¿Puede este nuevo multihusillo CNC funcionar para su taller?

Davenport Machine Company encontró un buen diseño de máquina multihusillo justo después del cambio de siglo. Fue lo suficientemente bueno, según Don Firm, presidente de la empresa, que muchas piezas fueran intercambiables entre un modelo DA de 1908 que se exhibe en la sede de la empresa en Rochester, Nueva York, y el modelo B de 1996 que se está construyendo en la planta.

Sin embargo, el mundo que es el hogar de Davenports, y de las máquinas automáticas de tornillo multihusillo en general, está cambiando rápidamente. Cada vez más, las presiones del mercado, en forma de tamaños de lote más bajos y requisitos de tolerancia más altos, sumados a la escasez de personas capacitadas para la configuración, plantean dudas sobre cómo aumentar las venerables máquinas automáticas multihusillo.

Mr. Firm está dirigiendo un esfuerzo de Davenport para crear una máquina multihusillo para el próximo siglo. La tecnología servo CNC ha evolucionado hasta un punto de aplicación práctica para multihusillos.

Él ve esta nueva máquina, designada como LS 522, como una respuesta a los problemas de los talleres de mecanizado de tornillos y como una alternativa de proceso para los talleres de mecanizado sin tornillos. En una visita reciente, nos dieron una vista previa de esta máquina antes de su presentación en IMTS 96.

Multi Basics Las máquinas multihusillo fabrican piezas rápidamente porque su diseño permite realizar más de una operación de corte a la vez. En general (debido a que hay muchas variaciones), cada husillo en un multi se cruza con dos ejes independientes de movimiento de la herramienta.

Uno es el carro transversal, que mueve una herramienta de corte perpendicular a la línea central del husillo. La segunda corredera lleva herramientas de trabajo en los extremos y se mueve en el centro desde el extremo del contrapunto de la máquina. Respectivamente, las herramientas en estas correderas equivalen a herramientas OD e ID en un centro de torneado de un solo punto. Pero, una máquina multihusillo puede usar una herramienta OD y ID en cada husillo, al mismo tiempo. Las máquinas Davenport tienen cinco husillos, por lo que pueden llevar al menos diez herramientas al corte a la vez.

Los husillos de un multi se montan en la periferia de un tambor indexable. Debido a que todas las operaciones de corte en una máquina multihusillo ocurren simultáneamente, cada índice del tambor del husillo produce una pieza terminada. En un Davenport de cinco husillos, son cinco partes por cada rotación del tambor.

Cantidad o Calidad

Desde que la mayoría de nosotros podemos recordar, el multihusillo automático ha ocupado el título de producción de alto volumen para piezas pequeñas de rotación. Pero no gira piezas más rápido que otros diseños de máquinas. Debido a que muchas multis son máquinas de barra, las velocidades del husillo son conservadoras en comparación con los platos de sujeción y lentas en comparación con las capacidades del centro de torneado CNC de un solo husillo.

El secreto de la velocidad de procesamiento multihusillo es el tiempo de ciclo acumulativo versus aditivo. Lo hacen dividiendo el ciclo de procesamiento de piezas en numerosas operaciones pequeñas y luego realizando esas operaciones simultáneamente en varios husillos.

Los tiempos de ciclo de la máquina en una multi están determinados por la operación de corte más larga en una estación. Aquí hay un ejemplo. La estación tres tiene una operación de perforación de deslizamiento final que tarda 0,75 segundos (incluido el índice). La siguiente operación más larga es una ranura de deslizamiento transversal de 0,65 segundos en la estación cuatro. Debido a que el multihusillo puede usar todas las estaciones al mismo tiempo, el tiempo de ciclo del trabajo refleja la operación más larga realizada, que en este caso es de 0,75 segundos.

En general, las máquinas automáticas multihusillo son más conocidas por su alta velocidad que por su alta precisión. Los componentes mecánicos con sus levas, ejes, palancas y otros dispositivos de actuación simplemente acumulan demasiada imprecisión para producir de manera consistente las muchas especificaciones de tolerancia estrecha que exigen los clientes.

