Guía Tema 1 PDF - Universidad de Los Andes

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO PROFESOR: MARIANO PEÑA. 1  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES...

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO PROFESOR: MARIANO PEÑA. 1  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO TEMA  ESTRUCTURA BASICA DE LOS PROCESOS DE MANUFACTURA. Él termino proceso se puede definir en general como un cambio en las propiedades de un objeto, incluyendo geometría, dureza, estado y contenido de información (datos de forma). Para producir cualquier cambio deben existir tres agentes esenciales: material, energía e información, es decir, que hay un proceso para cada agente antes mencionado (Alting, L. 1996). Modelo General de Procesos. Un proceso de material puede ser descrito mediante un sistema de flujos: flujo de material, flujo de energía y flujo de información. Proceso. Material (e) Material (s)= p+desp. Energía (e) Energía (s) Información (e) Información (s) FLUJO DE MATERIAL. Se divide en tres tipos principales: 1. Flujo directo, procesos de conservación de masa (dM=0): la masa inicial del material de trabajo es igual o casi igual a la masa final del material trabajado, en lo referente a cambios geométricos el material se manipula para cambiar su forma, también se incluyen en este proceso los cambios de estructura interna de materiales. Ejemplos: forja, laminación, compactación de polvos, fundición, etc. 2. Flujo divergente, procesos de reducción de masa (dM0): la geometría final se obtiene ensamblando o uniendo componentes, la masa de la pieza final es aproximadamente la suma de las masas de los componentes los cuales se manufacturan usando los métodos anteriores. Ejemplos: soldadura, unión por remaches o pernos. 2  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Proceso Flujo directo (e) (s) (me = ms) Flujo Divergente (e) (s) (ms = me + mdesp) Flujo convergente (e) (s) (ms = me1 +me2 + me3) Flujo de Energía. El flujo de energía va asociado a cada proceso de manufactura se caracteriza por el suministro y transmisión de energía a la pieza de trabajo o en el caso contrario remoción o perdida de energía. Puede ser mecánico (deformación plástica), químico y eléctrico. Flujo de Información. Se refiere a la información de forma y de propiedades:  La información de forma implica los cambios dimensiónales que se desean en la pieza final y a los movimientos relativos de la máquina herramienta para obtener dichos cambios mediante la interacción de herramientas o troqueles y el material de trabajo.  La información de propiedades del material abarca los cambios en la dureza, resistencia y comportamiento del material. EVOLUCIÓN DE LAS EMPRESAS Al comienzo de la Historia en tiempos prehistóricos, los seres humanos sólo desempeñaban funciones como la recolección, la caza y la pesca para esto elaboraban sus propios utensilios y armas mediante la transformación de los materiales que disponían. La Agricultura aparece en el momento en que el ser humano se hace sedentario, lo cual se estima que ocurrió hace 6000 años Antes de Cristo y se convirtió en la actividad empleadora dominante hasta el siglo XIX. 3  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Alrededor de la Edad Media aparece el arado metálico en el centro de Europa que permitió duplicar la población mundial debido al incremento en la cantidad de alimentos. Conforme avanzó la civilización, la especialización en el trabajo se vio incrementada originando un grupo social de gran importancia, los artesanos, los cuales se encargan de producir artículos demandados por la sociedad, preparando el camino para una sociedad más dependiente de las empresas. EMPRESA Es la unidad económica de producción encargada de combinar los factores o recursos productivos, trabajo, capital y recursos naturales, para producir bienes y servicios que después serán vendidos en el mercado. CLASIFICACIÓN DE LAS EMPRESAS  Agropecuarias.  Manufactureras.  Servicios.  ONG (Organizaciones No Gubernamentales). Empresas Agropecuarias La empresa agropecuaria representa un tipo particular de sistema socio-económico basado en la aplicación del esfuerzo humano con el uso de recursos naturales y técnicas necesarias para la obtención de productos agropecuarios que satisfagan las necesidades humanas. Originalmente, son las empresas mayores empleadoras de personas. En USA la proporción de empleo varió de la siguiente manera: A finales del siglo XIX la población empleada bajó de tres cuartas partes a la mitad, hacia 1900 a un tercio. En 1940 a una quinta parte, y en la actualidad a un 3%. La aparición de inventos como la segadora de McCormick y el arado de acero conectado al tractor hecho por John Deere inició un cambio tecnológico de alto impacto que continúa hasta nuestros días. Empresas de Servicios Las empresas de servicios, son aquellos que brindan una variedad de servicio a la comunidad y pueden tener o no fines lucrativos, ya que poseen el mayor número de personas empleadas son las más exitosas del momento. Se pueden clasificar en:  Atención médica y sanitaria. 4  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO  Suministro y confección de alimentos.  Educación en todos los niveles.  Telecomunicaciones (Internet, redes, telefonía).  Hotelería, restaurantes y todo tipo de ocio.  Bancos, Aseguradoras y mutuas en general. Organizaciones no gubernamentales ONG Son las empresas con el mayor crecimiento desde el punto de vista del empleo en los países desarrollados. Actúan en campos tan diversos como:  Protección a la infancia y los ancianos.  Proyectos de educación en todos los niveles.  Proyectos de suministro de agua y vivienda.  Asociaciones de protección del medio ambiente.  Otros. Empresas de Manufactura Las empresas de manufactura son aquellas que transforman las materias primas en productos terminados y utilizan siete sistemas de producción para obtener sus fines:  Job Shop (Sistema por encargo)  Flujo en lotes  Flujo lineal acompasado por el equipo LAE.  Flujo lineal acompasado por operarios LAO.  Flujo Continuo  Justo a tiempo (JIT)  FMS SISTEMAS DE PRODUCCIÓN Los Sistemas de Producción son la respuesta estratégica de una empresa para cumplir con los requerimientos de la fabricación. Con ellos se pueden manufacturar productos de alta ingeniería a bajos volúmenes adaptados a mercados o clientes muy especiales. También se pueden fabricar productos de ciclos cortos de vida y alto rendimiento o productos de alta calidad, bajo coste y elevados volúmenes. Los 5  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Sistemas de Producción son el centro de la estrategia de todo fabricante, su selección adecuada definirá el éxito o fracaso desde el punto de vista de productividad de la empresa. Los fabricantes una vez que determinen cual sistema es el más adecuado para su producción, lo seguirán fielmente y el resto de las actividades deberán colocarse en la órbita del sistema elegido. Entender como se selecciona cada uno de éstos sistemas, es muy importante al momento de hablar de mejoras en cualquier otro campo del conocimiento. No es recomendable proponer modificaciones que vayan contra la filosofía del sistema de producción seleccionado para el producto a fabricar. La supervivencia de muchas empresas depende de mantenerse fiel a un determinado sistema y utilizará los conocimientos, técnicas y métodos provenientes de otras áreas del conocimiento para mejorar la productividad de los procesos y operaciones, la calidad del producto o la calidad del trabajo de las personas. Básicamente existen siete sistemas de producción: (ver el libro de Womack, Jones y Roos, 1991). Según este autor estos siete sistemas se pueden dividir en tres grandes grupos: Producción artesanal, Producción en masa y Producción con mínimo desperdicio. Producción Artesanal:  Sistema de Producción por pedidos, conocido como Job Shop  Sistema de Producción de Producción con flujo en lotes Producción en Masa:  Sistema de Producción en línea de flujo acompasado por el equipo  Sistema de Producción en línea de flujo acompasado por operarios  Sistema de Producción en flujo continuo  Producción con mínimo desperdicio  Sistema de Producción JIT  Sistema de Producción FMS DESCRIPCIÓN DE LOS SISTEMAS DE PRODUCCIÓN: Los sistemas de producción últimamente han sido agrupados de acuerdo a cuatro variables muy importantes: el número de productos producidos, el volumen de producción de cada producto; la distribución (layaut) del equipo y el flujo de material a través de productos y procesos. También se incluye una quinta alternativa vinculada a la manera en que trabajan las personas, es decir la ergonomía. A continuación se describen brevemente cada una de ellas. 