El giro es opcional

Érase una vez, los tornos mecanizaban piezas redondas. Todavía hacen esto.

Sin embargo, los fabricantes de máquinas herramienta reconocieron que las piezas torneadas a menudo también requieren al menos algún trabajo de fresado o taladrado. Con la pieza ya contenida en el torno, y con un torno CNC ya capaz de realizar los movimientos que podrían alimentar herramientas giratorias de manera efectiva, era lógico aumentar las capacidades de los tornos agregando husillos adicionales para el trabajo de herramientas giratorias. Lo que una vez fueron máquinas de torneado dedicadas también se convirtieron en máquinas de fresado y taladrado.

De hecho, las máquinas que eran más efectivas para coordinar torneado, fresado y taladrado en una sola configuración se convirtieron en centros de corte de metal flexibles, de una sola parada y de múltiples operaciones. Con todo el mecanizado que podían hacer, hubiera sido lógico rebautizarlos como "centros de mecanizado", si tan solo no se hubiera tomado ese nombre. Un torno alimentado por barra que tiene capacidad de herramienta giratoria y un husillo secundario opuesto al husillo principal puede alimentar material en bruto en un extremo y mecanizar todas las caras y características de una pieza elaborada sin que el operador tenga que intervenir. Además, puede seguir produciendo pieza tras pieza mientras dure la barra. Muchos talleres ahora están mecanizando de esta manera. Un fabricante que tiene experiencia particular en el mecanizado de esta manera es Jesel Valvetrain Innovation.

Jesel, con sede en Lakewood, Nueva Jersey, fabrica componentes de tren de válvulas adaptados a las exigentes aplicaciones de autos de carreras. Los componentes que podrían estar estampados para un motor de automóvil normal se mecanizan en acero sólido en Jesel. Hace catorce años, la empresa fue uno de los primeros usuarios del torno CNC modelo DL-15 de Mori Seiki con capacidades de herramienta motorizada. A lo largo de los años, las máquinas han evolucionado y el taller ha seguido aprendiendo cómo aplicarlas con mayor eficacia. Ahora, el área de fabricación de esta planta incluye 11 máquinas CNC de torneado y fresado, la mayoría de las cuales son máquinas modelo DL-150, una versión más avanzada de la máquina que la planta comenzó a usar por primera vez.

Una parte que la compañía presentó recientemente ilustra cuán lejos ha llegado el pensamiento de esta planta con respecto a estas máquinas. La pieza es algo así como un hito no solo para la planta en sí, sino también para la evolución del mecanizado de torno con herramienta viva en general. La parte, un seguidor de leva superior, tiene una forma de caja que sugiere vagamente dos comas o dos orejas unidas. Originalmente, la planta asumió que esta pieza se mecanizaría en cinco configuraciones en centros de mecanizado. Dado el valor de la pieza y los volúmenes a los que se ejecutaría, dicho proceso podría justificarse fácilmente. Sin embargo, Ray Frattone Sr., director de fabricación de la empresa, sugirió un enfoque diferente. Parte del papel del Sr. Frattone es encontrar nuevas formas de fabricar las piezas del catálogo de la empresa de manera más rentable. Al hacerlo, ha trabajado extensamente con el equipo de torneado y fresado. Se dio cuenta de que el seguidor de leva es lo suficientemente compacto como para mecanizarse a partir de una barra sólida. Específicamente, podría mecanizarse a partir de una barra de acero de aleación 4140 de 1,125 pulgadas de diámetro. Alimentar este material a través del alimentador de barras LNS de la máquina Mori Seiki no solo permitiría mecanizar la pieza completa, sino que también permitiría mecanizar una serie de piezas sin atención.

El ingeniero de fabricación Mark Cubbedge trabajó en el proceso de esta pieza. Descubrió que, de hecho, había suficiente capacidad en las dos torretas de 12 posiciones de la DL-150 para acomodar todas las herramientas de fresado y taladrado necesarias para mecanizar la pieza de esta manera. En resumen, había suficientes posiciones de herramientas para mecanizar la pieza completa. La configuración de esta pieza incluye una herramienta de corte para separar la pieza de la barra, pero aparte de eso, cada posición de herramienta utilizada para mecanizar esta pieza contiene un husillo de herramienta rotativa.

