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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/5207| Título : | DESARROLLO DE ESTRATEGIAS PARA MEJOR LA ENSEÑANZA DE LA INTEGRACIÓN DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Y DISEÑO |
| Autor : | Ayala Ruiz, Alvaro |
| Fecha de publicación : | 2014 |
| Resumen : | Los sistemas CNC se refieren a la automatización de máquinas herramientas que son operadas por comandos abstractos codificados y almacenados. En los sectores de manufactura como manufactura de equipos, automóviles, procesos industriales los sistemas CNC son usados para diversas operaciones de corte como barrenado, fresado, torneado, troquelado, doblado de tubos, etc. Dada la obsolescencia tecnológica, el incremento de las fallas y reducción de la precisión es necesario pensar en Retrofitting/Reconditioning/Upgradation de los equipos. Retrofit o acondicionamiento es el proceso de remplazar los sistemas CNC, servo motores, y otros dispositivos mecánicos para extender la vida de los equipos CNC, el acondicionamiento también se incluye la reconstrucción y re manufacturando de piezas mecánicas o eléctricas. Los beneficios incluyen bajos costos de inversión a comparación de adquirir una nueva máquina CNC, pero no sólo eso también se debe considerar los beneficios de bajo consumo de energía, un nuevo nivel de manufactura y alto desempeño. Los requerimientos de manufactura han cambiado dramáticamente en dos décadas y cada día se requiere de mayores características para la manufactura. El reacondicionamiento permite en algunos casos mantener la competitividad en los negocios. Seleccionar la empresa que realice el reacondicionamiento puede ser confuso y es importante asegurarse que la compañía tenga experiencia con las máquinas específicas que tratan de actualizar. Los talleres de Ingeniería Mecánica de la Facultad de Ingeniería cuenta con 5 máquinas CNC del tipo Torno y 5 máquinas CNC tipo Fresadora, todas de modelo compact5, marca EMCO MAIR, según los manuales las máquinas datan de 1984. Lo cual muestra que en unos cuantos años se contarán con equipos de un antigüedad de30 años, actualmente sólo algunos de los equipos se encuentran en condiciones de aceptables de servicio, además que se encuentran fuera de mantenimiento y actualizaciones de software. Cada día la infraestructura de los talleres de Ingeniería Mecánica de la Facultad de Ingeniería, se vuelve obsoleta, y debe atender una población de aproximadamente 200 estudiantes principalmente de las carreras de Ingeniería Mecánica y Mecátronica, estos solamente en las asignaturas de Sistemas de Manufactura Flexible y Diseño y Manufactura por Computadora, sin embargo, debido a la disponibilidad y las condiciones propias de los años, no es posible atender a estos 200 estudiantes, así en la práctica se atendiendo de alrededor del 15% cada semestre. Actualmente los estudiantes realizar la manufactura de forma virtual, es decir, realizar simulación mediante software manufactura en el Laboratorio de Ingeniería Mecánica Asistida por Computadora o utilizando servicios externos de manufactura. El adquirir una máquina de CNC nueva por el momento parece imposible, ya que adquirir una sólo máquina de bajo costo puede alcanzar los 30,000 dólares, si bien es cierto que las máquinas CNC compact5 se les pude considerar dentro del rango de máquinas para la manufactura piezas de colección, parece que ahora es un buen momento para darles una nueva oportunidad a los equipos CNC, para aumentar su precisión, confiabilidad y proporcionarles nuevas características, que les permitan a los estudiantes adquirir conocimiento para insertarse en la vida económica del país. El presente trabajo propone utilizar una plataforma basada en computadoras personales, software libre, actuadores de bajo costo, dispositivos mecánicos existente, componentes electrónicos sencillos y un software de control modular con el fin de restaura y reacondicionar las características operativas de un torno CNC didáctico obsoleto. BENEFICIOS Desarrollar 5 prácticas para una mejor enseñanza de las asignatura de Diseño y Manufactura por Computadora y Sistemas de Manufactura Flexible. Capacitar personal en el área de manufactura flexible. Trabajo interdisiplinario. Ramírez, C. M., (1998), Desarrollo de un contr |