6  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO  El número de productos producidos: la variabilidad de productos por familia  El volumen de producción de cada producto: es un producto único? O una gran gama de productos? La distribución (layaut) del equipo y el flujo de material a través de productos y procesos se divide en tres tipos básicos como son:  Layout funcional: los equipos de un mismo tipo se localizan en la misma área.  Layout celular: los equipos y el utillaje se agrupan para fabricar los productos de una misma familia. Se utilizan mucho las configuraciones en U.  Los layout en línea, se pueden dividir en dos tipos; aquellos en los cuales la velocidad la marca el equipo ó máquina donde el flujo tenderá a ser regular y aquellas líneas cuya velocidad de flujo lo establecen los operarios con flujo más irregular, donde el trabajo en equipo y la eficacia la determinan el número de trabajadores asignados a la línea y la forma como trabajan entre sí.  El flujo de material a través de equipos y procesos: dependiendo del tipo de proceso y el número de operaciones que hay que seguir, se organizan los equipos en una planta, hay que saber distinguir entre “procesos y operaciones para poder introducir cambios productivos” (Shingeo Shingo 1991) con un layout celular el flujo es mas regular, porque cada familia se procesa en una célula. En el caso de la ergonomía en el trabajo: ¿Cómo se adaptan los procesos y las máquinas a las personas? ¿Cuál es la forma de trabajar de las personas involucradas en el proceso productivo? Aparecen con frecuencia problemas desde el punto de vista de enfermedades profesionales?, o el sistema de producción no marca la velocidad, ritmos, pausas y descansos? CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE PRODUCCIÓN Sistema de producción por pedidos, (Job Shop): El sistema de producción por pedidos, es el clásico sistema artesanal de producción donde un empresario recibe un pedido de una, o pocas piezas o productos y con un operario, o muy pocos operarios, puede satisfacer el pedido. Normalmente éstos operarios son altamente especializados por lo cual siempre trabajan en un área determinada. Los equipos para fabricar los productos son de propósito general y los plazos de entrega son muy lentos. Este sistema requiere de una gran cantidad de 7  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO recursos destinados a mover cosas entre operaciones pero tienen la gran ventaja de ser muy flexibles y con un alto nivel de innovación con lo cual se pueden satisfacer una amplia variedad de productos existentes y nuevos. Su talón de Aquiles, es el alto costo de producción, una baja calidad y una fiabilidad difícil de garantizar en todos los productos. Ejemplos de este sistema, lo constituyen las casas de confección, las empresas que compiten por diferenciación en diseño en pequeños lotes, los departamentos de mecanizado y soldadura y en el área de servicios se tienen los hoteles, los restaurantes y los hospitales. La forma de mejorar estos sistemas radica en las personas, eso quiere decir, una mayor y mejor educación por regla general fuera de la organización Sistema de Producción de Producción con flujo en lotes: El sistema de producción de flujo en lotes produce bajos volúmenes de muchos productos diferentes bajo pedido. Se diferencia del sistema por encargo, ya que el volumen de productos solicitados es más continuo y, es ligeramente mayor. En el sistema con flujo en lotes, se emplean “layout celulares” (diferentes equipos en una misma área) y “layout funcionales”, es decir todo el equipo en un mismo departamento o área, de tal forma que todas las operaciones se puedan hacer en ese lugar. En éste el sistema el flujo de materiales es variado en cambio en el layout funcional es muy irregular por presentar un gran tiempo de espera pero no tan grande como en la producción por encargo. Otra cualidad que se presenta es en cuanto a la facilidad de cambiar volúmenes, introducir nuevos productos o hacer cambios en el diseño a los productos existentes. Al compararlo con el sistema anterior, se obtuvo que los resultados son notoriamente superiores en cuanto al coste y calidad, pero inferiores al sistema de flujo lineal. Normalmente estos sistemas están obligados a realizar mejoras como la implantación de un sistema de Gestión de Calidad Total (TQM) donde involucren a todos los individuos de la empresa para la resolución de los problemas de calidad (Juran, J. M., et al. 1990; Harrington, H.J.1990). También deben establecerse programas de mejoras continuas ( Kaizen ) y de Fabricación en Ciclo Corto (SCM) cuando se observe un incremento en el volumen de producción o las exigencias de calidad se hagan aun mayores se puede cambiar su sistema a un sistema just- in- time. Las personas son los principales protagonistas en éste sistema, encargados de generar diseños innovadores junto a los clientes y de manejar todos los equipos, esto previo a un entrenamiento fuera de la organización. Por ejemplo los empleados de una célula de fabricación, se les entrena para operar toda las máquinas del área. Sistema de Producción en línea de flujo lineal acompasado por el equipo (LAE) El sistema de producción en línea de flujo acompasado por el equipo, fue el tercer sistema que se inventó en orden cronológico. Henry Ford y su equipo de ingenieros en 8  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO los años veinte en la planta de River Rouge en Detroit, EEUU, idearon el sistema también conocido como sistema de producción en serie. Ford fue el primer fabricante de automóviles que masificó la producción, normalizando el producto y empleando piezas intercambiables. Dado que las piezas individuales estaban cortadas y conformadas de la misma forma, podían ser montadas de manera rápida y precisa, sin necesidad de que un artesano especializado fuese el encargado de este trabajo. Para agilizar el trabajo de ensamblaje, Ford introdujo una cadena de montaje móvil en la planta de la fábrica trasladando el vehículo hasta donde se hallaba el trabajador, esta innovación que copió de los gigantescos mataderos de las afueras de Chicago permitió ahorrar un tiempo valioso en el proceso de producción y controlar además el ritmo del movimiento global de la factoría (Rifkin J. 1996). El sistema de flujo acompasado por el equipo, tiene como ventajas que mejoraron mucho los costes, la calidad del producto y proceso y los plazos de entrega pudieron cumplirse como nunca antes el mundo de la producción lo había conocido. La evolución de éste sistema ha sido sostenida a lo largo del siglo XX y en la actualidad es tan conocido, como el sistema más fácil de diseñar, operar y gestionar. Todos estos atributos, hacen que cuando un empresario clásico o novato, desee instalar una empresa, verá en éste sistema la solución a sus problemas. Existen casos donde esta manera de producir todavía sigue siendo la número uno es decir cuando los procesos de producción empleados para la fabricación de un producto son estable cuyo costo debe ser muy bajo y en volúmenes muy elevados. Algunos ejemplos de este tipo de procesos, lo constituyen las refinerías, la separación de fluidos en tuberías, las empresas que hacen trabajos de transformación primarios como siderurgias y plantas químicas.Aunque tienen como inconveniente, que su instalación requiere de inversiones intensivas de capital, con lo cual cualquier modificación, para adaptarse a un nuevo producto es muy costosa y por lo tanto su flexibilidad es muy baja. Actualmente, este sistema de producción y los anteriormente nombrados han recibido un nuevo impulso basado en innovaciones de mejoras continuas, tales como las provenientes de Japón (JIT/TQC) o las propuestas por Eliyahu M. Goldratt (1994; 1993; 1998) en su célebre teoría de las limitaciones de Goldratt, o Recurso Limitado o Cuellos de Botella, también conocida como Dirección de las Limitaciones (The Theory Of Constraints TOC), que se basa en procesos de razonamientos sistemáticos, permitiendo la identificación de los problemas de fondo, la construcción de soluciones válidas y completas y la creación de planes de implantación inmunes. TOC no se limita a la función del sistema de producción, sus aplicaciones más importantes están en ingeniería, finanzas, distribución y marketing. El T.O.C se fundamenta en tres pilares básicos resumidos por Ochoa y Arana (1996):  La concepción sistémica o global de la empresa frente a la concepción analítica o funcional de los sistemas clásicos.  