Unidad automatizada de punzonado y cizallado CNC: Fabricación de chapa metálica | MáquinaMFG

Unidad automatizada de punzonado y cizallado CNC: Fabricación de chapas metálicas

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A medida que avanza la fabricación, el punzonado de torreta CNC desempeña un papel integral en el procesamiento flexible de chapas metálicas, especialmente en el ámbito de la fabricación de chapas metálicas comerciales a medida.

Para maximizar el potencial del procesamiento CNC de chapa en la producción y mejorar la eficacia de la punzonadora, los talleres comerciales de chapa han integrado el uso de máquinas combinadas de punzonado y cizallado CNC.

Estos sofisticados equipos combinan tecnología de control informático, microelectrónica, supervisión a distancia y fabricación de precisión.

La máquina combinada de punzonado y cizallado CNC cuenta con sistemas de carga y descarga automáticos, mecanismos de clasificación y apilamiento automáticos, un sistema de acoplamiento de almacenamiento automático, e integra modernos métodos de gestión para realizar un proceso de punzonado y cizallado CNC totalmente automatizado para chapa metálica.

1. Unidad de procesamiento: Máquina combinada de punzonado y cizallado

Introducción a la máquina combinada de punzonado y cizallado CNC:

La máquina combinada de punzonado y cizallado CNC consta principalmente de un CNC punzón de torreta y una cizalla CNC en ángulo recto, como se ilustra en la figura 1.

Unidad automatizada de punzonado y cizallado CNC: Fabricación de chapas metálicas
Figura 1 Punzón y cizalla CNC

El CNC punzón de torreta está equipada con una biblioteca de herramientas de disco giratorio, que permite realizar operaciones de punzonado, recorte de bordes y plegado en piezas de chapa metálica. La cizalla CNC de ángulo recto está equipada con cuchillas en los ejes X e Y, diseñadas para separar la chapa después de someterla a diversas operaciones.

Para un procesamiento totalmente automatizado, las piezas deben ajustarse a los parámetros de trabajo del equipo. Por tanto, establecer estos parámetros es crucial.

La máquina combinada de punzonado y cizallado tiene una fuerza de punzonado de 30 toneladas y una fuerza de cizallado de 20 toneladas. Su torreta alberga 55 estaciones de herramientas, incluidas 21 estaciones A (principalmente para herramientas de características genéricas pequeñas que no requieren cambios frecuentes), 24 estaciones B, 2 estaciones giratorias especiales (principalmente para herramientas de características genéricas medianas, con una carrera de punzonado mayor para aumentar la eficacia y la rotación para ajustar ángulos para rectángulos, polígonos, etc.), 4 estaciones C, 2 estaciones D y 2 estaciones E (normalmente para recortes genéricos grandes, rejilla, orificio de curvatura, relieve y otras operaciones especiales). Cada herramienta de características tiene un código único, por ejemplo, RO para agujeros redondos, RE para rectángulos, DJ para polígonos y SQ para cuadrados.

El alcance máximo de procesamiento de la máquina es: Eje X 3000 mm, eje Y 1500 mm, con un grosor máximo de chapa de 6,35 mm. La cizalla en ángulo recto puede procesar hasta 4 mm de grosor (para Q235 chapas de acero), con una precisión de mecanizado del punzón de ±0,10 mm.

Aplicaciones de la máquina combinada de punzonado y cizallado CNC:

Las dos cuchillas de la cizalla en ángulo recto CNC son perpendiculares, con la cuchilla del eje X capaz de realizar cortes continuos, lo que elimina la necesidad de precortar manualmente la materia prima. Esto aumenta la eficacia en la disposición del material y reduce los residuos. La disposición de las dos cuchillas, como se muestra en la figura 2, indica que la cuchilla del eje X es más larga que la del eje Y, dispuestas en un ángulo de 90°.

Figura 2: Esquema de la cizalla angular CNC

La máquina ofrece dos modos de corte: corte completo y medio corte. En el modo de corte completo, las cuchillas de los ejes X e Y se mueven simultáneamente, produciendo piezas en ángulo recto bien definidas.

En el modo de medio corte, la cuchilla del eje Y permanece inmóvil mientras que la cuchilla del eje X funciona de forma independiente, se utiliza principalmente cuando las piezas más grandes tienen características específicas que podrían interferir con el eje Y.