El pensamiento de Jesel sobre los tornos motorizados ha hecho así un recorrido completo. Estas máquinas ahora se usan y valoran en esta planta no como tornos con alguna capacidad adicional, sino como centros de producción de una sola configuración. Como ilustra la pieza del seguidor de leva, esta máquina aporta valor al proceso incluso cuando la geometría de la pieza está tan lejos de ser redonda que prácticamente no se requiere trabajo de torno tradicional.

Compensaciones

En el DL-150 se mecanizan dos números de pieza del seguidor de leva. La mayor de las dos partes mide aproximadamente 0,75 por 0,8 por 2,5 pulgadas. Aparte del tratamiento térmico y el bruñido, toda la fabricación se realiza en esta máquina, dentro de un ciclo que requiere menos de 10 minutos.

Tanto el husillo principal como el subhusillo trabajan simultáneamente durante el transcurso de este ciclo. El husillo principal sujeta la pieza para fresado en desbaste, fresado de acabado y taladrado. Luego, el husillo secundario toma la pieza para completar el fresado de la forma y también realiza algunas ranuras, todo mientras el husillo principal comienza a mecanizar la siguiente pieza. El uso del término "husillo" en estos contextos es algo inexacto, por supuesto, porque los husillos se usan como ejes giratorios en este proceso en lugar de hacer girar la pieza para tornearla. Dada la forma en que se usa la máquina, es más adecuado referirse al "plato principal" y al "plato secundario".

El software CAM de Gibbs and Associates proporciona la trayectoria de la herramienta. El Sr. Cubbedge dice que un complemento de desbarbado de Gibbs ha demostrado ser particularmente valioso. El software programa el movimiento preciso de una herramienta de punta esférica de diámetro pequeño a lo largo de las esquinas afiladas de la pieza. En el mandril secundario, este desbarbado también ayuda a combinar el trabajo de la primera y la segunda sujeción en superficies mecanizadas continuas y sin costuras. La efectividad de este desbarbado en máquina ha sido vital para generar una pieza lista para usar con poco esfuerzo adicional después del mecanizado.

Tanto el Sr. Frattone como el Sr. Cubbedge están de acuerdo en que el mecanizado de torno con herramienta viva no es perfecto. Llevar la pieza del stock sin procesar a punto de completarse en un solo manejo alimentado por barra puede parecer tremendamente eficiente, pero en realidad este tipo de máquina presenta compensaciones que deben reconciliarse. Aunque la máquina es lo suficientemente versátil como para no tener que limitarse a las piezas torneadas para ofrecer valor, la máquina no es necesariamente adecuada para cualquier pieza que pueda caer dentro del sobre del material alimentado en barra. En comparación con la opción de mecanizar la pieza en varias configuraciones en un centro de mecanizado, los desafíos que Jesel tuvo que enfrentar al ejecutar la pieza en un torno incluyeron los siguientes:

