Dispositivos de Maquinado

Introducción

La industria de construcción de maquinarias tiene como función fundamental, dar respuesta a la fabricación de todos los artículos que va diseñando el hombre para satisfacer sus crecientes necesidades.

Para cumplir el plan de abastecimiento de artículos a las diversas ramas de la economía, la industria de construcción de máquinas no dispone de vías peculiares de producción, sino que sigue una línea común a la de todas las demás ramas: el perfeccionamiento continuo de los procesos tecnológicos sobre la base de los adelantos de la ciencia, el empleo de equipos tecnológicos de avanzada y métodos de producción en cadena, de forma tal que se obtengan los artículos con la calidad requerida y menor costo.

Las tendencias actuales del perfeccionamiento de los procesos tecnológicos se sustentan en dos principios: uno, la continuidad y el otro el funcionamiento automático, de cuya unión resulta el proceso tecnológico más productivo.

Esta industria se distingue también entre las demás ramas, porque sus procesos de producción son muy complejos, diversos y dinámicos; lo cual viene determinado por la gran diversidad de dimensiones de los artículos, pesos, formas geométricas, calidades, cualidades físico – mecánicas y materias primas.

Lo anterior se agrava en función de la experiencia del personal técnico, máquinas herramienta, herramientas de corte, dispositivos, instrumentos de medición y competitividad que posea la entidad productora en cuestión; pues para una misma pieza y programa productivo, se pueden concebir diferentes variantes tecnológicas de fabricación.

Es de considerarse también como aspecto negativo, el tiempo que se consume en proyectar por separado la tecnología de fabricación de cada pieza.

Por tanto, en la solución de esta problemática han tenido vital importancia los descubrimientos y éxitos del pensamiento científico para la creación de nuevas posibilidades de desarrollo de la producción, entrando a jugar un papel fundamental la innovación tecnológica de unificación y normalización de las estructuras, de los procesos tecnológicos y del equipamiento tecnológico a emplear que posibiliten la obtención de elevados índices de exactitud donde han encontrado gran difusión los dispositivos de maquinado.

Dispositivos de maquinado

La exactitud de fabricación es "el grado de correspondencia de la máquina o pieza terminada con su prototipo correcto geométricamente". Por lo tanto, la exactitud es una propiedad de la máquina o pieza terminada, y se describe por un conjunto de índices entre los que se encuentran:

• Exactitud de las dimensiones de las superficies por separado.

• Exactitud de las formas geométricas de las superficies de las piezas.

• Exactitud de la posición mutua de las superficies o de sus elementos.

• Rugosidad superficial.

Esos índices se logran en mayor o menor medida durante el maquinado del artículo o pieza, son diversos los casos en que para alcanzar determinado índice, se necesita del empleo de dispositivos, ya sea por razones técnicas como económicas donde se pueda obtener la adecuada exactitud del maquinado, evitándose el marcaje y la verificación posterior de la posición de la pieza en bruto colocada en la máquina herramienta.

Por tanto, un dispositivo de maquinado es un mecanismo que asegura y sostiene una pieza para mantener su orientación y posición durante el proceso de fabricación, de manera que la calidad deseada de la pieza pueda lograrse [Fig. 1]. Estos dispositivos deben ser cómodos y rápidos en el trabajo, lo suficientemente rígidos para conseguir la precisión requerida en la elaboración, simples y baratos en la fabricación, de fácil acceso para la reparación y cambio de las piezas desgastadas, así como seguros en la explotación. Para su diseño y construcción tienen fundamental incidencia el sistema de localización y basamento para lograr la precisión del producto.

Figura 1. Ejemplos de dispositivos de maquinado.

Clasificación de los dispositivos de maquinado

Clasificación general de los dispositivos.

• Según su asignación:

• Dispositivos de máquina (taladrado, fresado, torneado, etc.).

• Dispositivos para instrumentos de trabajo (portaherramientas, mazorca de cambio rápido, mandriles para la fijación de herramientas, etc.) [Fig. 2].

• Dispositivos de ensamble.

• Pistolas neumáticas, dispositivos magnéticos, extractores, opresor de aros de combustión interna, dispositivos de balanceo [Fig. 3].

• Dispositivos que garantizan centrado y desarrollan la fuerza de fijación necesaria [Fig. 4].

• Dispositivos para trasladar las piezas.

• Manipuladores y robot industriales de capacidad de carga de hasta 2000 kg [Fig. 5].

• Dispositivos de control

• Rectificadoras de interiores con calibres semiautomáticos.

• Según el grado de especialización:

• Universales

• Especializados

• Especiales

• Según el grado de automatización:

• Manuales

• Mecánicas

• Automáticos.

• Según el tipo de accionamiento:

• Manual

• Hidráulico

• Neumático

• Eléctrico

• Neumohidráulicos

Los dispositivos especiales están designados para determinada operación organizada y fijada en una máquina herramienta y se caracterizan por permitir la elaboración de una misma pieza, garantizan gran precisión de la colocación de la pieza y fijación rápida. Para hacer más económica la fabricación de los dispositivos especiales es necesario utilizar entre sus elementos la mayor cantidad posible de piezas normalizadas.

