¿Qué es un accesorio? ¿Cómo evoluciona la tecnología?

¿Por qué necesitamos accesorios?

Ya sea en la fabricación tradicional o en los sistemas de fabricación flexible modernos, los accesorios desempeñan un papel fundamental en el proceso de fabricación y procesamiento. Su función principal es fijar y posicionar la pieza de trabajo de manera que permanezca estable y precisa durante el procesamiento. En concreto, existen varias razones importantes para el uso de accesorios:

1. Garantizar la precisión y calidad del procesamiento

Posicionamiento preciso: el dispositivo puede posicionar con precisión la pieza de trabajo para garantizar la precisión de cada posición de procesamiento durante el procesamiento. Esto ayuda a mantener el tamaño y la forma de la pieza de trabajo consistentes y garantizar la calidad del producto final.

La sujeción estable evita el movimiento y la vibración de la pieza de trabajo, reduciendo errores y defectos de superficie.

2. Mejorar la eficiencia de la producción

El uso de dispositivos de sujeción reduce el tiempo de sujeción y ajuste, lo que mejora la eficiencia de la producción. Por ejemplo, puede ajustar rápidamente un dispositivo de sujeción combinado para diferentes piezas de trabajo.

Aumente la velocidad: una fijación estable permite mayores velocidades de procesamiento, lo que aumenta la productividad.

3. Mejorar la seguridad de los trabajadores

Evite sujetar la pieza de trabajo: sujetar la pieza de trabajo no es seguro durante el corte a alta velocidad o el procesamiento pesado. El dispositivo puede fijar la pieza de trabajo de forma segura, lo que reduce el riesgo de que los trabajadores entren en contacto directo con las herramientas y las piezas de trabajo.

El uso de accesorios reduce los ajustes manuales y la sujeción, disminuyendo la fatiga del trabajador.

4. Mejorar la consistencia de la pieza de trabajo

Precisión de repetición: el dispositivo hace que la posición y el método de procesamiento de cada pieza de trabajo sean consistentes, lo que garantiza la consistencia del procesamiento. Esto es particularmente importante para la producción en masa, que puede garantizar que las especificaciones y el rendimiento de cada lote de productos sean los mismos.

Producción estandarizada: El dispositivo garantiza una sujeción y un procesamiento estandarizados, simplificando la producción y reduciendo errores y defectos.

5. Ahorra costes de fabricación

Reducir los desechos: los accesorios mejoran la precisión y la consistencia, minimizando los desechos debidos a un posicionamiento incorrecto o una sujeción inestable y reduciendo los costos de producción.

Reducir el tiempo de procesamiento: Los accesorios reducen el tiempo de sujeción y ajuste, aumentando la velocidad y acortando el ciclo de producción, ahorrando costos.

6. Adaptarse a la producción multivariedad y en lotes pequeños

Podemos ajustar rápidamente accesorios flexibles para satisfacer las necesidades de procesamiento de diferentes piezas de trabajo, ideal para la producción de múltiples variedades y lotes pequeños.

Podemos reemplazar y ajustar rápidamente los accesorios, reduciendo el tiempo de cambio y mejorando la flexibilidad de producción.

7. Mejorar la controlabilidad del proceso de producción.

Control de procesos: Los dispositivos de fijación pueden garantizar la consistencia y la repetibilidad durante el procesamiento, lo que hace que el proceso sea más controlable, fácil de supervisar y de ajustar.

El uso de accesorios para asegurar la pieza de trabajo mejora la trazabilidad de la calidad en cada etapa de producción, lo que ayuda en el control de calidad.

El diseño de los accesorios es crucial en la fabricación, ya que afecta directamente la calidad, la eficiencia y el costo del procesamiento.

¿Qué es un accesorio flexible?

Un dispositivo de fijación flexible es un dispositivo de fijación de piezas de trabajo diseñado para adaptarse a la producción de lotes pequeños y de múltiples variedades. Puede ajustarlo y reconfigurarlo de manera flexible para adaptarse a las formas y tamaños de diferentes piezas de trabajo. El concepto de diseño de los dispositivos de fijación flexibles es mejorar la eficiencia de la producción, reducir los costos y reducir el tiempo de ajuste del equipo para adaptarse a las necesidades de la fabricación moderna en cuanto a flexibilidad y respuesta rápida.