La idea similar al JIT de gestión de la Producción como conducción del flujo de materiales y la medida de eficacia de tal sistema en términos de existencias 9  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO acumuladas. Hacer uso de la Producción Sincronizada para controlar los materiales en la línea.  La idea similar al JIT de mejora continua que implicará el estudio y desarrollo continuo y planificado de la estructura de la empresa a todos los niveles y áreas. Conocer estas nuevas implicaciones de gestión en la producción en cadena son muy importantes al momento de hacer recomendaciones desde el punto de vista ergonómico, para evitar rechazos que van contra “la filosofía de la empresa” y sí aceptar el uso de está mejora continua como elemento de progreso no solo en la producción, si no también de las condiciones del trabajo. Sistema de Producción en línea de flujo acompasado por operarios El sistema de producción en línea, es un sistema que fabrica productos similares, en volúmenes medios, sobre equipos organizados en un layout lineal. Comparado con el sistema just in time, éste sistema produce menos productos en volúmenes mas elevados, sin embargo la variabilidad en los volúmenes de producto, es aproximadamente la misma. Por otra parte, este sistema posee una amplia aplicación cuando se trabaja con conceptos como la “Tecnología de grupos”, lo cual es la agrupación de productos en familias sobre la base de similitudes y codificaciones de productos y de operaciones de los procesos. Dicho con palabras simples, los productos semejantes desde el punto de vista de la fabricación, serán manufacturados por las mismas células de fabricación flexible. En relación con las empresas de servicios, el flujo lineal acompasado por los operarios constituye una respuesta a muchas necesidades del sector. Es hoy en día, bastante común, observar cómo cadenas de comida rápida, trabajan de manera muy eficiente con este sistema aunque requieren de una variedad limitada de productos con volúmenes que varían constantemente. Ver figura 1 y figura 2 10  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Fig. 1: Trabajo con utilización de operarios con bajo volumen de producción Fig. 2: Utilización de operarios en líneas con elevado volumen de producción 11  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Sistema de Producción en flujo continúo El sistema de producción de flujo continuo esta propuesto para fabricar un producto estándar o una familia limitada de productos en volúmenes muy elevados, es similar al sistema de línea en flujo acompasado por el equipo. Sin embargo, es más automatizado, más intensivo en capital y menos flexible. Cada máquina y equipo deben estar diseñados para realizar siempre la misma operación y preparados para aceptar de forma automática el trabajo suministrado por la máquina precedente. Por esta razón las especificaciones del producto se deben cumplir con exactitud y el control de calidad referente a la entrega de materias primas es fundamental para poder garantizar la calidad en el proceso. La producción es continua, es decir muchas veces trabaja sin detenerse a lo largo del día y de la noche, durante meses o años y es altamente automatizada por eso la parada y el arranque de planta se hace en forma programada con un amplio despliegue de recursos técnicos y humanos. El mantenimiento es una actividad crítica, por ello los grupos de mantenimiento preventivo y predictivo operan constantemente y tienen un nivel muy elevado de formación para asegurar el buen funcionamiento de los equipos. Cuentan con sistemas computarizados integrales en los cuales se pueden llevar la gestión del mantenimiento en forma muy precisa y en tiempo real. Las cuadrillas del mantenimiento correctivo deben estar disponibles en todo momento, una parada de la producción puede tener costos elevadísimos. Debido a la gran automatización del proceso, se requieren de muy pocos operarios para supervisar el funcionamiento de los equipos y de los productos que se producen a una tasa igual al del funcionamiento de la línea (velocidad en línea). Algunas empresas típicas que trabajan en flujo continuo son las empresas de producción de cemento, las empresas petroquímicas, las de producción de cables, las de acero, extracción de petróleo, las de detergentes y productos básicos. Sistema de Producción en Just in Time (JIT) : El sistema de Producción en Just in Time (JIT) es un sistema de extracción, contrario a todos los anteriores sistemas de producción masiva que eran de empuje. En él se intenta eliminar de forma sistemática todo el despilfarro que aparece en el sistema productivo. En cuanto al tiempo de funcionamiento, se estimula que la participación de los empleados en todo el sistema JIT es fundamental para obtener pequeñas mejoras (kaizen) que optimicen el uso de recursos humanos y materiales. Henry Ford ya comentaba que “todo lo que no añada valor al producto es despilfarro”. Sin embargo la persona que ideó este sistema para la empresa Toyota fue Taichi Ohno el cual confesó lo siguiente “El JIT es mas que un sistema de producción, pues revela su fuerza como sistema de dirección adaptado a la era actual de mercados globales” (Robinson, A.1992). 12  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Taichi Ohno tuvo la fortuna de coincidir con muchas personas en su empresa que entendieron su filosofía de producir lo que se necesita, en las cantidades que se necesita en el tiempo que se necesita; dos de ellos fueron, Shingeo Shingo y Seichi Nakajima. El primero Shingo, desarrolló el sistema de cambio de útiles en menos de diez segundos SMED importantísimo para responder en forma rápida y flexible a la fabricación de un producto (Al-Raidhi, M. ; Heuer, J. 1995). Nakajima, fue el responsable de crear un sistema de gestión de mantenimiento, conocido como Mantenimiento Productivo Total TPM (Guédez T, V. 1997) que garantiza la disponibilidad del equipo cerca al cien por cien y tasas de fallas de maquinarias tan bajas, como nunca antes se habrían mencionado. Con estas dos herramientas y la suma de la calidad total como parte de la filosofía, apareció uno de los sistemas más potentes de producción del siglo XX. Los dos pilares necesarios que sustentan el sistema según Yasuhiro Monden son:  Justo a tiempo: Automización, o automatización con un toque humano. Las características más importantes del sistema, fueron presentadas en el libro de Ohno, titulado El sistema de producción Toyota, algunas de ellas se enumeran a continuación:  La búsqueda y eliminación de improductividades a todos los niveles.  Varias máquinas, manejadas por un solo trabajador, autonomización”, de máquinas y trabajadores que detienen una línea o proceso cuando existen anormalidades.  Justo a tiempo y el Kanban, flujo inverso de información de producción.  Preparación de empresas proveedoras para fabricar y entregar justo a tiempo.  Mantenimiento productivo total (TPM) para eliminar las averías en las máquinas.  Desarrollo del sistema “SMED”, (Shingo, S. 1991) reduciendo el tiempo de readaptación de la máquina para permitir tamaños de grupo más pequeños.  