Para tolerancias más altas, muchos talleres buscan centros de torneado CNC de un solo punto. "Su programabilidad y servocontrol de contorneado permiten tolerancias más estrechas por un punto decimal que la mayoría de las automáticas", dice Mr. Firm.

Debido a que el torneado de un solo punto es un proceso secuencial, estas máquinas no pueden producir los volúmenes de una máquina multihusillo. A una pasada de desbaste le sigue una pasada de acabado. Una operación de refrentado se produce antes de una operación de taladrado o mandrinado.

Por lo tanto, el tiempo de ciclo en un centro de torneado es aditivo. El tiempo requerido para cada operación se suma y la suma se convierte en el tiempo del ciclo. Las velocidades y los avances pueden reducir el tiempo total al realizar cada operación de corte más rápido, pero el proceso es secuencial.

Prensa Automática

Los sistemas automáticos multihusillo se encuentran entre las últimas áreas de control de movimiento puramente mecánico. La mayoría de estas máquinas se encuentran en talleres que se especializan en fabricar "piezas de máquinas de tornillos". Entre estas tiendas, muchas son más conocidas por la marca de las máquinas de tornillo que utilizan que por los productos que fabrican. Hay tiendas Davenport, tiendas New Britain, tiendas Acme y otras.

Hay una buena razón por la que los talleres se especializan en una determinada marca de máquina. Es un técnico muy hábil que puede configurar una de estas máquinas automáticas de tornillos. Cada máquina tiene unas características específicas.

La configuración y el funcionamiento de un multihusillo es una operación práctica. Se requiere mucha habilidad y experiencia para "ajustar" la mecánica que hace que estas máquinas funcionen. Desafortunadamente, existe una creciente escasez de personal que pueda hacer el trabajo.

Esta falta de personal se ve agravada por la creciente necesidad de configurar máquinas multihusillo con mayor frecuencia. Los trabajos a largo plazo, el alma tradicional de la industria de las máquinas de tornillo, tienden a ser más cortos.

Los talleres encuentran feroz la competencia por los contratos tradicionales de máquinas de tornillo porque se están otorgando menos contratos de este tipo. Los clientes piden piezas en lotes pequeños pero con mayor frecuencia, respondiendo en parte a requisitos de inventario justo a tiempo y en parte a ciclos de vida de productos más cortos.

Algunos talleres mantienen una máquina configurada permanentemente para ejecutar trabajos recurrentes. Cuando se completa un pedido, la máquina permanece inactiva. Los talleres deben decidir entre el costo de instalación y desmontaje y no hacer funcionar la máquina. Con el aumento de las presiones sobre los márgenes, resulta difícil justificar la no utilización completa de los recursos del taller.

Novedades

Desde la base hacia arriba, la nueva LS 522 de Davenport es una máquina nueva. La base es una sola pieza fundida a partir de una mezcla epoxi de granito. Este material compuesto tiene excelentes características de amortiguación de vibraciones y estabilidad térmica.

El diseño de la base deja abierto el extremo del contrapunto de la máquina. Un transportador de virutas con tanque de recuperación de refrigerante puede deslizarse en esta abertura y colocarse directamente debajo de la zona de corte de la máquina. Las virutas y el refrigerante se dirigen al transportador mediante canales fundidos en la base.

La tecnología habilitadora de esta nueva máquina es su sistema de control de movimiento. "La tecnología servo está ahora en un punto en el que su aplicación a un multihusillo es práctica", dice el Sr. Firm. "Hace cinco años, solo la electrónica utilizada en el LS 522 costaría más que el precio base proyectado de la máquina".

Excluyendo el motor de accionamiento del husillo principal, hay diez ejes lineales programables en el LS 522. Cada carro transversal y carro final tiene un servomotor dedicado. El funcionamiento de estos motores eléctricos es significativamente más silencioso que un sistema de accionamiento mecánico.