| URI : | http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/5207 |
| metadata.dc.contributor.responsible: | Ayala Ruiz, Alvaro |
| metadata.dcterms.callforproject: | 2014 |
| metadata.dc.coverage.temporal: | 2014-2016 |
| metadata.dcterms.educationLevel.SEP: | Licenciatura nivel superior |
| metadata.dc.description.objective: | En países emergentes como México, la tecnología de Máquinas Herramienta de Control Numérico (MHCN) dado su elevado costo, es sólo asequible para las grandes empresas. La micro, pequeña y mediana industria metal-mecánica nacional, en su mayoría, no tiene acceso a este tipo de tecnología, por lo que utilizan máquinas herramientas convencionales o manuales, lo cual produce un deterioro en la calidad de la manufactura. Por otra parte para lograr elevar el nivel de capacitación de los estudiantes de ingeniería las universidades y centros de capacitación, deben realizar fuertes inversiones monetarias en equipos de control numérico computarizado (CNC), lo anterior no siempre resulta factible dado el costo de inversión en los equipos y el mantenimiento requerido. Sin embargo, el contar Máquinas Herramientas de CNC funcionales en la Facultad de Ingeniería permitiría el desarrollo de mano de obra altamente capacitada en sistemas modernos de manufactura, elevando con ello el nivel de competitividad del país. Las pequeñas y medianas empresas también podrían verse beneficiadas al reducir los costos de inversión para acceder a herramientas de control numérico. Proporcionar las herramientas necesarias para que los alumnos conozcan, estudien, integren y desarrollen los sistemas de manufactura flexible, con la idea de simular las condiciones a las que se enfrentaran en su vida laborar. Integrar las máquinas herramientas educacionales CNC con las que cuenta el Departamento de Manufactura y Materiales de la DIMEI a uno o varios sistemas de manufactura. Dado la anterior se propone como objetivo del proyecto Crear experiencias de aprendizaje para que los alumnos adquieran la capacidad de movilizar, de forma integral, recursos que se consideran indispensables para saber resolver problemas en diversas situaciones o contextos del Diseño y la Manufactura Asistidos por Computadora y los Sistemas de Manufactura Flexible. Formar Profesionales con especialidad en la programación, uso y reconversión de máquinas herramientas CNC (MHCNC). |
| metadata.dc.description.hypothesis: | Una máquina-herramienta CNC de buena calidad y sólida construcción es sinónimo de garantía antes que el paso del tiempo la convierta en un equipo anticuado e improductivo. La actualización de componentes en una máquina con tecnología obsoleta ofrece grandes ventajas y beneficios: Considerable ahorro económico en comparación con equipos nuevos. Aumento del rendimiento, productividad y eficiencia. Valor añadido y competitividad. Alta capacidad del control CNC. Contar con componentes modernos y de tecnología punta. Ampliación de la vida útil y aumento de su valor. El presente trabajo propone qué es posible utilizar una plataforma basada en computadoras personales, software libre, actuadores y sensores de bajo costo, dispositivos mecánicos existente, componentes electrónicos sencillos y un software de control modular, con el fin de restaurar y reacondicionar las características operativas de un torno CNC didáctico obsoleto. Los lineamientos que deben cumplir el proyecto son: Es necesario reacondicionar los equipos a un bajo costo, ya que se desean reacondicionar 10 máquinas herramientas CNC (MHCNC)del tipo torno y fresa. Aumentar la capacidad de almacenamiento y manejo de las MHCNC. Las MHCNC deben integrarse en una red de área local basada en el sistema ethernet. Integrar las máquinas herramientas CNC educativas a un sistema de manufactura, que permitirá atender de una mejor manera a una