Mecanismos Poka-Yoke de detección de errores mecánicos para prevenir fallos y simplificar. El sistema JIT siempre va a venir acompañado del control de calidad total (TQC) y se refiere al instrumento utilizado para percibir y eliminar las desviaciones que se presenten. La suma de fuerzas de ambos procesos es mayor que sus componentes individuales, lo cual se refuerzan mutuamente. Tanto el método JIT como el control de la calidad total incorporan una filosofía encaminada a mejorar los procesos de forma continua, lo que da lugar a un aumento de la satisfacción del cliente (Sandras, W.1994). De esta manera se utilizará el término 13  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO JIT/TQC para designar al sistema de producción Toyota. Este sistema tiene como ventaja el de no ser costoso pues no requiere de grandes inversiones de capital para su puesta en marcha aunque sea el más difícil de diseñar, de gestionar y necesite de un largo período de tiempo para su implantación. La fortaleza de todo el sistema recae en los trabajadores ya que aprovechan la flexibilidad que le confiere el componente humano. CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS HERRAMIENTAS: Introducción Las máquinas herramientas con arranque de viruta tales como el torno, taladradoras, fresadoras etc, permiten al usuario producir o fabricar piezas en una gran gama de variedad y con un grado de precisión bastante bueno. Esta es la razón de su gran aplicación en casi todo proceso productivo que requiere la manipulación de metales y otros materiales que necesita tener un acabado o forma específica. Al avanzar la tecnología y los programas de computación referidos a las máquinas con arranque de viruta se planteó la necesidad de adaptar dichos cambios, desde entonces se dio paso al surgimiento de las máquinas no convencionales y no tradicionales mejorando el acabado, la exactitud y la talla de las piezas, y de esta forma incrementando la productividad. Estas se pueden clasificar de varias formas:  De acuerdo al tipo de herramienta que utilizan: o Monofilo (torneado, limado, mandrinado y cepillado). o Multifilo (fresado, taladrado, brochado, muelas y machuelos de roscar) o Muelas abrasivas (rectificado).  Según el proceso: tradicional: o Convencional (mencionados en Monofilo ) o Tradicional no convencional (Control numérico ( CN ) y CNC). o No tradicional (mecanizado químico, eléctrico, electroquímico, haz de electrones, láser). CLASIFICACION DE LAS MÁQUINAS HERRAMIENTAS CON ARRANQUE DE VIRUTA. Las piezas que se han de fabricar es corriente llamarlas simplemente piezas. Se consiguen con este procedimiento de formación arrancando virutas hasta tener la forma deseada. 14  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO MAQUINAS QUE USAN HERRAMIENTAS MONOFILO Las herramientas monofilo son herramientas de corte que poseen una parte cortante(o elemento productor de viruta) y un cuerpo. Son usadas comúnmente en los tornos, cepillos, limadoras etc. TORNO Son máquinas de gran exactitud y complejidad capaces de efectuar gran variedad de operaciones, que permiten mecanizar piezas de forma geométrica de revolución. Estas máquinas-herramienta operan haciendo girar la pieza a mecanizar (sujeta en el cabezal o fijada entre los puntos de centraje) mientras una o varias herramientas de corte son empujadas en un movimiento regulado de avance contra la superficie de la pieza, cortando la viruta de acuerdo con las condiciones tecnológicas de mecanizado adecuadas. Desde el inicio de la Revolución industrial, el torno se ha convertido en una máquina básica en el proceso industrial de mecanizado. TIPOS DE TORNOS Tornos Paralelo Máquina herramienta de accionamiento mecánico que consiste en una bancada horizontal que soporta el cabezal fijo, el cabezal móvil y el carro y se utiliza para tornear y cortar metal. Es una de las más antiguas y posiblemente la más importante de las que se han producido. Ver figura 3 Fig. 3: Torno Paralelo. Tornos Horizontales Estos torno son de eje horizontal el huesillo esta dispuesto en esa posición son las más comunes y generalizado. 15  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Tornos Verticales Es una variedad de torno diseñado para mecanizar piezas de gran tamaño, que van sujetas al plato de garras u otros operadores y que por sus dimensiones o peso harían difícil su fijación en un torno horizontal, tienen el eje dispuesto verticalmente y el plato giratorio sobre un plano horizontal, lo que facilita el montaje de las piezas. Ver figura 4. Fig. 4: Torno Vertical. PARTES DEL TORNO El torno está constituido por los siguientes órganos principales:  Bancada.  Cabezal.  Caja de velocidades.  Carro portaherramientas.  Contracabezal. Bancada. Es de fundición, tiene gran rigidez y sobre ella van acoplados los órganos de la máquina. En su parte superior lleva unas guías prismáticas longitudinales que sirven de carriles para el desplazamiento del carro y del contracabezal. En su lado de trabajo se acoplan el eje de cilindrar y el husillo de roscar. 16  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Cabezal. Va acoplado sobre la bancada y fijado a la misma por medio de tornillos. Es el órgano que proporciona las distintas velocidades al eje principal, en el cual se montan las piezas por diferentes procedimientos. El eje principal se fabrica de acero al cromo- níquel y gira sobre cojinetes de rodillos cónicos que son ajustables. El motor proporciona el movimiento a la caja de velocidades y desde ésta se transmite, a través de la caja de avances, a los ejes de cilindrar y de roscar para el desplazamiento de los carros. Caja de velocidades. Está constituida por el propio cabezal, en cuyo interior van alojados dos o tres ejes, uno de los cuales es el eje principal, que recibe el movimiento desde los otros, por los engranajes que van montados sobre ellos. Los engranajes son de acero al cromo- níquel y están templados y rectificados, para darles mayor resistencia y lograr una marcha silenciosa a grandes velocidades. Igual que en todas las cajas de velocidades de las otras máquinas, las diferentes relaciones de giro se obtienen al accionar las palancas exteriores, qué desplazan los engranes sobre estrías longitudinales de los ejes, haciendo que acoplen unos con otros. Para facilitar la maniobra de selección de velocidades, en el exterior del cabezal llevan los tornos unas placas metálicas donde se indican las r.p.m. del eje principal y las posiciones correspondientes de las palancas. Carro portaherramientas. En realidad, es un conjunto formado por tres carros, el principal, el transversal y el orientable, que sirven de soporte a las herramientas, manteniéndolas en posición de trabajo, y para darles los movimientos de avance y de penetración. Carro principal Es el que soporta a los otros dos carros, deslizándose longitudinalmente, perfecta mente ajustado a las guías de la bancada. Consta de la deslizadera o corredera, que es la parte horizontal, y del delantal o parte vertical donde van situados los mandos del carro. Su principal función es desplazar la cuchilla paralelamente al eje de las piezas, para cilindrar y roscar. Puede accionarse a mano o automática mente. El accionamiento a mano se logra por medio de un volante situado en el delantal, que por medio de un engranaje de reducción, hace girar un piñón, que rueda bajo una cremallera fija a lo largo de la parte delantera de la bancada, arrastrando el carro. 17  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Carro transversal Se desliza sobre unas guías en cola de milano que tiene la corredera del carro principal en dirección perpendicular a las de la bancada. Con ello se consigue mecanizar caras planas: refrentar. El movimiento de este carro se obtiene por medio de un husillo y tuerca, y puede darse a mano o ser automático. Para el accionamiento a mano el husillo está provisto de un volante o manivela y de un tambor dividido para medir el desplazamiento. Carro orientable Sobre él va acoplada la torreta portaherramientas en la que se montan las cuchillas. Está provisto en su base de un limbo graduado, pudiendo girar en los dos sentidos, según un eje vertical, sobre la parte superior del carro transversal. Así pueden mecanizarse piezas cónicas. El desplazamiento sólo se hace a mano, por medio de un volante con tambor dividido que hace girar el husillo correspondiente. Tanto el carro transversal como el orientable están dotados en sus guías en cola de milano de unas regletas y sus correspondientes tornillos de reglaje, para eliminar las holguras producidas por el desgaste. Contracabezal Conocido también con los nombres de contrapunto y cabezal móvil, sirve de segundo soporte para las piezas y para sujetar brocas, machos de roscar, etc. Se compone de:  Placa base, que se apoya sobre la bancada y puede desplazarse sobre ella.  