La elección entre estos modos se determina programáticamente en función de la situación real.

Tras el corte, los residuos y las piezas acabadas se transportan a través de un transportador de cerdas automatizado. Los desechos de diferentes tamaños se clasifican automáticamente en dos contenedores de residuos distintos durante la transmisión.

Al mismo tiempo, los pequeños residuos del proceso de mecanizado se transportan mediante otro sistema de cintas transportadoras, lo que garantiza el funcionamiento continuo y estable de la máquina. prensa punzonadoraeliminando el tiempo de inactividad del equipo. Este proceso maximiza las transiciones externas, mejorando en gran medida la eficiencia del procesamiento de piezas de chapa metálica.

Cuando la máquina combinada de punzonado y cizallado CNC procesa chapas de distintos grosores, la biblioteca de herramientas de punzonado de torreta CNC cambia herramientas punzonadoras o herramientas de conformado basadas en normas técnicas.

La cizalla en ángulo recto CNC ajusta las separaciones de las cuchillas mediante control electrónico, garantizando la calidad de las superficies de corte de la chapa.

La importancia de la integración de punzonado y cizallado CNC:

La función de cizallado en ángulo recto proporciona un soporte fundamental para los procesos de anidado automático, lo que permite clasificar y apilar piezas automáticamente. Esta función es esencial para lograr la automatización total de la unidad de procesamiento.

En cambio, el punzonado CNC tradicional requiere intervención manual. Los operarios deben precortar la chapa utilizando máquinas cizallas en función de los requisitos de forma y tamaño de la pieza antes de pasar a la fase de programación CNC.

Principales ventajas de las máquinas combinadas CNC de punzonado y cizallado para el procesamiento nesting:

1) La disposición del nesting se gestiona mediante un software de programación de nesting automatizado, que también se encarga de separar las piezas del material de desecho, maximizando el aprovechamiento de las materias primas.

2) La naturaleza integrada de la máquina elimina la necesidad del transporte manual de materiales, mejorando la precisión de transformación de chapa. Esto no sólo reduce los tiempos de manipulación y espera, sino que también aumenta la eficiencia de la máquina.

Funciones de automatización de la unidad de procesamiento

Composición de la Unidad de Procesamiento:

La unidad de punzonado y corte CNC totalmente automatizada consta de componentes de hardware automatizados y un sistema de control informatizado, como se muestra en la Figura 3.

Figura 3: Estructura esquemática de la unidad de punzonado CNC

Los componentes de hardware incluyen: un carro de acoplamiento automático de materias primas, un dispositivo de carga de materias primas, una máquina combinada de punzonado y cizallado CNC, un dispositivo de expulsión automática de material de desecho, un dispositivo de codificación automática por pulverización, un mecanismo de clasificación y apilado automático de piezas, un carro de acoplamiento automático de piezas y ocho módulos de protección fotoeléctrica.

El sistema de control de información abarca el sistema de control de la punzonadora (con sistemas de control de corte por punzonado CNC y de cizallado en ángulo recto), un módulo interactivo para el sistema de control MES+WCS+punzonado y un módulo de control de protección fotoeléctrica.

Estos ocho módulos de hardware básicos sustentan todo el proceso de tratamiento automatizado.

En cambio, el módulo interactivo entre MES+WCS y el sistema de control de punzonado es crucial para la gestión informativa de la unidad.

La unidad de procesamiento emplea el sistema MES para la programación automatizada de la producción. El software de programación extrae automáticamente los detalles del pedido y los anida según las especificaciones del pedido.

Esto garantiza que las piezas, una vez anidadas y programadas automáticamente, se fabriquen utilizando materias primas de tamaño estándar. Estas materias primas estándar son fundamentales para el almacenamiento automatizado.

Tras el anidado, los materiales se aprovechan al máximo, evitando el desperdicio. A continuación, la función de cizallado en ángulo recto facilita la separación de las piezas anidadas.

Función automática de carga de material:

La función de carga automática de material constituye la base de una integración perfecta entre la unidad de procesamiento y el sistema de almacenamiento automatizado.

Cuando el sistema MES envía tareas de pedidos a la unidad de punzonado, sincroniza simultáneamente la información estándar necesaria sobre materias primas con el centro de expedición de almacenamiento inteligente.