población de alrededor de 180 alumnos cada semestre. Dónde cada uno podrá vivir la experiencia de utilizar equipo automatizados y reconvertidos para fabricar sus productos diseñados. A partir de la visión de la Facultad de Ingeniería que ha de ser la institución líder y referente en la formación de profesionales en ingeniería del país, semillero fundamental donde se generan nuevos conocimientos, se considera que en las asignaturas Diseño y Manufactura Asistida por Computadora y Sistemas de Manufactura Flexible es posible cumplir con dicha visión, cabe mencionar que actualmente lo anterior no es posible. Mantenero renovar la infraestructura para atender la demanda educativa en las materias de Diseño y Manufactura Asistida por Computadora y Sistemas de Manufactura Flexible, donde la infraestructura actual y condiciones de los equipos no permite atender la demanda creciente que cada semestre se presenta. |
| metadata.dc.description.strategies: | La tendencia moderna en control numérico está centrada fundamentalmente en tres aspectos: control numérico directo (DNC), control numérico computarizado (CNC), y control numérico adaptativo (ANC). El DNC se refiere al modo de operación en la cual múltiples máquinas herramientas de CNC y otros equipos de producción (máquinas de medición, robots, presets, etc.) son conectados a una computadora. Consiste en una computadora (PC) que se enlace con la unidad de control de la máquina (CNC) a través de una línea de conexión serial RS-232C. El sistema DNC permite interactuar entre diversos departamentos CAD CAM, cargar los programas desde computadores de CAD CAM al PC a través de un enlace de comunicación de cómputo de alta velocidad ethernet. La función principal de un control numérico es gobernar los motores de una máquina- herramienta (Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, 2003) que llevan a cabo el desplazamiento relativo entre la herramienta y la pieza situada sobre la mesa. Si se considera un desplazamiento en un plano será necesario accionar dos motores; en el espacio tres motores y así sucesivamente. En el caso de un control numérico punto a punto y paraxial, las órdenes suministrados a cada uno de los motores no tienen relación entre ellas, pero en un sistema por contorneo estas se rigen por una ley determinada. En la literatura es posible encontrar trabajos de reacondicionamiento desde 1988 hasta el año de 2011, y de dónde se puede apreciar que hay una gran cantidad de puntos de vista para resolver el problema planteado, la metodología presentada en el este trabajo, tiene como ventaja realizar el reacondicionamiento utilizando circuitos diseñados y construidos por los participantes, además de utilizar software libre y tomar ventajas de que su costo es cero. Desmantelar torno compact5 para realizar inspección y evaluación de los equipos. Diseñar y construir Tarjeta de aislamiento. El objetivo de la tarjeta de aislamiento es proteger de posibles corto circuitos en las etapas de potencia a la PC, la tarjeta separará la etapa de potencia que puede manejar altos voltajes de la etapa de control que opera a voltajes lógicos bajos (típicamente 5Vdc). Diseñar y construir etapa de potencia del Husillo. Esta etapa puede estar conformada por un controlador de potencia por modulación de ancho de pulso (PWM por sus siglas en inglés). Transistores tipo MOSFET de canal N pueden ser utilizados en configuración de puente H para controlar las revoluciones del Husillo y permitir el cambio de dirección de giro. Diseñar y construir etapa de potencia motores a pasos. En el caso de que la máquina a implementar esté equipada con motores a pasos, controladores específicos para este tipo de motores deberán ser empleados. Existen controladores que dividen los pasos completos de los motores utilizando una técnica conocida como multiplexeo. LinuxCNC permite utilizar este tipo de controladores para elevar la resolución del movimiento de la máquina. Reacondicionar o renovar Motores a pasos. Es posible reutilizar los motores a pasos originales de la máquina si esta cuenta con