Cuerpo de fundición, que descansa sobre la placa base y constituye el armazón del contracabezal. Puede desplazarse transversalmente sobre la placa base, para poner en línea los puntos del cabezal y del contrapunto, mediante unos tornillos laterales.  Husillo, giratorio, pero no desplazable, que accionándolo con un volante, hace avanzar o retroceder el eje del contracabezal.  Eje en forma de tubo, con una tuerca en el extremo interior y un alojamiento cónico Este eje se desliza, axial-mente, ajustado en el cuerpo, pero una chaveta le impide el giro. 18  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Fig. 5: Partes del torno. Equipos Auxiliares Se requieren ciertos accesorios, como sujetadores para la pieza de trabajo, soportes y portaherramientas. Algunos accesorios comunes incluyen, ver figura 6:  Centros: soportan la pieza de trabajo en el cabezal y en la contrapunta.  Perno de arrastre: Se fija en el plato de torno y en la pieza de trabajo y le transmite el movimiento a la pieza cuando está montada entre centros.  Soporte fijo o luneta fija: soporta el extremo extendido de la pieza de trabajo cuando no puede usarse la contrapunta.  Soporte móvil o luneta móvil: se monta en el carro y permite soportar piezas de trabajo largas cerca del punto de corte.  Torreta portaherramientas con alineación múltiple.  Plato de arrastre: para amarrar piezas de difícil sujeción. 19  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO  Plato de garras independientes: tiene 4 garras que actúan de forma independiente unas de otras Fig. 6: Plato de garras. OPERACIONES DEL TORNEADO Cilindrado Esta operación consiste en la mecanización exterior a la que se somete a las piezas que tienen mecanizados cilíndricos. Para poder efectuar esta operación, con el carro transversal se regula la profundidad de pasada y, por tanto, el diámetro del cilindro, y con el carro paralelo se regula la longitud del cilindro. El carro paralelo avanza de forma automática de acuerdo al avance de trabajo deseado. En este procedimiento, el acabado superficial y la tolerancia que se obtenga puede ser un factor de gran relevancia. Para asegurar calidad al cilindrado el torno tiene que tener bien ajustada su alineación y concentricidad. El cilindrado se puede hacer con la pieza al aire sujeta en el plato de garras, si es corta, o con la pieza sujeta entre puntos y un perro de arrastre, o apoyada en luneta fija o móvil si la pieza es de grandes dimensiones y peso. Para realizar el cilindrado de piezas o ejes sujetos entre puntos, es necesario previamente realizar los puntos de centraje en los ejes. Ver anexo 7. Cuando el cilindrado se realiza en el hueco de la pieza se llama mandrinado. 20  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Fig. 7: Torneado cilíndrico. Refrentado La operación de refrentado consiste en un mecanizado frontal y perpendicular al eje de las piezas que se realiza para producir un buen acoplamiento en el montaje posterior de las piezas torneadas. Esta operación también es conocida como fronteado. La problemática que tiene el refrentado es que la velocidad de corte en el filo de la herramienta va disminuyendo a medida que avanza hacia el centro, lo que ralentiza la operación. Para mejorar este aspecto muchos tornos modernos incorporan variadores de velocidad en el cabezal de tal forma que se puede ir aumentando la velocidad de giro de la pieza. Ver anexo 8. Fig. 8: Refrentado. 21  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Ranurado El ranurado consiste en mecanizar unas ranuras cilíndricas de anchura y profundidad variable en las piezas que se tornean, las cuales tienen muchas utilidades diferentes. Por ejemplo, para alojar una junta tórica, para salida de rosca, para arandelas de presión, etc. En este caso la herramienta tiene ya conformado el ancho de la ranura y actuando con el carro transversal se le da la profundidad deseada. Los canales de las poleas son un ejemplo claro de ranuras torneadas. Ver anexo 9. Fig. 9: Ranurado. Roscado en el torno Hay dos sistemas de realizar roscados en los tornos, de un lado la tradicional que utilizan los tornos paralelos, mediante la Caja Norton, y de otra la que se realiza con los tornos CNC, donde los datos de la roscas van totalmente programados y ya no hace falta la caja Norton para realizarlo. Ver anexo 10. Para efectuar un roscado con herramienta hay que tener en cuenta lo siguiente: Las roscas pueden ser exteriores (tornillos) o bien interiores (tuercas), debiendo ser sus magnitudes coherentes para que ambos elementos puedan enroscarse. Fig. 10: Roscado. 22  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Moleteado El moleteado es un proceso de conformado en frío del material mediante unas moletas que presionan la pieza mientras da vueltas. Dicha deformación produce un incremento del diámetro de partida de la pieza. El moleteado se realiza en piezas que se tengan que manipular a mano, que generalmente vayan roscadas para evitar su resbalamiento que tendrían en caso de que tuviesen la superficie lisa. Ver anexo 11. El moleteado se realiza en los tornos con unas herramientas que se llaman moletas, de diferente paso y dibujo. El moleteado por deformación se puede ejecutar de dos maneras:  Radialmente, cuando la longitud moleteada en la pieza coincide con el espesor de la moleta a utilizar.  Longitudinalmente, cuando la longitud excede al espesor de la moleta. Para este segundo caso la moleta siempre ha de estar biselada en sus extremos. Fig. 11: Moleteado. LIMADORA Maquina que remueve el metal de la superficie plana de una pieza de trabajo pasando una herramienta de un solo filo sobre la superficie de una pieza fija, son usadas generalmente en piezas relativamente pequeñas por esto son apropiadas para la producción en pequeña escala. La herramienta monofilo se sujeta en un carro portaherramientas instalado en el extremo del carnero. Este carnero es movido hacia delante y hacia atrás por un sistema de accionamiento mecánico o hidráulico. En todas las limadoras la longitud de la carrera puede graduarse de acuerdo con la pieza por mecanizar. Ver figura 12. 23  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Fig. 12: Limadora. PARTES DE LA LIMADORA:  Basamento de fundición gris en donde en la parte superior contiene dos guías de acero donde se monta el torpedo.  El torpedo efectúa un movimiento de vaivén en forma rectilínea comandado por un mecanismo de viela manivela, este mecanismo es el que transforma el movimiento de rotación en uno de traslación.  Mesa que se mueve en forma transversal y vertical a la posición de la herramienta, sobre esta hay una morsa donde colocaremos las paralelas que nivelaran el material a trabajar. CEPILLADORA Se creó con la finalidad de remover metal para producir superficies planas horizontales, verticales o inclinadas, dónde la pieza de trabajo se sujeta a una prensa de tornillo o directamente en la mesa. Las cepilladoras tienen un sólo tipo de movimiento de su brazo o carro el de vaivén, mientras que los movimientos para dar la profundidad del corte y avance se dan por medio de la mesa de trabajo. Ver figura 13. TIPOS DE CEPILLADORAS Cepillo horizontal Es una máquina herramienta excepcionalmente versátil, particularmente en situaciones en las que tienen que fabricarse pequeños números de partes y cuando deben maquinarse diversos ángulos en la parte. 