• Hora de configuración. El torno de herramientas motorizadas del taller tiene un total de 24 posiciones de herramientas en sus dos torretas. Un centro de mecanizado vertical pequeño normalmente tendría más capacidad de herramientas en su almacén que este, y un centro de mecanizado horizontal de producción tendría una capacidad de herramientas considerablemente mayor. Por lo tanto, en los centros de mecanizado, las herramientas se pueden mantener en su lugar dentro de la máquina hasta que se necesiten. Por el contrario, en el torno de herramientas motorizadas, las herramientas generalmente deben cambiarse por completo para cada nuevo número de pieza que ejecuta el taller. El cambio minucioso de la herramienta consume tanto tiempo que, por lo general, las piezas deben ejecutarse en cantidades de cientos antes de que se pueda amortizar el tiempo de preparación. Esto no es un problema en las piezas del seguidor de leva, porque Jesel tiende a utilizar este número de pieza durante semanas para reponer su inventario. Sin embargo, el requisito de tiempo de configuración de la herramienta impediría que esta misma pieza se ejecutara en lotes pequeños o justo a tiempo, a menos que la máquina pudiera dejarse configurada y totalmente dedicada a los números de pieza de esta familia.
• Problemas de sujeción. Otra ventaja que ayuda a Jesel a implementar procesos inusuales de manera efectiva es que su diseño y fabricación ocurren dentro de las mismas instalaciones de 110,000 pies cuadrados. La coordinación entre la fabricación y el diseño fue esencial para fabricar esta pieza de manera eficiente, porque el mandril en el subhusillo necesitaba una forma segura sobre la cual sujetar. La pieza fue rediseñada para esto. Incluso así, sin embargo, la fuerza de sujeción es limitada. La parte parcialmente mecanizada es lo suficientemente flexible como para que una fuerza de sujeción alta con un mandril pueda afectar la precisión. En el husillo secundario, por lo tanto, la pieza se sujeta en un mandril de mordaza blanda con una fuerza de sujeción moderada y, en consecuencia, se limita la agresividad de las operaciones de mecanizado.
• Riesgo de charla. Además de la fuerza de retención limitada, otro factor es aún más importante para limitar la agresividad con la que puede cortar el proceso. Las herramientas giratorias en este proceso presentan invariablemente un voladizo largo, porque la herramienta necesita suficiente espacio libre para llegar más allá de las mordazas del mandril. Estas herramientas de longitud extendida presentan un mayor riesgo de desviación y vibración que limita la profundidad de corte, particularmente en una aplicación como esta que mecaniza acero. Antes de que este proceso pudiera ponerse en producción, el personal de Jesel tuvo que probar y ajustar el proceso cuidadosamente para asegurarse de que las pasadas críticas de mecanizado no vibraran de una manera que comprometiera las tolerancias estrictas. Incluso así, algunas herramientas se desgastan más rápido de lo que lo harían en un proceso más rígido, dice Cubbedge. Una herramienta de fresado en particular debe cambiarse cada 10 piezas.

Recompensas

Aún así, las herramientas también pueden desgastarse rápidamente en un proceso de centro de mecanizado, dice. Un proceso que involucre centros de mecanizado también tendría que ajustarse hasta cierto punto para garantizar que se lograran precisiones críticas. El hecho de que Jesel se haya comprometido con el proceso en el torno motorizado es suficiente testimonio de que estos desafíos pueden superarse. De hecho, estos obstáculos son pequeños en comparación con los riesgos que implicaría una serie de configuraciones en los centros de mecanizado al mecanizar la misma pieza, dice el personal de Jesel.

Uno de esos riesgos es el error. Cada nuevo manejo proporciona el riesgo de error relacionado con la configuración. En un proceso con cinco alistamientos, el valor agregado por cuatro operaciones de maquinado precisas podría perderse si la quinta carga de la pieza fuera defectuosa de alguna manera que causara el desecho de la pieza. La máquina de torneado y fresado evita este peligro al eliminar la manipulación, y el proceso integral mantiene todas las relaciones característica a característica en toda la geometría de la pieza.

En otras palabras, para la parte del seguidor de leva, Jesel vivirá con el tiempo de configuración para cambiar las herramientas, porque es más fácil de administrar que el tiempo de carga/descarga de llevar las partes de una operación a otra en los centros de mecanizado. El taller también aceptará la necesidad de evitar y gestionar las charlas, porque esto es mucho mejor que la posibilidad de errores impredecibles y desperdicios dentro de un proceso que implica muchas manipulaciones.

Finalmente, el personal de Jesel también vivirá con el hecho de que su máquina de torneado está funcionando durante días y semanas sin hacer mucho en cuanto al torneado. El taller continúa aumentando su comprensión de cómo usar las máquinas versátiles de manera efectiva, y la experiencia de ejecutar esta pieza del centro de mecanizado de manera eficiente en un torno de herramientas motorizadas le ha dado al taller una valiosa perspectiva. En el futuro, muchas piezas que presumiblemente son “trabajo del centro de mecanizado” se verán de una manera diferente.