Los dispositivos flexibles surgieron con el desarrollo de los sistemas de fabricación flexible y los sistemas de fabricación integrados por ordenador (CIMS). Con la introducción de los CIMS, la producción de lotes pequeños de múltiples variedades ha recibido cada vez más atención, y los dispositivos flexibles que se adaptan a las necesidades de dichos productos y a los cambios de producción son aún más indispensables.

Pasos básicos del diseño de luminarias

El diseño de accesorios generalmente incluye los siguientes pasos:

Planificación de la instalación: confirmar el posicionamiento, el número de veces que se sujetan, el método de posicionamiento de la pieza de trabajo en cada sujeción y la superficie de procesamiento durante el proceso.

Planificación: confirmar la superficie de posicionamiento, el punto de posicionamiento, la superficie de sujeción y el punto de sujeción en la pieza de trabajo durante el procesamiento.

Diseño de la configuración: seleccione los componentes del dispositivo de fijación y ensámblelos para formar un dispositivo que pueda sujetar la pieza de trabajo.

El diseño de la configuración de los dispositivos de sujeción se ha convertido en un tema importante en el campo del mecanizado asistido por ordenador (CAFD). Con la creciente aplicación de máquinas herramienta CNC y centros de mecanizado , muchos procesos pueden completarse en una sola sujeción, lo que requiere un diseño fiable de la configuración de los dispositivos de sujeción.

Investigación y desarrollo de luminarias flexibles

1. Panorama del desarrollo de luminarias flexibles

El equipamiento de proceso del proceso de fabricación incluye la selección y el diseño de herramientas, accesorios, equipos de prueba y moldes. Para reducir el coste de sujeción y el tiempo de preparación de la producción, la sujeción flexible es esencial.

En términos generales, un dispositivo flexible se adapta a los cambios y sigue siendo utilizable incluso cuando la forma y el tamaño de la pieza de trabajo cambian hasta cierto punto.

El cambio de pieza de trabajo puede ser pequeño, con formas y tamaños similares, o grande, con diferencias significativas de forma y tamaño.

La definición de dispositivos flexibles sigue siendo vaga, sin límites ni definiciones claras. En términos generales, son dispositivos que las máquinas herramienta y los centros de mecanizado utilizan para sujetar una variedad de piezas de trabajo diferentes.

Las luminarias flexibles incluyen luminarias combinadas, luminarias programables, luminarias flexibles generales, luminarias flexibles de material de cambio de fase y otras luminarias.

El uso de diferentes materiales de cambio de fase permite la creación de varios tipos de luminarias.

Los accesorios mecánicos sujetan solo áreas pequeñas o puntos individuales, mientras que los accesorios de material de cambio de fase sujetan eficazmente piezas de trabajo complejas y deformables.

1.1 Luminarias flexibles e innovadoras

Incluyendo tres tipos

1) Luminarias de cambio de fase auténticas y luminarias flexibles de pseudo-cambio de fase.

Este tipo de dispositivo aprovecha las propiedades físicas del material para realizar la transición entre las fases líquida y sólida. Cuando el material está en su fase líquida, el usuario coloca la pieza de trabajo en un recipiente lleno de material. La estimulación externa hace que el material se solidifique rápidamente, sujetando la pieza de trabajo en su lugar. Después del procesamiento, el usuario hace que el material vuelva de su fase sólida a su fase líquida para liberar y recuperar la pieza de trabajo.

El material de cambio de fase pseudo simula las propiedades bidireccionales del material de cambio de fase real mediante un lecho fluidizado de partículas. Este enfoque emplea un método físico para forzar al material a realizar la transición entre un "estado sólido" y un "estado de flujo". Este proceso, llamado cambio de fase pseudo, imita la apariencia de un cambio de fase sin que se produzca un cambio de fase real.

El principio básico consiste en llenar el lecho fluidizado con partículas metálicas finas e introducir aire a través de las entradas situadas en la parte inferior del lecho. Las partículas metálicas finas entierran los componentes estándar colocados en el interior. El proceso comienza sujetando la pieza de trabajo y, a continuación, introduciendo gas a través de las entradas de aire para aflojar las partículas. Finalmente, los trabajadores retiran la pieza de trabajo para completar el procesamiento.

2) Accesorios adaptables:

Se refiere a dispositivos de sujeción cuyos elementos de sujeción pueden adaptarse automáticamente a la forma de la pieza de trabajo, es decir, pueden cambiar su forma durante la sujeción para adaptarse a los cambios de la pieza de trabajo.