A continuación, el centro de expedición coteja los palés de materias primas en stock con la secuencia de tareas de recuperación y emite automáticamente órdenes de recuperación. Si se confirma que la máquina herramienta está operativa, el palé de materia prima correspondiente se transporta a la entrada de material de la máquina.

Desde aquí, el carro de carga automatizado recupera el palé de materia prima y lo desplaza hasta la posición de autocarga. Para adaptarse a los distintos requisitos de carga de chapas, el sistema de ventosas de carga está segmentado para evitar la succión en vacío, como se ilustra en la figura 4.

Figura 4: Dispositivo automático de alimentación

Un dispositivo de separación de hojas, instalado en el brazo del robot de carga, levanta primero una esquina de la hoja. A continuación, el mecanismo levanta y hace vibrar la hoja para separarla, simulando la separación manual.

Una vez asegurado el material, su grosor se mide automáticamente para garantizar la coherencia con los requisitos del pedido. Si el grosor del material detectado supera el grosor estándar de una hoja, se activará una alarma que detendrá la máquina.

Si el grosor está dentro de los parámetros especificados, la máquina sigue funcionando. Por último, la materia prima es transferida por las ventosas de carga a la pinza de posicionamiento de la máquina para su alineación.

En esta fase, la unidad de tratamiento completa el proceso automatizado de carga de material.

Función automática de clasificación y apilado:

La separación por cizallamiento en ángulo recto de las piezas prepara el terreno para la clasificación y el apilamiento automáticos.

Una vez separadas, estas piezas son productos semiacabados. A continuación, el dispositivo de apilamiento clasifica y apila estos productos semiacabados. El mecanismo de apilamiento automático requiere que los tamaños de las hojas oscilen entre un mínimo de 400 mm x 100 mm y un máximo de 3000 mm x 1500 mm.

El espesor de la chapa debe estar comprendido entre un mínimo de 0,5 mm y un máximo de 4 mm (para chapas de acero al carbono), con un peso máximo de apilado de 3000 kg.

La programación CNC de la unidad de procesamiento emplea un software de programación de anidamiento automático. Tras generar el programa de procesamiento, el módulo de programa de clasificación identifica las piezas dentro del programa.

Las piezas con el mismo código se asignan a la misma zona de la bandeja de productos semiacabados, como se muestra en la figura 5.

Figura 5: Esquema del apilamiento automático por zonas

Cada zona tiene una altura máxima de apilado de 500 mm. Si se supera esta altura, las piezas se reasignan a una zona de apilamiento diferente para evitar problemas de sobreapilamiento debidos a cantidades excesivas de piezas con códigos idénticos.

Tras el envío del programa de procesamiento, el sistema vuelve a confirmar la colocación real de las piezas en la zona de apilado. El sistema de detección fotoeléctrica también comprueba la altura de apilado de las piezas.

Si las piezas de la zona de apilado de productos semiacabados se retiran urgentemente para la siguiente operación, el operario debe restablecer el código correspondiente en la zona de apilado.

Esto permite que el sistema lo reintegre como un espacio disponible, evitando el desperdicio de espacio de apilamiento.

Una vez comprobado que la zona de apilado cumple los requisitos de apilado de piezas, el dispositivo de clasificación separa las piezas con el mismo código para apilarlas secuencialmente. La clasificación utiliza un mecanismo automático de clasificación y apilado de tipo rodillo dividido, que transfiere automáticamente las piezas cortadas al palé de productos semiacabados. El palé se coloca en un carro de transferencia especializado.

Una vez finalizado el procesamiento del pedido, el carro recibe una instrucción de retorno al almacén para los productos semiacabados. A continuación, transporta el palé hasta el punto de entrada correspondiente del sistema de almacenamiento automatizado.

A continuación, la lanzadera del sistema de almacenamiento almacena automáticamente el palé de productos semiacabados, mientras que el sistema MES crea simultáneamente información de retorno al almacén para el palé.

Para la recuperación, basta con buscar el número de pedido correspondiente para localizar la posición del pedido en el sistema de almacenamiento y el código del palé, creando así una tarea de recuperación automática y facilitando la recuperación de piezas semiacabadas.

Automatización completa de la unidad de procesamiento

Programación y despacho automatizados MES

El sistema MES envía automáticamente las órdenes de producción para la unidad de procesamiento basándose en la lógica de programación. La información de la orden incluye datos de producción esenciales como el tipo de material, la cantidad, las especificaciones de tamaño, la codificación, los detalles gráficos, los datos del programa, la información sobre el flujo del proceso y el tiempo de procesamiento.