24  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Cepillo Vertical (portagadora) Esta máquina funciona en forma muy semejante a la de su contra parte horizontal, con la excepción de que tiene una mesa giratorio como equipo estándar y esta se puede mover transversalmente y longitudinalmente. Fig. 13 Cepilladora. PARTES DE UNA CEPILLADORA. Carro: conocido también como carnero, va montado en la parte superior del bastidor en unas guías de cola de milano o en V lateral cuya lubricación es continua. Esta parte realiza la función principal de la maquina, con su movimiento de vaivén proporcionado por un mecanismo de brazo oscilante Mesa: va montada en la parte frontal del cepillo, es soportada por el travesaño que va sujeto a las guias verticales del vastidor y tornillo que regula la altura. La mesa tiene movimiento vertical, transversal y giratorio, Base: es una piza fundida hueca sobre la cual van montadas las ortras partes de la cepilladora; va anclada al piso. Sirve tambien de deposito para el suministro de aceite que circula por las partes moviles de la maquina Bastidor: es la estructura donde se montan todos los mecanismos de transmisinon, el carro, la mesa y el motor. Este sirve tambien de guia transversal para el desplazamiento de izquierda a derecha de la mesa. 25  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Cabezal portaherramientas: montado en el extremo frontal del carro, tiene un movimiento de giro y desplazamiento para proporcionar profundalidad de corte de a la herramienta sirve para sujetar las herramientas de corte. MANDRILADORA Máquina herramienta de mecanizado que se emplea para alisar, ensanchar e igualar los agujeros practicados en una pieza, mediante el arranque de viruta de la pared o el borde de un agujero ya perforado, está compuesta especialmente por una herramienta giratoria y una mesa sobre la cual se fija la pieza que debe ser mecanizada; estos dos elementos pueden desplazarse el uno con respecto al otro, sea para realizar los ajustes previos, sea para el mecanizado propiamente dicho. Según las máquinas, su eje de trabajo es horizontal o vertical. TIPOS DE MANDRILADORAS Mandriladoras Para Plantillas Esta diseñada para localizar y hacer agujeros en plantillas, accesorios, matrices, calibradores y otras partes de precisión. Las maquinas mandriladoras para plantillas, semejan una fresa vertical, pero se construyen con mayor precisión y van equipadas con dispositivos de medición muy precisos, para controlar los movimientos de la mesa. Mandriladora Vertical La mandriladora vertical recibe este nombre, debido a que el trabajo gira sobre una mesa horizontal en forma similar al antiguo torno para cerámica. Las herramientas de corte son estacionarias, excepto para el avance, y están montadas sobre la cruceta de altura ajustable. Estas herramientas son del mismo tipo que las de torno y cepillo, y se adaptan al trabajo de refrentado horizontal, torneado vertical y mandrilado. La mandriladora vertical puede sujetar piezas grandes y pesadas, puesto que las piezas pueden colocarse sobre la mesa con una grúa, y no requieren muchos pernos paras sujetarlas en su lugar. Por otra parte, ocupa muy poco espacio del piso, comparada con otras maquinas capaces de ejecutar el mismo trabajo. Mandriladora Horizontal La mandriladora horizontal es estacionaria, el husillo horizontal sujeta a la herramienta y se encuentra soportado en un extremo.La mesa de trabajo con movimiento longitudinal y transversal, se encuentra soportada sobre guías en la bancada de la maquina. En algunos casos, la mesa puede girarse para permitir la preparación del material y para el mandrilado de agujeros según un ángulo deseado. 26  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO PARTES DE UNA MANDRILADORA Una mandriladora está compuesta especialmente por una herramienta giratoria y una mesa sobre la cual se fija la pieza que debe ser mecanizada; estos dos elementos pueden desplazarse el uno con respecto al otro, sea para realizar los ajustes previos, sea para el mecanizado propiamente dicho. Según las máquinas, su eje de trabajo es horizontal o vertical. MÁQUINAS QUE USAN HERRAMIENTAS MULTIFILO Las herramientas multifilo están compuestas por dos o más partes cortantes (elementos productores de viruta) montadas en un cuerpo común. La mayoría de las herramientas de este tipo son de tipo giratorio y tienen un vástago cónico para la sujeción o un agujero para ser montadas en un árbol. Son usadas comúnmente en el fresado, taladrado, brochado y machuelos de roscar. TALADRADORAS Procedimiento de trabajo que lleva consigo arranque de viruta y se utiliza para ejecutar agujeros redondos en materiales metálicos o no metálicos. Destacan estas máquinas por la sencillez de su manejo. Tienen dos movimientos: El de rotación de la broca que le imprime el motor eléctrico de la máquina a través de una transmisión por poleas y engranajes y el de avance de penetración de la broca. La pieza permanece siempre fija durante el proceso de mecanizado en donde la herramienta se desplaza con la mesa para trabajar piezas de diferentes alturas. TIPOS DE TALADRADORAS. Las taladradoras las clasificamos por su capacidad de trabajo y diámetro de broca a emplear. Taladradoras Vertical Existen diversos tipos de máquinas de taladrar con el husillo principal dispuesto en posición vertical. Taladradoras de Columna Estas máquinas se caracterizan por la rotación de un husillo vertical en una posición fija y soportada por un bastidor de construcción. El soporte en forma de columna se emplea generalmente para taladros hasta los 25 mm de diámetro. El avance es guiado a lo largo de la columna. Ver figura 14. 27  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Fig. 14: Taladradora de columna. Taladradora Radial Estas máquinas se identifican por el brazo radial que permite la colocación de la cabeza a distintas distancias de la columna y además la rotación de la cabeza alrededor de la columna. Con esta combinación de movimiento de la cabeza, se puede colocar y sujetar el husillo para taladrar en cualquier lugar dentro del alcance de la maquina, al contrario de la operación de las maquinas taladradoras de columna, las cuales tienen una posición fija del husillo. Esta flexibilidad de colocación del husillo hace a los taladros radiales especialmente sean apropiados para piezas grandes, y, por lo tanto, la capacidad de los taladros radiales como clase es mayor que la de los taladros de columna. Ver figura 15. Fig. 15: Taladradora Radial. 28  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Taladradora de Sobremesa Están ubicadas generalmente sobre el banco de trabajo para la ejecución de agujeros hasta de unos 10mm de diámetro. Ver figura 16. Fig. 16. Taladradora de sobremesa. Taladradora múltiple (varios huesillos) Se componen de dos o más columnas, cabezas y husillos estándar, montados sobre una base común. Los taladros de husillos múltiples facilitan la ejecución de una secuencia fija de las operaciones de taladrado por medio del desplazamiento de la pieza de estación en estación a lo largo de la mesa. Se utiliza principalmente en la fabricación en serie. Las aplicaciones más comunes de este tipo de máquinas son para eliminar el cambio de herramientas para una secuencia de operaciones. Ver figura 20. 29  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Fig. 20. Taladradora Múltiple. PARTES DE UNA TALADRADORA. La base: soporta a la maquina y en algunos casos, cuando el tamaño y el peso lo hacen necesario, a la pieza misma. La columna: es el miembro principal vertical sobre el que van montados otros componentes de la maquina en la correspondencia y alineamientos apropiados. Hay columnas de tipo caja, redondas o tubulares (mas comunes. La caja de los engranajes: montada en la parte superior de la columna, aloja a los engranajes impulsores del husillo junto con los elementos para el cambio de las velocidades. El motor: es del tipo reversible para permitir las operaciones de roscado. La potencia se transmite a la caja de engranajes por medio de un eje, bandas, o, en algunos caso, directamente por medio de coples. De cualquier forma, el motor va colocado usualmente el la parte posterior de la columna para un mejor balance. El eje: es el miembro giratorio que impulsa a la broca. La cabeza: contiene los engranajes del avance, accionados por una barra de avances desde la caja de engranajes, y contiene los controles para la selección de los avances y de la dirección de giro. El avance se realiza realmente en esta máquina por medio de un eje hueco montado en la cabeza. Este eje hueco soporta y guía al husillo y ejerce la presión de avance. Se pueden proporcionar ciclos de avance automático en los que sin la atención del operario la broca entra en la pieza y se retira después de haber alcanzado la profundidad apropiada. 