3) Luminarias modulares controladas por programas:

Un sistema servo acciona los elementos de posicionamiento, sujeción y soporte. Los programas CNC instalan estos elementos en un riel guía móvil bidireccional y diseñan diferentes configuraciones de fijación.

1.2 Innovación de luminarias tradicionales

Las luminarias regulables y las luminarias combinadas dividen las luminarias tradicionales en dos categorías.

Los dispositivos de regulación incluyen dispositivos de regulación generales y dispositivos de regulación especiales. Estos últimos utilizan principalmente la tecnología de agrupamiento como herramienta técnica.

La estandarización de componentes ha llevado al desarrollo de accesorios combinados como un nuevo tipo de equipo de proceso.

2. Accesorio combinado

Este dispositivo es un nuevo tipo de equipo de proceso desarrollado sobre la base de la estandarización de piezas. El sistema de dispositivos combinados incluye una variedad de componentes y se puede utilizar para diversos fines, como posicionamiento y sujeción vertical u horizontal.

Puede dividir los accesorios combinados en diferentes tipos según las ocasiones en que se utilizan:

Accesorios para tornos, accesorios para taladradoras, accesorios para mandrinadoras y accesorios de bancada.

Se divide en ocho categorías: piezas básicas, piezas de soporte, piezas de posicionamiento, piezas de guía, piezas de sujeción, sujetadores, piezas auxiliares y piezas de montaje.

Los accesorios combinados acortan el tiempo de preparación de la producción, garantizan la calidad y mejoran los beneficios económicos, lo que los hace ideales para la producción de múltiples variedades y lotes pequeños.

Con el rápido desarrollo de equipos flexibles y sistemas de procesamiento, los accesorios combinados altamente flexibles con componentes estandarizados se han vuelto esenciales para los sistemas de fabricación.

Generalmente existen dos tipos de sistemas de fijación combinados:

Sistemas basados ​​en ranuras en T y en pasadores (también llamados sistemas basados ​​en agujeros).

La industria manufacturera ha desarrollado y utilizado el dispositivo combinado basado en ranura en T durante más de 50 años.

Realiza el posicionamiento preciso de la pieza de trabajo a través de las ranuras en T mutuamente perpendiculares y paralelas en la base.

En este sistema, al fijar los componentes del accesorio en la misma fila de ranuras en T, debemos organizar el orden de ensamblaje de los componentes del accesorio de manera razonable.

Existen muchos sistemas de fijación combinada basados ​​en ranuras en T en el mundo, y los más famosos son: los sistemas Wharton Unitool (Inglaterra), YCT (Rusia), CATIC (China) y Halder (Alemania).

El dispositivo de fijación combinado basado en pasadores realiza principalmente el posicionamiento y la fijación precisos de los componentes del dispositivo de fijación a través de los orificios de posicionamiento en la base.

Los principales sistemas son:

BlucoTechnik (Alemania, Estados Unidos), Kipp (Alemania), Qu-Co (Estados Unidos), Stevens (Estados Unidos), CarLane (Estados Unidos), SAFE (Estados Unidos), TJMGS (China), CPI (Rusia).

Los dispositivos modulares son métodos de sujeción flexibles con un gran potencial en FMS y CIMS. Una tecnología clave para su aplicación es la tecnología de dispositivos asistida por computadora, que incluye CAFD, verifica diseños de dispositivos y los administra.

Para adaptarse a la fabricación ágil, ha surgido un nuevo concepto de fijación y sistema de sujeción, las fijaciones ágiles, que son la extensión y el desarrollo de las fijaciones modulares tradicionales y las fijaciones flexibles.

La industria de los accesorios los valora cada vez más debido a su buena reconfigurabilidad, escalabilidad, apertura, fuerte adaptabilidad, rápida respuesta a nuevos productos y rápida velocidad de reconstrucción.

Mejorar la capacidad de los sistemas de fabricación para responder rápidamente a los cambios de productos, acortar los ciclos de diseño y fabricación, aumentar la flexibilidad, reducir costos y mejorar la calidad del producto es crucial.

Diseño de luminarias asistido por computadora (CAFD)

1. Desarrollo de CAFD

En la última década, la investigación en fabricación se ha centrado en mejorar CAD/CAM y CAPP.

En los últimos 20 años, el CAFD se ha convertido en un componente importante de la tecnología integrada CAD/CAM y un aspecto importante de CAPP. Es el vínculo entre el diseño y la fabricación en el entorno CIMS.