Para emular el movimiento de carrera generado por una leva, estos servos compactos utilizan una caja de engranajes integral que cambia el movimiento giratorio del servomotor en un movimiento lineal que crea carrera en un eje de salida. El motor lineal se acopla directamente a su respectivo portaherramientas, eliminando la necesidad de husillos de bolas. La carrera de estos motores es totalmente programable.

La caja de engranajes proporciona una ventaja mecánica que le da al eje de salida suficiente empuje a 800 libras por deslizamiento, para alimentar herramientas de forma en la mayoría de los materiales.

El posicionamiento de índice del soporte del husillo es fundamental para la precisión dimensional de la pieza de trabajo. Se utiliza un acoplamiento de dientes múltiples Hurth para asentar el soporte del husillo. El tiempo de índice es de 0,4 segundos. Las capacidades de las barras son de 0,875 pulgadas para el material redondo, 0,625 pulgadas para el cuadrado y 0,75 pulgadas para el hexagonal.

El accionamiento del husillo principal es un motor de CA de 14 hp que impulsa los cinco husillos a través de un sistema de engranajes planetarios. Las velocidades son programables a través del CNC y van desde 250 hasta 6.000 rpm. Los husillos individuales pueden programarse para detenerse en operaciones de fresado transversal, taladrado transversal o roscado transversal.

El control del nuevo Davenport es un 486 PC. Para accionar las correderas de los ejes, se utiliza una placa de control de movimiento para comunicarse entre la computadora y los servos. Una retroalimentación de bucle SERCOS, que utiliza cables de fibra óptica para vincular los servos con la placa de control de movimiento, transporta datos de posicionamiento hacia y desde los servomotores.

¿Precisión?

"Las capacidades de precisión dimensional para la mecánica multihusillo de Davenport se agotan cuando se necesitan tolerancias de más de 0,002 pulgadas", dice el Sr. Firm. "Simplemente no fueron diseñados para ofrecer mejores tolerancias".

Esa es otra motivación para crear la LS 522. La aplicación de servomotores en lugar de levas y el uso de un acoplamiento Hurth en el tambor del husillo aumentan la precisión de la nueva máquina a ±0,0002 pulgadas.

Aceleración de configuración

"Los multihusillos mecánicos tradicionales, incluidos los Davenport, pueden tardar de 12 a 48 horas en configurar la máquina para un nuevo trabajo", dice el Sr. Firm. "El cambio completo para este nuevo multihusillo tardará alrededor de dos horas y mucho menos que eso para ejecutar una familia de piezas. Con configuraciones tan cortas, no hay razón para limitar el uso de recursos dedicando máquinas a trabajos específicos".

La clave para reducir el tiempo involucrado en el cambio es la capacidad de programación de los servomotores. El movimiento del carro transversal y los carros finales en una máquina mecánica es creado por una leva. El ajuste fino de la carrera (compensación del eje) es un proceso de ensayo y error que requiere mucho tiempo y que normalmente requiere ajustes mecánicos en cada una de las diez correderas móviles.

La tecnología servo, en lugar de levas, modifica drásticamente este proceso. Con carrera programable, el movimiento rápido y los avances se configuran con pulsaciones de teclas. La compensación de compensación de herramienta se logra en el control.

Se utilizan dos puntos de referencia para cada husillo. El cero longitudinal es el punto de partida del deslizamiento transversal. La línea central del husillo es el punto cero radial desde el carro de trabajo final. Todos los movimientos de los ejes son números positivos desde estos puntos de partida. Al igual que las máquinas de leva, cada movimiento del eje es una caída. Las herramientas de forma estándar se utilizan en el nuevo Davenport, por lo que los talleres no tendrán que desechar las herramientas de stock.

Un operador/programador simplemente ingresa una dimensión inicial y final. Una base de datos residente calcula las velocidades de alimentación entre 0,0002 y 0,050 pulgadas por revolución. La entrada se repite para cada diapositiva. La asignación y secuencia de operaciones se realiza utilizando una hoja de planificación de procesos.