30  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO El husillo: esta equipado con un agujero cónico para recibir el extremo cónico de las brocas, dispositivos para el montaje de las mismas, o de otras herramientas de corte que se utilicen en la maquina, tales como machos o escariadores. La mesa: está montada en la columna y se la puede levantar o bajar y sujetar en posición para soportar la pieza a la altura apropiada para permitir taladrar en la forma deseada. Las taladradoras utilizan como accesorios principales:  Portabrocas.  Pinzas de fijación de brocas.  Utillajes para posicionar y sujetar las piezas.  Plantilla con casquillos para la guía de las brocas.  Granete  Mordazas de sujección de piezas  Elementos robotizados para la alimentación de piezas y transfer de piezas.  Afiladora de brocas BROCHADORA Máquina herramienta diseñada y construida para poder mecanizar ranuras de forma en la pieza. Para ello es necesario el uso de brochas y de herramientas de corte multifilo. La maquina proporciona el movimiento principal entre la pieza y la herramienta.El movimiento de avance se logra por el escalonamiento de los dientes en la brocha, haciendo corresponder a cada diente una pequeña capa de material.Existen máquina de brochar exteriormente y ambos de tipo horizontal y en tipo vertical. El diseño de esta herramienta permite que en el avance de la herramienta cada diente de la misma vaya cortando un poco de material, en torno a 0,05 milímetros. Por tanto la longitud de la brocha está limitada por la cantidad de material que tiene que cortar. Ver figura 21. 31  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Fig. 21. Brochadora. FRESADORA UNIVERSAL Máquina herramienta utilizada para realizar mecanizados por arranque de viruta mediante el movimiento de una herramienta rotativa de varios filos de corte denominada fresa.La característica principal de esta máquina es la de que la mesa de fresa puede girar hacia la derecha o hacia la izquierda haciéndola más versátil en sus trabajo. Como por ejemplo, el fresado de ranuras en espiral. Ver figura 22. Fig. 22. Fresadora. 32  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO TIPOS DE FRESADORAS Dependiendo de la orientación del eje de giro de la herramienta de corte, se distinguen los siguientes tipos de fresadoras: Fresadora Vertical Es una de las máquinas herramienta más versátiles y útiles en los sistemas de manufactura. Las fresas son máquinas de gran precisión y se utilizan para la realización de desbastes, afinados y súper acabados, donde el husillo de fresa esta dispuesto verticalmente en el cabezal porta fresa lo que permite profundizar el corte. Este cabezal puede girar de tal modo que el husillo puede adoptar también una posición inclinada. Ver figura 23. Fig. 23. Fresadora Vertical. Fresadora de Consola Se derivan de las fresadoras universales lo que significa que la mesa de la máquina oscilan sobre un eje horizontal de manera que la pieza de trabajo puede ser presentado al cortador a cierto ángulo. Fresadora de Bancada Fija Son de construcción sencilla y rígida su empleo principal es el trabajo de alto volumen de producto. Ver figura 24. 33  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Fig. 24. Fresadora de Bancada Fija. PARTES PRINCIPALES DE LA FRESADORA UNIVERSAL Cuerpo: La fresadora universal debe tener la forma y dimensiones necesarias para alcanzar la máxima rigidez. Su cuerpo va apoyado en una base, que también ha de ser suficientemente rígida. En él se encuentran, normalmente, el motor de accionamiento y la mayoría de mecanismos y sistemas de engrase y refrigeración. Puente: Llamado vulgarmente en algunos lugares carnero, es simplemente un elemento de soporte, que suele correr sobre el cuerpo, por unas guías cilíndricas o en forma de cola de milano, que se pueden bloquear fuertemente. En el puente van los soportes del eje portafresas provistos de cojinetes de bronce ajustables y con un sistema de engrase conveniente. Conjunto de la mesa: Consta de mesa, carro portamesa y ménsula. Sobre la bancada, por unas guías verticales con regletas de ajuste, corre un bastidor llamado ménsula. Sobre la ménsula, en dirección perpendicular al plano de las guías de la ménsula, y horizontalmente, corre un carro portamesa, también sobre unas guías ajustables y, por último, sobre dicho carro, en dirección transversal, corre la mesa propiamente dicha. Si la fresadora es universal, existe entre el carro portamesa y la mesa un soporte giratorio para permitir las diversas posiciones. 34  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO OPERACIONES DE LAS FRESADORAS Para fresar escalones Para rectificar a escuadra una barra Para hacer marcos circulares en piezas cilíndricas Para fresado de ranura Para fresado de cola de milano enana ranura previa. Fresado de ranura en “T”·en una ranura previa MACHUELOS Estas herramientas multifilo pueden agarrarse como brochas helicoidales y debido a que la cantidad de material removido es muy pequeño, son a menudo operadas a mano se usan en la producción de roscas internas y externas. Ver figura 25. El procedimiento seleccionado dependerá del número de piezas a fabricar, la exactitud y la calidad de la superficie de las hélices, el tallado más común de roscas es por medio de: a) machuelos o terrajas (manuales o de máquina). b) útiles de roscar en torno. c) Fresado. d) Laminado. Fig. 25. Machuelos, fresado, laminado. MÁQUINAS QUE USAN MUELAS ABRASIVAS (TRADICIONALES) Las muelas abrasivas son generalmente de forma abrasiva, de disco o de copa. Las maquinas en las cuales se usan son llamadas rectificadoras; todas tienen un husillo que puede girar a gran velocidad y en el cual se monta la muela abrasiva. El movimiento principal será siempre el de rotación de la muela aunque a menu8do se proporcionen dos o más movimientos de avance a la pieza para producir la pieza deseada. 35  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO TIPOS DE RECTIFICADORAS. Rectificadora Plana con Husillo Horizontal Es una maquina que tiene un husillo horizontal que proporciona el movimiento principal a la muela, sirve para rectificar una superficie plana de la pieza de trabajo, por lo general a una igualdad de superficie menor a 0.0002 pulg. La pieza de trabajo esta directamente bajo la rueda con el bloque preparado de la forma deseada, revestido de diamante, ubicado precisamente al frente de esta; donde el movimiento de avance principal es el movimiento alternativo de la mesa. No obstante este tipo de rectificadora también puede usarse para maquinar contornos en las piezas de trabajo. Ver figura 26. Fig. 26. Rectificadora de husillo horizontal. Rectificadora de Husillo Horizontal y Mesa Giratoria Es otra forma interesante de rectificadora de superficies y consiste en que el eje de rotación de la mesa puede inclinarse unos cuantos grados para operaciones como el esmerilado hueco de sierras circulares. Rectificadora Plana con Husillo Horizontal y Mesa Reciprocante Se adapta bien para piezas de trabajo largas y angostas, como ejemplo; para el rectificado de guías para otras máquinas herramientas. Ver figura 27. 36  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Fig. 27. Rectificadora de husillo horizontal y Mesa Reciprocante. Rectificadora Cilíndrica Aquella donde el cabezal proporciona el movimiento rotacional lento a la pieza y esta montado junto con la contrapunta en una mesa que se mueve horizontalmente en forma alternativa con accionamiento hidráulico; esta cubre una gran variedad de máquinas herramientas como las de rectificado, e inclusive las que rectifican piezas de trabajo montadas entre centro, rectificado sin centro y rectificado interior, ya sea con la pieza sujeta en un mandril o en forma de sujeción sin centros. Ver figura 28. Fig. 28. Rectificadora Cilíndrica. 