ellos. Los motores a pasos modernos se presentan en configuraciones de al menos 200 pasos por revolución, presentan un alto torque y un rango dinámico amplio. Reacondicionar o renovar encoders. En caso de que se deseé utilizar un lazo de posicionamiento cerrado, aumentando con ello la precisión del sistema, encoders ópticos rotativos o lineales pueden ser leídos en tiempo real por LinuxCNC para realizar los cálculos de posición, velocidad y aceleración de los ejes móviles. Reacondicionar o renovar Servo Motores. Motores de lazo cerrado conocidos como servomotores pueden ser utilizados por LinuxCNC. Estos motores tienen la característica de ser altamente repetitivos y confiables puesto que la posición en la que se encuentran es controlada por un sistema de retroalimentación. Sin embargo, el costo de este tipo de motores |
| metadata.dc.description.goals: | Para crear la experiencias de aprendizaje en las áreas de Diseño y la Manufactura Asistidos por Computadora y los Sistemas de Manufactura Flexible, es necesario realizar una serie de acciones que permitan emular las condiciones que se presenta en el día a día en las empresas usuarias de los Sistemas de Manufactura Flexible. PRIMER AÑO Adaptar sistema DNC basado en software libre, que permita conectar los diferentes máquinas herramientas CNC a una computadora, para qué ésta realize la administración y control de la información de manufactura, así la computadora puede llegar ha asumir labresponsabilidad sobre funciones del CNC. Iniciar el remplazo del control numérico computarizado (CNC) de una máquina herramienta CNC del tipo Torno. Reparación y Reacondicionamiento del husillo, de una máquina herramienta CNC del tipo Torno. Reacondicionamiento del control y los motores principales, de una máquina herramienta CNC del tipo Torno. Reacondicionamiento del control y los motores secundarios, de una máquina herramienta CNC del tipo Torno. Reacondicionamiento de los elementos mecánicos, de una máquina herramienta CNC del tipo Torno. Realizar y presentar un artículo para memorias de congresos. Generar un informe interno para el control y evaluación del proyecto. SEGUNDO AÑO Realizar el reacondicionamiento de 9 equipos. Diseñar y construir una red de área local del tipo ethernet. Diseñar y construir un sistema de manufactura flexible que integre 10 máquinas herramientas de control numérico computarizado, controladas por una Computadora. |
| metadata.dc.description.selfAssessment: | Para iniciar el proyecto se realizó un diagnóstico de los equipos a reconfigurar, utilizando los equipos más antiguos y dañados, con la idea de establecer el panorama más adverso, el resultado del diagnóstico confirmó que algunos de los circuitos se encontraban degradados. Los motores parecían trabajar de manera correcta. Dado lo anterior se decidió empezar la reconfiguración de un equipo tipo Fresadora, el cual utiliza tres motores, inicialmente se había propuesto trabajan con un equipo tipo Torno de dos motores. A partir de este momento se decidió plantear una metodología para lograr la reconfiguración, basada en la subdivisión de funciones, tales como comunicación, control, potencia e interfaz de usuario. El primer producto terminado fue la Plataforma Virtual PV, sin complicaciones, los inconvenientes aparecen con el reacondicionamiento del control, motores principales, y los motores secundarios de la máquina CNC. A pesar de que funcionaban las fuentes de poder y los motores originales, estos no eran confiables, es decir, entregaban voltajes y corrientes aleatorias, todo esto debido a la temperatura que podían alcanzar durante la puesta en marcha de los motores. Lo anterior retrasó el proyecto de forma considerable, ya que se consideraba que no se había diseñado de forma correcta los circuitos eléctricos, sin embargo, estos eran correctos, las fallas eran provocadas por la inestabilidad de los motores. En el momento que se determinó la falla de los motes, todos los sistemas lograron trabajar de manera correcta. La poca confiabilidad de los componentes considerados reutilizables, provocó