El tiempo de servicio de los dispositivos especiales con carga constante es de 3-5 años, luego de cumplida esa etapa generalmente no se usan y se sacan de la producción porque no son rentables, aunque pueden repararse. Estos dispositivos se emplean en producciones unitarias, seriadas y masivas, si se diseñan con accionamiento neumático, hidráulico, eléctrico, etc. se obtienen excelentes resultados.

Durante la producción de pequeñas cantidades de piezas, fundamentalmente durante la producción auxiliar (reparaciones), resulta en ocasiones inevitable su empleo para lograr el adecuado restablecimiento de las dimensiones de las piezas, aquí son generalmente muy sencillos. Los dispositivos especiales de maquinado encuentran su más amplia difusión en condiciones de producción seriada y masiva, debido a que generalmente resulta cara su fabricación debido a su elevada precisión y los gastos de tiempo asociados.

Los dispositivos especializados se diseñan para el cumplimiento de determinada operación tecnológica en piezas de diferentes dimensiones pero de un mismo tipo o de forma similar y en una misma máquina herramienta, se emplean en lo fundamental, en condiciones de producción unitaria y seriada.

Dentro de este tipo de dispositivos, los de grupo, han adquirido gran difusión fundamentalmente en países de alto desarrollo industrial. Otros dispositivos especializados se emplean también de forma efectiva en producciones masivas como por ejemplo, los manipuladores.

Los dispositivos universales se destinan para la elaboración de gran cantidad de piezas diferentes según su tipo y dimensiones, gozan de gran flexibilidad para el centrado y fijación de un tipo de piezas a otro. Se emplean en lo fundamental en producciones unitarias, pequeñas y medianas series, como por ejemplo: los platos de muelas autocentrantes que puedan utilizarse para la fijación de diferentes piezas y en distintas máquinas herramienta.

Los Dispositivos Universales de Maquinado (DUM), conocidos también como normalizados, consisten en un juego de elementos normalizados de diferentes formas con funciones específicas, que se ensamblan convenientemente para formar un dispositivo para determinada operación tecnológica. Una vez cumplido ese trabajo, se desarman sus elementos y se establecen nuevas combinaciones para formar un nuevo dispositivo que puede tener una forma totalmente distinta a la anterior con una función complemente diferente.

Existen tres juegos de DUM diferenciados solamente por el número de elementos normalizados que lo componen. Sus piezas son fabricadas con una clase de exactitud de segundo grado, los que los hace muy caros unidos a la complejidad geométrica de la mayoría de sus elementos. Tiene su mayor aplicación cuando la empresa enfrenta cambios tecnológicos, o se produce la introducción de nuevos modelos en condiciones de producción seriada o masiva y aún no se dispone de todo el herramental especial que será utilizado para acometer toda la producción.

El costo inicial de fabricación de un DUM se amortiza en un tiempo de explotación relativamente corto (5 años aproximadamente), en condiciones normales de explotación pueden durar hasta 15 años, su gran deficiencia radica en su escasa rigidez en comparación con los dispositivos de otro tipo debido a la gran cantidad de elementos que deberán ensamblarse para conformar un dispositivo concreto.

Como se observa, es amplia la utilización de los dispositivos de maquinado y su aplicación conlleva a las ventajas siguientes:

• Incremento de la productividad mediante la reducción del tiempo empleado en la colocación y fijación de las piezas en bruto, así como la reducción del tiempo de manipulación.

• Amplía las posibilidades de elaboración de las máquinas herramienta, ejemplo: da la posibilidad de fresar en el torno.

• Incremento de la exactitud del maquinado mediante la reducción del error de colocación.

• Mejoran las condiciones de trabajo para el operario de las máquinas herramienta permitiendo la utilización de operarios de baja calificación.

• Posibilitan la automatización de las máquinas herramienta y de los procesos tecnológicos.

Referencias bibliográficas

• Bakker, O J. et. al. Model-based control of an active fixture for advanced aerospace components. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 225: 2010.

• Boyle, Iain. Rong, Yiming. Brown, David C. A review and analysis of current computer-aided fixture design approaches. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing (2011) 1–12.

• Fan, L. Kumar, A Senthil. Development of robust fixture locating layout for machining workpieces. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 224: 2010.

• Groover, Mikell P. Fundamentos de Manufactura Moderna. 1ra edición. Prentice-Hall Hispanoamericana, S. A. México 1997.

• Huifang, Chen. Research on intelligent MCAD/CAPP/CAFD integrated system modeling. Applied Mechanics and Materials Vols. 48-49 (2011) pp 960-963.

• Miguel Moro Vallina. Tecnologías de Fabricación. México, 2002: Pearson Educación.

• Peng, Gaoliang. et. al. Applying RBR and CBR to develop a VR based integrated system for machining fixture design. Expert Systems with Applications. Elsevier Ltd. 2010.

• Przybylski, Josef. Diseño de Dispositivos Especiales para el Maquinado.

• Sistema Modulare Gerardi. Morse Serie "XL". Priece List. January 2006.

• Vukelic, Djordje. et. al. A rule-based system for fixture design. Scientific Research and Essays Vol. 6(27), pp. 5787-5802, 16 November, 2011.

Autor:

Ing. Raúl Arturo Jiménez Rodríguez