37  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Rectificadora de Interiores Este rectificado se hace generalmente con una rueda de esmeril montada que tiene un zanco que se sujeta a un husillo de la maquina. La rueda para esmerilado o rectificado de interior debe ser de alrededor de tres cuartas partes del agujero terminado, principalmente para que tenga suficiente abrasivo de manera que se prolongue el intervalo entre careados de la rueda. Ver figura 29. Fig. 29. Rectificadora de Interiores. MAQUINA HERRAMIENTAS NO CONVENCIONAL, TORNO, TALADRADORA, Y FRESADORA, (CONTROL NUMÉRICO). El control numérico se utiliza para controlar los movimientos de los componentes de una máquina por medio de números. La automatización es el empleo de equipo especial para controlar y llevar a cabo los procesos de fabricación con poco o ningún esfuerzo humano. Se aplica en la fabricación de todo tipo de artículos y procesos desde la materia prima hasta el producto terminado. VENTAJAS:  Facilidad de operación, programación más sencilla.  Mayor exactitud, adaptabilidad y menos costo de mantenimiento.  Combinación del diseño por computadora, mayor productividad. DESVENTAJAS: Alto costo inicial de equipo. Problemas de mantenimiento Tipo de producto. TORNO (CN) 38  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO El torno de control numérico es un ejemplo de automatización programable. Se diseñó para adaptar las variaciones en la configuración de los productos. Su principal aplicación se centra en volúmenes de producción bajos y medios. Uno de los ejemplos más importantes de automatización programable es el control numérico en la fabricación de partes metálicas. El control numérico (CN) es una forma de automatización programable en la cual el equipo de procesado se controla a través de números, letras y otros símbolos. Estos números, letras y símbolos están codificados en un formato apropiado para definir un programa de instrucciones para desarrollar una tarea concreta. Cuando la tarea en cuestión cambia, se cambia el programa de instrucciones. La capacidad de cambiar el programa hace que el CN sea apropiado para volúmenes de producción bajos o medios, dado que es más fácil escribir nuevos programas que realizar cambios en los equipos de procesado. Ver figura 30. Fig. 30. Torno CN. FRESADORA (CN) Se diseñaron para adaptar las variaciones en la configuración de productos. Su principal aplicación se centra en volúmenes de producción bajos y medios de piezas complejas y de precisión. La definición y procedimientos de CN son los mismos mencionados anteriormente. Ver figura 31. 39  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Fig. 31. Fresadora CN. TALADRADO (CN) La instalación masiva de centros de mecanizado CNC en las industrias metalúrgicas ha supuesto un gran revulsivo en todos los aspectos del mecanizado tradicional. Efectúa los diferentes mecanizados en tiempos mínimos debido a la velocidad de giro tan elevada que funciona el husillo y a la calidad extraordinaria de las diferentes herramientas que se utiliza, consiguiendo resultados muy valiosos desde el punto de vista de los costes de mecanizado, más rapidez y menos piezas defectuosas. Ver figura 32. Fig. 32. Taladradora CN. 40  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO MAQUINAS DE HERRAMIENTAS NO TRADICIONALES. CHORROS DE AGUA La tecnología del corte por chorro de agua encuentra su campo de aplicación en casi todo tipo de industria, el corte por chorro de agua permite un acabado fino en perfiles tanto simples como complejos. El proceso de mecanizado por chorro de agua es fundamentalmente superiores a las maquina de corte con metal convencionales. Siendo la tecnología de chorro de agua una solución viable para los usuarios gracias a la disponibilidad de programas informáticos de sofisticación creciente. Ver figura 33. VENTAJAS: No hay calentamiento, templado ni fatiga del metal No hay emisión de vapores o gases nocivos Alta velocidad de corte, de gran precisión y acabado final, no se requiere de mecanizado posterior. Producción flexible (Just in Time). Fig. 33. Chorro de Agua. MÁQUINA DE MECANIZADO POR PROCESOS FÍSICOS-QUÍMICOS. 41  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Estas máquinas fueron desarrolladas para dar forma a aleaciones de gran dureza utilizadas en la industria pesada y en aplicaciones aeroespaciales. También se usan para dar forma y grabar materiales muy delgados que se utilizan para fabricar componentes electrónicos como los microprocesadores. Ver figura 34. Máquina de electrones Máquina de Mecanizado electroquímico Máquina que utiliza el láser. MÁQUINA DE ELECTRONES Este método de mecanización utiliza electrones acelerados a una velocidad equivalente a tres cuartas partes de la velocidad de la luz. El proceso se realiza en una cámara de vacío para reducir la expansión del haz de electrones a causa de los gases de la atmósfera. La corriente de electrones choca contra un área de la pieza delimitada con precisión. La energía cinética de los electrones se convierte en calor al chocar éstos contra la pieza, lo que hace que el material que se quiere eliminar se funda y se evapore, creando orificios o cortes. Los equipos de haz de electrones se suelen utilizar en electrónica para grabar circuitos de microprocesadores. Entre los tipos tenemos: Máquina de electroerosión por filos y la Máquina de electroerosión por penetración. Máquina de electroerosión: (características generales). Pueden trabajar piezas de hasta 500kg. Posee mesa fija. Mecanizado de ángulo (programación sin dificultades) Respeta la fineza de los detalles. Controla automáticamente el mecanizado y responde de forma instantánea ajustando la chispa en función de la pieza y de la calidad de riesgo. 42  UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Fig. 34. Maquina de electroerosión. MECANIZADO POR LÁSER Se consigue dirigiendo con mucha precisión un rayo láser, para vaporizar el material que se desea eliminar, este método es muy adecuado para hacer orificios con gran exactitud. También puede perforar metales refractarios y cerámicos y piezas muy finas sin abarquillarlas, otra aplicación es la fabricación de alambres muy finos. Ver figura 35. Fig. 35. Maquina por laser. MECANIZADO POR ELECTROQUÍMICO Emplea la energía eléctrica para eliminar material. Se crea una celda electrolítica en un electrólito, utilizando el útil como cátodo y la pieza como ánodo y se aplica una corriente de alta intensidad pero de bajo voltaje para disolver el metal y eliminarlo. La pieza debe ser de un material conductor. Con la mecanización electroquímica son posibles muchas operaciones como grabar, marcar, perforar y fresar. Ver figura 36. 43 UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO Fig. 36. Maquina por Electroquímico. 44 UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO MOVIMIENTO MOVIMIENTO MOVIMIENTO DE DE DE TRABAJO MAQUINA CORTE AVANCE REALIZADO REALIZADO POR: POR: ROTATORIO TORNO PARALELO CONTINUO TORNO REVOLVER PIEZA HERRAMIENTA TORNO COPIADOR TORNO VERTICAL ROTATORIO TALADRO DE: CONTINUO COLUMNA HERRAMIENTA HERRAMIENTA RADIAL MÚLTIPLE, HERRAMIENTA ROTATORIO MANDRINADORA HERRAMIENTA O CONTINUO PIEZA RECTILÍNEO LIMADORA HERRAMIENTA PIEZA 45 UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO ALTERNATIVO CEPILLADURA PIEZA HERRAMIENTA ESCOPLEADORA HERRAMIENTA PIEZA INCREMENTO RECTILÍNEO BROCHADORA HERRAMIENTA DE INTERMITENTE LOS DIENTES ROTATORIO FRESADORA: CONTINUO HORIZONTAL VERTICAL HERRAMIENTA PIEZA UNIVERSA L ROTATORIO SIERRA DE DISCO HERRAMIENTA HERRAMIENTA CONTINUO RECTILÍNEO SIERRA CINTA HERRAMIENTA HERRAMIENTA CONTINUO ROTATORIO RECTIFICADORA: HERRAMIENTA CONTINUO UNIVERSAL Y VERTICAL HERRAMIENTA PIEZA 46 UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO TECNOLOGÍA Y DISEÑO SIN CENTROS FRONTAL ROTATORIO ROSCADORA. HERRAMIENTA HERRAMIENTA ALTERNADO RECTILÍNEO GENERADORA DE HERRAMIENTA PIEZA ALTERNADO ENGRANES CON CUADRO Nº 1. RESUMEN DE LAS PRINCIPALES MAQUINAS-HERRAMIENTAS. 47