la operación.

Toda automatización empieza con un sensor y una regla. El sensor convierte el mundo en una señal: presencia, posición, temperatura, presión, conteo. La regla la escribe alguien del área: si llega pieza y la puerta está cerrada, entonces abre.

Qué es la automatización industrial y cómo funcionan los PLC | Neheyler Mecatrónico
Fíjate en la diferencia entre la lógica cableada y la programable: es la misma diferencia entre un circuito fijo y un programa que puedes cambiar sin desarmar nada.

Une cada elemento de la automatización con lo que hace en el ciclo.

      Una máquina detiene la banda cuando la puerta del resguardo se abre, pero el operador reporta que se detiene sola a veces sin abrir nada. ¿Dónde mira primero?

      ¿Qué tan seguro estás de tu respuesta?

      5. Cuánto cuesta automatizar y quién lo sostiene

      El retorno se calcula con el ahorro anual menos los costos anuales de mantenimiento y operador, dividido el monto de la inversión. Un equipo que cuesta ochocientos cuarenta mil pesos y ahorra cinco mil seiscientos por semana tarda ciento cincuenta semanas: casi tres años, y eso ya es un proyecto al filo.

      La automatización cambia el tipo de mano de obra que se necesita, no la elimina: se necesita alguien que cambice un sensor a las once de la noche, lea un diagnóstico y sepa cuándo parar la línea. Ese perfil es el de un técnico bien pagado, y suele ser el cuello de botella real de la planta automatizada.

      La decisión de robotizar se toma con números de ciclo, no con entusiasmo. Se compara el costo por pieza de la celda contra el costo por pieza del puesto manual, incluyendo paro de máquina, calidad y flexibilidad ante un cambio de producto.

      Un proyecto de automatización cuesta 840,000 pesos y ahorra 5,600 pesos por semana. ¿Cuántas semanas tarda en pagarse?

      Una empresa de 40 personas quiere robotizar la carga de tres tornos para ahorrar un puesto. El producto cambia cada dos meses y hay cinco familias de piezas.

      ¿Conviene robotizar la carga de esta prensa?

      Un puesto de carga y descarga en una prensa, turno de ocho horas, ciclo de 45 segundos, con cambio de troquel dos veces por semana. Escribe tu recomendación con tesis, evidencia, razonamiento, conclusión y el contraargumento de quien te va a llevar la contraria.

      Tesis

      La decisión no se toma con el sueldo del operario: se toma con el costo por pieza de la celda completa.

      Evidencia

      Ciclo de 45 segundos, paro de máquina por carga, merma por mala posición y el tiempo de cambio de troquel dos veces por semana.

      Razonamiento

      Si el cambio de producto consume la mitad del ahorro en puesta a punto, la inversión se estira más allá de tres años y el proyecto deja de ser defendible.

      Conclusión

      Propón estabilizar el estándar y medir el cambio de troquel antes de comprar el robot.

      Contraargumento

      Sin robot el puesto sigue expuesto a accidentes y el ahorro real incluye lo que hoy no se mide: calidad y paros.

      Tu respuesta al contraargumento

      Vocabulario del tema

      G-code
      Lenguaje de la máquina: coordenadas, velocidades, cambios de herramienta.
      Post-procesador
      Traduce el CAM al dialecto de esa máquina concreta.
      Cero de pieza
      Referencia física de dónde empieza a medir el programa.
      Escalera
      Lenguaje gráfico de contactos y bobinas para programar un controlador.
      Enclavamiento
      Condición lógica que impide una acción insegura: resguardo abierto, no arranca.
      Retorno de inversión
      Semanas o años necesarios para que el ahorro acumulado iguale la inversión.

      Toca una tarjeta para ver la respuesta.

      Hoja de evaluación de una automatización

      Piensa en una tarea repetitiva que hagas diario, tuya o de alguien cercano. Descríbela en tres pasos, di cuál es el sensor que la dispara y qué regla la gobernaría. Después responde honestamente: ¿conviene automatizarla o conviene eliminarla?

      Muchas veces la mejor automatización es no tener que hacer la tarea. Esa respuesta también vale y es más barata.

      Tu texto se guarda sólo en este dispositivo.

      Ejes y capacidad

      Cada máquina con lo que permite hacer.

      Autoevaluación del tema 15

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      Trazabilidad curricular del objeto

      Dónde vive este objeto dentro de la ruta del curso
      CampoValor
      CategoríaCursos de Ingeniería
      CursoIntroducción a la ingeniería industrial
      RutaRuta de introducción a la ingeniería industrial
      EtapaMáquinas y procesos de manufactura
      Área de conocimientoAutomatización, control numérico y evaluación de proyectos
      TemaTema 15. CNC, robots y automatización
      Objeto en la ruta15 de 20
      DificultadIntermedia
      ModalidadAutoestudio con video, diagrama propio, casos y reactivos
      PrerrequisitoTemas 13 y 14: familias de proceso y máquinas herramienta
      AutoríaRoadwise Consulting
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