Con el establecimiento de los sistemas CAD/CAM, los diseñadores aplican CAFD al diseño de accesorios, con el objetivo de reducir los costos y ciclos de fabricación, siendo el acortamiento del ciclo de preparación un objetivo clave.

Fuh et al. presentaron la primera generación de un sistema de diseño de accesorios CAFD interactivo (I-CAFD), que se integra con el software CAD, utiliza las capacidades de procesamiento gráfico de CAD e incluye una biblioteca de componentes de accesorios y un menú de secuencia de ensamblaje.

El propósito del desarrollo del I-CAFD es:

1) Más diseñadores pueden diseñar accesorios de forma interactiva para completar tareas de diseño de accesorios más complejas;

2) Acortar el ciclo de desarrollo proporcionando herramientas de operaciones geométricas;

La segunda generación de CAFD desarrollada a mediados de la década de 1980 produjo dos tipos de sistemas CAFD basados ​​en métodos variantes y generativos:

Tecnología de grupo (GT) y conocimiento (KB).

En el método de diseño de accesorios variantes, los diseñadores adaptan diseños existentes para piezas de trabajo similares dentro de una familia de componentes modificando características de procesamiento, operaciones y secuencias de instalación.

A través del sistema de codificación de tecnología de grupo, ajustamos los elementos de fijación similares originales en la biblioteca de fijación para adaptarlos a los requisitos de procesamiento de la nueva pieza de trabajo.

Cuando es imposible restaurar un accesorio similar, puede utilizar el método de diseño de accesorio generativo para crear un nuevo esquema de diseño de accesorio y luego agregar el código de accesorio recién generado a la biblioteca de accesorios para referencia en el próximo diseño.

El CAFD desarrollado después de la década de 1990 es la tercera generación. La característica del CAFD en esta era es que se ha volcado al diseño de software de accesorios con el propósito de la estructura del accesorio del producto y la aplicación de producción real como orientación.

En la actualidad, el desarrollo de CAFD ha reducido en gran medida el ciclo de desarrollo de fabricación, optimizado el proceso de fabricación, verificado el flujo del proceso de fabricación y está desempeñando un papel cada vez más importante en FMS y CIMS.

El diseño de accesorios asistido por computadora se centra principalmente en la investigación de planificación de accesorios, incluido el algoritmo propuesto por Demeter para seleccionar posiciones de posicionamiento y sujeción:

Menasa y DeVries estudiaron la planificación de accesorios basándose en el análisis cinemático;

El sistema basado en reglas desarrollado por los académicos europeos Pham, de Sam Lazaro, etc., se utiliza para diseñar accesorios combinados para piezas prismáticas:

Hargrove SK y Kusiak A realizaron una revisión exhaustiva del desarrollo de la CAFD contemporánea en la literatura y propusieron tendencias y necesidades de desarrollo futuras.

El CAFD basado en conocimiento organiza el conocimiento de los expertos en reglas y obtiene diversas decisiones basadas en el mecanismo de razonamiento del sistema experto.

Dado que la aplicación de reglas no es muy realista, ShuHuang Sun y JaHau Lewis Chen propusieron un sistema de diseño de accesorios inteligente basado en el razonamiento basado en casos (CBR) para abordar los problemas que los sistemas expertos basados ​​en reglas no pueden resolver:

1) El conocimiento en el diseño es demasiado complejo para simplificarlo en reglas.

Las reglas se acumulan a partir de situaciones similares del pasado, mientras que el diseño se lleva a cabo para casos específicos. Es difícil completar el diseño de casos específicos a través de reglas;

2) Los expertos no pueden expresar sus conocimientos con claridad;

3) Para los sistemas expertos basados ​​en el conocimiento, la adquisición de conocimiento sigue siendo un obstáculo.

El sistema propuesto almacena la experiencia en forma de casos. Cuando se enfrenta a nuevos problemas, encuentra el caso más similar a los casos anteriores y lo modifica para que se adapte a la nueva situación.

Una vez resuelto el problema, esta nueva solución se almacena como un caso en la biblioteca de casos y se puede aplicar nuevamente cuando surjan situaciones similares.