Los académicos debatieron sobre el sistema de programación de la producción que armoniza SOA con las técnicas de fabricación flexible. Analizaron específicamente los retos de planificación y programación en el proceso de producción y explicaron los métodos e implementaciones de asignación de tareas a estaciones de máquina, ofreciendo soluciones a los problemas de despacho en la unidad de procesamiento.

Las tareas de producción de la unidad de punzonado CNC totalmente automática adoptan un sistema primario y otro de reserva. El sistema MES asigna dos órdenes a la misma máquina: la orden primaria es la que está en producción y la siguiente como copia de seguridad. Una vez finalizado el pedido primario, el de reserva se convierte automáticamente en el primario.

Como se ilustra en la Figura 6, el módulo de interacción MES y WCS programa simultáneamente el sistema de almacenamiento para emitir tareas de recuperación de materia prima y tareas de devolución del material del pedido anterior.

Figura 6: Orden de fabricación de equipos automáticos

Antes de iniciar el procesamiento, se realizan preparativos solapando las operaciones de pedido, reduciendo los tiempos de cambio internos, minimizando el tiempo de inactividad de la máquina, aumentando los índices de funcionamiento del equipo y logrando una producción eficiente.

Producción totalmente automatizada de la unidad de procesamiento

Tras recibir la tarea de producción enviada por el sistema MES, los operarios sólo tienen que verificar los requisitos de utillaje del programa de procesamiento, garantizar un entorno de producción seguro y, a continuación, iniciar la producción del pedido.

En este punto, el equipo procesa según el código NC. Si el pedido incluye piezas con procesos especiales, el sistema solicitará cambios de herramienta al iniciar la producción del pedido, y los operarios sustituirán o complementarán manualmente las herramientas correspondientes.

Cuando el sistema MES recibe información sobre el inicio del procesamiento del pedido, envía simultáneamente la tarea de recuperación de materia prima para dicho pedido al sistema de programación WCS del sistema de almacenamiento.

A continuación, la lanzadera del sistema de almacenamiento transporta el palé de materia prima correspondiente hasta la posición de acoplamiento del carro de recepción de material de la unidad de procesamiento.

Cuando la unidad de procesamiento recibe la información de llegada de las materias primas, el sistema programa el carro receptor para que recoja los materiales. La operación de procesamiento posterior no requiere intervención manual.

Tras el procesamiento, se lleva a cabo la clasificación automática de piezas, el apilamiento y el transporte de residuos. El sistema de clasificación y apilamiento clasifica las piezas por tipo y completa secuencialmente las tareas de clasificación y apilamiento.

El sistema registra toda la información sobre el estado de la unidad de procesamiento en función de los ciclos del pedido hasta su finalización, y durante el proceso se elaboran informes automáticos. El panel de gestión de la información se ilustra en la Figura 7.

Figura 7: Cuadro de mandos de gestión de la información de la línea de producción

Una vez finalizado el pedido, las piezas semiacabadas se conectan automáticamente con la lanzadera del sistema de almacenamiento para almacenarse, y la información de almacenamiento se sincroniza con el sistema MES.

Además, la unidad de procesamiento está equipada con un PC todo en uno conectado en red. Los operarios pueden iniciar sesión en la interfaz del sistema MES a través de este PC.

En la página de informes de pedidos, al hacer clic en el número gráfico, pueden acceder directamente al sistema interno de documentos fundacionales de la empresa, que enlaza con los requisitos de procesamiento y los planos de diseño de las piezas correspondientes, lo que facilita enormemente las operaciones in situ.

Conclusión

Con el continuo desarrollo de la industria manufacturera, la aplicación generalizada de unidades de procesamiento totalmente automatizadas que integran la automatización y la tecnología de la información será cada vez más frecuente.

Este artículo describe una unidad de punzonado CNC totalmente automática, centrada principalmente en punzonadoras y cortadoras CNC, que aprovecha la gestión de procesos informativos.

Maximiza las ventajas de los equipos automatizados y, en cierta medida, hace realidad un modelo de producción de chapa metálica con reducción de mano de obra, lo que ofrece importantes perspectivas para industrias como transformación de chapa para lograr la automatización total.

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