Las fuerzas que dan forma a las operaciones de torneado de producción exigen que los talleres consideren el procesamiento de piezas de trabajo bajo una luz diferente. El tiempo de ciclo ha sido casi exclusivamente la medida de la productividad y un punto de referencia importante en la licitación exitosa de puestos de trabajo.

Los clientes y las tiendas siguen siendo muy conscientes del tiempo del ciclo. Su importancia no debe ser descartada. Sin embargo, tampoco debe ignorarse el tiempo de ciclo total de una ejecución. Con la reducción de los ciclos de producción y la necesidad de responder rápidamente a la programación JIT, el tiempo total del ciclo (lo que sucede antes y después de cortar la pieza) es un indicador de eficiencia cada vez más importante. La rapidez con la que un taller puede cambiar de trabajo es clave para obtener más margen de una tanda de producción. Y, la capacidad de rendimiento general de un taller suele ser el factor clave para ganar o perder un contrato.

Conquistando Nuevos Mundos

Es prácticamente un hecho que el nuevo Davenport LS 522 encontrará un mercado bienvenido en los talleres de tornillería. El sistema de servoaccionamiento de la máquina duplica fielmente la funcionalidad y la velocidad de las máquinas mecánicas.

La experiencia en procesamiento de trabajos perfeccionada en multihusillos mecánicos es directamente transferible a la máquina CNC. Las herramientas también son aplicables a la nueva máquina sin alteración.

"La eficiencia del procesamiento simultáneo es indiscutible", dice Mr. Firm. "La promesa de esta nueva máquina es liberar a los talleres de la carga de los largos cambios, permitir la producción con mayores tolerancias, simplificar el funcionamiento y, al mismo tiempo, mantener velocidades de procesamiento de piezas tan buenas o mejores que las mecánicas".

En el área de torneado de producción de máquinas sin tornillos, Davenport espera que el LS 522 proporcione una alternativa de procesamiento a los centros de torneado de un solo punto y un solo husillo. Estos talleres conocen la programación, pero muchos están menos familiarizados con las herramientas de formularios y la planificación de procesos para operaciones simultáneas.

Si estos talleres hacen la transición de dos ejes, un solo punto, torneado de contornos a un solo eje, torneado de herramientas de forma, el Sr. Firm ve talleres de torneado de producción media a alta que aplican estas nuevas máquinas multihusillo para aumentar drásticamente su rendimiento.

¿Es para ti?

Básicamente, hay dos tipos de talleres que podrían considerar esta nueva máquina multihusillo. Estos son talleres de mecanizado de tornillos y talleres con aplicaciones de torneado de mezcla alta y volumen medio a alto que actualmente se realizan con centros de torneado de un solo punto.

Los talleres de mecanizado de tornillos deben reconocer los requisitos de configuración reducidos sin perder la funcionalidad similar a la mecánica como una ventaja de producción. Ampliar la capacidad del taller para incluir económicamente tiradas más cortas y tolerancias más estrechas tiene sentido en el entorno de fabricación actual.

Para los talleres que utilizan un solo husillo, un solo punto de torneado, la transición a múltiples husillos y herramientas de forma representa un cambio significativo en la técnica de procesamiento. "Cambiar la forma en que procesa las piezas nunca es fácil", dice Mr. Firm. "Se deben tener en cuenta los costos de las herramientas de forma sobre las herramientas de un solo punto. Es una forma diferente de tornear piezas de trabajo que se debe aprender".

Pero puede valer la pena el cambio si se pueden mantener los requisitos de calidad mientras se logra un aumento significativo en la producción. Más rendimiento por máquina significa que se pueden realizar más trabajos en cada máquina.

Por lo tanto, si su negocio es el torneado de una alta combinación de piezas de precisión en un volumen medio a alto, los talleres que no han considerado antes las máquinas multihusillo CNC pueden encontrar esta nueva máquina herramienta que vale la pena considerar como un complemento de procesamiento para los centros de torneado de un solo punto o un alternativa a las automáticas.