2. Principales áreas de investigación en el campo de la CAFD

1) Métodos de clasificación basados ​​en tecnología de grupos y razonamiento basado en casos en el diseño de accesorios;

2) Determinación de los puntos de posicionamiento y de sujeción mediante análisis cinemático;

3) Selección de superficies de posicionamiento y superficies de sujeción mediante sistemas expertos basados ​​en el conocimiento;

4) Planificación de la instalación basada en el análisis geométrico;

5) Análisis de relaciones de precisión para la selección de referencias de posicionamiento;

6) Diseño de configuración de accesorios combinados.

Desarrollo de Diseño Automatizado de Luminarias (AFD)

En los últimos años, la industria de la luminaria se ha centrado ampliamente en el diseño de sistemas de luminarias modulares, y alguna literatura ha revisado los últimos avances en este campo.

Tao, Kumar y Nee et al. verificaron el problema del bloqueo de fuerza en la configuración del accesorio mediante el método de cálculo geométrico y propusieron un método de razonamiento geométrico para determinar el punto de sujeción óptimo y la secuencia de sujeción.

Este método es muy simple y eficaz para determinar el punto de sujeción óptimo a partir del diseño del punto de sujeción candidato después de considerar el bloqueo de fuerza.

Utpal Roy y Jianmin Liao introdujeron un mecanismo de razonamiento geométrico para el diseño automático de dispositivos de sujeción, combinando el razonamiento cualitativo y cuantitativo. Analizaron dos tipos de deformación: la deformación por contacto debido a la sujeción y la flexión debido a las fuerzas de corte. En base a esto, optimizaron las posiciones de soporte y sujeción, asegurando una fijación firme y precisa de la pieza de trabajo durante el procesamiento, e implementaron el sistema en un prototipo.

El sistema AFD proporciona un entorno de diseño de luminarias automático e inteligente, que consta de 4 módulos principales:

1) modelo de producto totalmente informado;

2) base de conocimientos;

3) mecanismo de razonamiento;

4) configuración final del accesorio.

Según el grado de automatización, dividimos los sistemas de diseño de accesorios en tipos interactivos, semiautomáticos y automatizados.

Un sistema de diseño de dispositivos interactivo proporciona una interfaz de usuario que ayuda a los usuarios a seleccionar los componentes adecuados en función de los conocimientos del diseñador. Sin embargo, es una tarea que requiere mucho tiempo, ya que los usuarios deben elegir superficies de sujeción, puntos y componentes en función de la geometría de la pieza de trabajo y los requisitos de procesamiento, y no ha desarrollado completamente sus funciones informáticas.

La mejora del sistema de diseño de accesorios semiautomático se basa en el sistema interactivo, que reduce la necesidad de conocimientos profesionales por parte del diseñador. El sistema de diseño de accesorios automatizado mejora aún más la eficiencia y la calidad del proceso de diseño de accesorios al determinar automáticamente los puntos de sujeción y seleccionar los puntos de sujeción precisos de una lista de puntos candidatos.

Kumar, Fuh, Kow, etc. desarrollaron un sistema automático de diseño de accesorios modulares basado en la aplicación de tecnología avanzada CAD e IA en accesorios modulares, utilizando métodos CAD y tecnología de software 3-DCADICAM.

El sistema está integrado con un sistema de diseño de accesorios interactivo y semiautomático. Además de determinar automáticamente el punto de sujeción, también puede utilizar un submódulo de detección de interferencias de mecanizado para evitar interferencias entre la herramienta de corte y el accesorio durante el mecanizado.

Hu y Rong propusieron un algoritmo de detección rápida de interferencias que simplifica el modelo de componentes de la luminaria y lo convierte en un modelo de rueda bidimensional con gran cantidad de información. Es diferente del proceso de detección que utiliza entidades rellenas y es más eficaz en la verificación de la luminaria.

Conclusión

Al observar el desarrollo de la industria de accesorios y los últimos resultados de investigación, a pesar de más de una década de investigación, aún no existe un software de accesorios comerciales maduro en el mundo.

Por lo tanto, el desarrollo de un software CAD de dispositivos práctico debe ser la máxima prioridad en la investigación actual de software de fabricación. Un sistema de diseño de dispositivos automático completo e integral que integre la tecnología CAD/CAMI/CAE con programas CNC y pueda detectar interferencias entre herramientas de corte y dispositivos combinados es la tendencia de desarrollo futura.

Debido a la complejidad del diseño de los dispositivos y a la situación actual en constante cambio, es difícil que la investigación de AFD logre avances en un corto período de tiempo. Aún queda mucho trabajo por hacer para lograr su aplicación en la producción real.