que sólo se reconfigurarán 7 equipos, 3 tipo Torno y 5 tipo Fresadora. Cantidad aunque no suficiente para las necesidades, los equipos se encuentran funcionales y listos para ser utilizados en la materia de Diseño y Manufactura A x C. el semestre 2016-2. Se logró la reconfiguración de un equipo controlado por la Plataforma Virtual, utilizando los circuitos diseñados durante el proyecto. A pesar de los retrasos fue posible generar el material didáctico comprometido, ya que se generaron 7 modelos sólidos en el programa NX 3 prácticas para generar manufactura de modelos sólidos en el programa NX 4 videos para generar manufactura de modelos sólidos en NX 7 planos de fabricación en NX 6 presentaciones relacionados con la enseñanza de manufactura en máquinas HCNC, tipo torno y fresadora 2 postprocesadores en programa NX La materia de Diseño y Manufactura A x C, actualmente hay 9 grupos, 3 de estos utilizarán los materiales generados Se publicó un artículo en las memorias del XXI Congreso de la SOMIM Se presentó una conferencia por parte del profesor de asignatura y ayudante de prof. M.I. Julio Franco Pérez Cruz Plataforma Virtual basada en LabVIEW, el cual es factible de solicitar derechos de autor Página WEB, http://limac3.fi-c.unam.mx/CNC Se realizó curso para 6 profesores del área de manufactura y 2 tesistas que utilizarán los equipos para trabajo. |
| metadata.dc.description.goalsAchieved: | PRIMER AÑO Se logró diseñar e implantar un software DNC (Plataforma Virtual PV), basado en un entorno de desarrollo diseñado específicamente para acelerar la productividad de ingenieros conocido como LabView, el cual utiliza una sintaxis de programación gráfica que facilita visualizar, crear y codificar sistemas de ingeniería. La PV maneja las etapas de comunicación y control de los motores dela máquina EMCO CNC F1, es decir, abre un canal de comunicación por el cual se envían las órdenes el movimiento de los motores. Re realizó la reparación y reacondicionamiento del husillo, de una máquina herramienta CNC del tipo Fresadora. Reacondicionamiento del control y los motores principales, de una máquina herramienta CNC del tipo Fresadora. Reacondicionamiento del control y los motores secundarios, de una máquina herramienta CNC del tipo Fresadora. Se generó un informe interno para el control y evaluación del proyecto. SEGUNDO AÑO Se generaron 7 modelos sólidos en el programa NX, los cuales se encuentran en la página WEB del proyecto. Se generaron 3 prácticas para generar la manufactura de los modelos sólidos en el programa NX, los cuales se encuentran en la página WEB del proyecto. Se generaron 4 videos para generar la manufactura de los modelos sólidos en el programa NX, los cuales se encuentran en la página WEB del proyecto. Se generaron 7 planos de fabricación en el programa NX, los cuales se encuentran en la página WEB del proyecto. Se generaron 6 presentaciones relacionados con la enseñanza de manufactura en máquinas herramientas CNC, tipo torno y fresadora. Se generaron 2 postprocesadores en el programa NX, los cuales se encuentran en la página WEB del proyecto. La materia de Diseño y Manufactura Asistidos por Computadora, en donde actualmente hay 9 grupos, y 3 de estos grupos utilizarán los materiales mencionados anteriormente. Se publicó un artículo en las memorias del XXI Congreso de la SOMIM. Se presentó la conferencia por parte del profesor de asignatura y ayudante de profesor M.I. Julio Franco Pérez Cruz. Se generó la Plataforma Virtual basado en LabVIEW el cual es factible de solicitar derechos de autor. Se generó una página WEB en la dirección http://limac3.fi-c.unam.mx/CNC Se realizó un curso para 6 profesores del área de manufactura y 2 tesistas que utilizar los equipos para realizar su trabajo de tesis. |
| metadata.dcterms.provenance: | Facultad de Ingeniería |
| metadata.dc.subject.DGAPA: | Ingenierías |
| metadata.dc.type: | Proyecto PAPIME |
| Aparece en las colecciones: | 1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías |
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