Integración de Utillajes y Plantillas en Fabricación Inteligente para Producción Rápida

En la cúspide de la producción moderna están los sistemas de fabricación inteligente. Están afinados para una demanda flexible de piezas a mecanizar y pueden reconfigurarse rápidamente para producir las demandas cambiantes de los clientes. La mecanización rápida verdadera solo es posible con estos sistemas. Sin embargo, la instalación y configuración original de todos los componentes es muy compleja. Hoy discutiremos sistemas de plantillas y utillajes (jigs & fixtures) para soluciones de fabricación inteligente, pero primero veamos el estado actual de esta tecnología.

Fabricación Inteligente Hoy

La fabricación inteligente es una parte inseparable de la teoría Industria 4.0. El mercado de fabricación inteligente hoy está aún en etapa de desarrollo porque el concepto se sigue perfeccionando. Sin embargo, se espera que el mercado estalle cuando la tecnología obtenga suficientes soluciones. Los sistemas de fabricación inteligente encajan realmente con las demandas del cliente moderno de mecanizado rápido de lotes pequeños o incluso piezas únicas personalizadas con el menor preaviso. Actualmente, hay varias soluciones que automatizan el módulo de mecanizado rápido en gran medida. La automatización de la máquina herramienta es fácil: solo hay que cargar los programas NC necesarios en el orden correcto.

Ahora, cargar y descargar piezas y fijarlas en la posición correcta es el verdadero problema. Si la carga/descarga se hace con brazos robóticos, fijar la pieza en la posición correcta mientras se mecaniza es prerrogativa de las plantillas (jigs). El problema principal es que las piezas procesadas por un sistema de fabricación inteligente deben ser diferentes.

Por Qué es Necesario Crear Sistemas de Sujeción Inteligentes

Un sistema de fabricación inteligente típico consta de: máquina herramienta, herramienta de corte, pieza en bruto (o pieza al final del proceso), plantillas y utillajes (jigs and fixtures), mecanismo de carga, tolvas que contienen piezas y blanks, y un conjunto de sensores de control para coordinar el sistema.

El ciclo típico consiste en: el brazo robótico toma el blank de la tolva y lo coloca en la plantilla (jig). Los utillajes (fixtures) sujetan la pieza y la máquina herramienta arranca. Terminada el mecanizado rápido, los utillajes sueltan y el brazo robótico descarga la pieza en otra tolva. El proceso parece fácil, ¿por qué la etapa de configuración se considera compleja?

La razón principal es que el sistema puede tener que fabricar piezas completamente diferentes. Primero una pieza pequeña y cilíndrica, luego una placa, luego un cigüeñal. Cada una requiere sujeción especializada. Las soluciones de sujeción inteligente pueden resolver esto en parte. La robótica permite crear plantillas y utillajes ajustables que pueden sujetar todo un conjunto de piezas similares.

Plantillas y Utillajes (Jigs & Fixtures) para Fabricación Inteligente

Primero, aclaremos la diferencia entre plantilla (jig) y utillaje (fixture): los posibles movimientos. Las plantillas (jigs) limitan el blank en la zona de trabajo de la máquina herramienta. Por ejemplo, incluyen topes que impiden el movimiento horizontal de la pieza en la mesa de una fresadora. Los utillajes (fixtures) son herramientas especiales que fijan la pieza en su lugar. Por ejemplo, un tornillo y una tuerca especial componen un utillaje si se usan para fijar el blank. En WayKen, nos especializamos en servicio de mecanizado CNC de precisión y entrega rápida, ideal para prototipado rápido, conformado y pruebas de encaje, plantillas y utillajes, y componentes funcionales para aplicaciones finales.

Hay muchos tipos de mecanismos de plantillas y utillajes. Los más simples y flexibles incluyen bloques estándar que se ensamblan con tornillos. Pueden usarse como LEGO para muchas configuraciones. Sin embargo, lleva mucho tiempo ensamblar tales utillajes. Otra forma flexible es comprar mordazas, platos, etc., universales estándar. Es eficiente para mecanizado manual porque el operario puede verificar y corregir la sujeción. Pero un sistema de fabricación inteligente necesita una plantilla automatizada flexible.

Etapas Principales del Diseño de Plantillas y Utillajes para Sistemas de Fabricación Inteligente

Diseñar plantillas y utillajes para fabricación inteligente es un proceso complejo. A menudo más difícil que el desarrollo del producto que se fabricará en ellos. Hay varias etapas principales para obtener la herramienta de utillaje CNC deseada:

1. Elección de superficies base. Si es posible, se pueden tener varios conjuntos de superficies base en un sistema, haciéndolo aún más flexible.
2. Elección del intervalo de ajuste. Aquí se define qué tan "inteligente" será el sistema. Cuanto más variable y amplio el intervalo, más sofisticado el utillaje.
3. Elección de los utillajes (fixtures).
4. Elección del mecanismo de accionamiento. Los sistemas automatizados pueden usar accionamiento eléctrico, neumático, hidráulico o mixto. La elección depende principalmente del accionamiento que use la máquina herramienta. Sin embargo, ciertas herramientas específicas necesitan sus propios accionamientos. Por ejemplo, utillajes de vacío solo funcionan con accionamiento neumático y utillajes magnéticos deben usar accionamiento eléctrico.
5. Diseño del conjunto completo. Aquí se diseñan todas las piezas y se determina el ciclo exacto de trabajo del utillaje.
6. Programación del utillaje. Para ser automatizado, los accionamientos son controlados por un programa NC especial que debe hacerse desde cero para cada sistema.
7. Preparación para fabricar.

Por Qué Desarrollar Utillajes es Importante

Los sistemas de sujeción ajustables inteligentes tienen muchas ventajas que hacen que valga la pena el proceso de desarrollo y fabricación considerablemente largo y complejo:

1. Reducen el coste de fabricación. Un utillaje inteligente bien construido puede sustituir un montón de mecanismos de sujeción más simples.
2. Excluyen al operario del proceso. Es importante que los sistemas de fabricación inteligente operen automáticamente y los utillajes inteligentes aseguran que incluso el rearme del sistema para otro lote sea completamente robótico.
3. Ahorran tiempo. El proceso que más tiempo consume en mecanizado rápido es la configuración del sistema para un lote diferente de piezas. Como el sistema de sujeción inteligente es ajustable, se pueden mecanizar muchas piezas diferentes sin cambiar el utillaje. Solo hay que vigilar que las piezas estén dentro de los límites de ajuste.