Llevando CNC al siguiente nivel en un husillo múltiple

Tecnología CNC ha cambiado radicalmente la naturaleza del mecanizado en una máquina multihusillo. El movimiento de los portaherramientas y los portaherramientas en cada estación de indexación están controlados por servomotores CNC bajo comando programado en lugar de por un sistema de levas mecánicas. Es posible realizar una variedad de operaciones que no son de torneado, como fresado, taladrado, roscado y tallado en cada estación, además de todas las operaciones de torneado para las que se destacan estas máquinas. Se puede completar una amplia variedad de piezas en una sola pasada en un multihusillo CNC. Además, las configuraciones y los cambios se simplifican enormemente porque los movimientos de la herramienta se pueden reprogramar en lugar de cambiarse al producir e instalar un nuevo conjunto de levas.

Los desarrollos innovadores en la línea TMZ de husillos múltiples Mori-Say de ZPS America LLC (Indianapolis, Indiana) prometen llevar CNC a un nuevo nivel en este tipo de máquina herramienta. Uno de estos desarrollos es un nuevo sistema de accionamiento que permite programar la velocidad de rotación del eje C de cada husillo de forma independiente. Esta capacidad permite a los usuarios optimizar las velocidades del husillo para operaciones de mecanizado específicas. Hace que las operaciones de CNC sean más flexibles y eficientes al tiempo que simplifica aún más la configuración y el cambio. Más importante aún, dicen los desarrolladores, ahora se pueden producir nuevas clases de piezas de manera eficiente y económica en un husillo múltiple. La gama incluye piezas que a menudo se producen en máquinas de torneado/fresado o células de producción de varias máquinas. Las piezas complejas que requieren una variedad de pasos de torneado y sin torneado de alta precisión se pueden terminar en una sola pasada, y no se necesitan tiradas de gran volumen para lograr esta operación económica.

Esta nueva generación de multihusillos consta de dos modelos distintos. El Mori-Say TMZ642, una versión de seis husillos, se introdujo en el mercado norteamericano en IMTS 2008 en Chicago el pasado mes de septiembre. La Mori-Say TMZ867, una versión de ocho husillos para piezas más grandes y cortes más pesados, se presentará en la Exhibición de Tecnología de Mecanizado de Precisión (PMTS) en Columbus, Ohio, en abril de 2009. (Consulte el cuadro a continuación para obtener detalles de esta máquina .)

Un nuevo concepto de conducción

El nuevo sistema de accionamiento incorporado en estas máquinas sigue un concepto de diseño inusual. Según Olaf Tessarzyk, socio gerente y presidente de ZPS America, es este sistema de accionamiento lo que distingue a estas máquinas de otros diseños de husillos múltiples. El sistema de transmisión utiliza un eje de transmisión compuesto para accionar todos los husillos en el tambor giratorio, pero cada husillo se puede configurar para que funcione a una velocidad diferente. Las velocidades disponibles van de 2.000 a 6.000 rpm. El usuario puede elegir la velocidad que mejor se adapte a las operaciones realizadas en cada estación, evitando así compromisos en el rendimiento de la herramienta de corte, el acabado de la superficie o el tiempo de ciclo general que resultan de aplicar una sola velocidad a cada husillo según lo dictan los diseños convencionales de husillo múltiple.

Con un solo eje de transmisión dispuesto desde la parte trasera de la máquina hacia la parte delantera, ¿cómo pueden funcionar varios husillos a diferentes velocidades, algo que no es posible en otras máquinas comparables? El "eje" que impulsa los ejes es en realidad un conjunto de tubos telescópicos:un tubo para cada eje, como se muestra en la ilustración de la derecha.

Los tubos son de longitud desigual:el interior es el más largo y el exterior el más corto. En el lado del motor de la máquina, la diferencia de longitud de tubo a tubo es suficiente para que las poleas, correas y engranajes de cada conjunto de motores de accionamiento se unan sin interferir con el siguiente tubo. Así, cada tubo puede acoplarse a su propio sistema de accionamiento. Los motores de accionamiento son servoaccionados para que el husillo correspondiente gire a la velocidad establecida en el programa CNC para las operaciones realizadas. Los tubos también tienen una longitud "escalonada" en el lado de corte de la máquina, donde el engranaje en el extremo de cada tubo proporciona un movimiento de rotación a su husillo particular. Los rodamientos dentro del conjunto del tubo permiten que todos los tubos giren con una fricción mínima.

Desde un punto de vista técnico, se dice que este sistema de accionamiento tiene varios beneficios. Lo más importante es mantener el calor generado por el banco de motores de accionamiento lejos del tambor del husillo. Esto proporciona estabilidad térmica sin un elaborado sistema de refrigeración. Además, este diseño garantiza que los husillos permanezcan siempre conectados a sus respectivos motores de accionamiento sin necesidad de complejos contactos de alimentación que deban desconectarse o reconectarse al final de cada ciclo de indexación. Esto significa que el tambor no tiene que "desenrollarse" hasta su posición inicial para evitar enrollar cables de alimentación alrededor del eje de transmisión dentro del tambor. De hecho, los tambores de estos nuevos modelos pueden girar en cualquier dirección.

No Un nombre familiar

La mayoría de los usuarios de máquinas herramienta en los Estados Unidos no conocen bien a Mori-Say como marca de máquinas herramienta. Es probable que ZPS-America y su matriz, TAJMAC Group, tampoco estén familiarizados. TAJMAC (pronunciado TIE-mack) es un grupo multinacional de empresas de construcción, distribución y abastecimiento de máquinas herramienta con sede cerca de Milán, Italia. TAJMAC se formó después de la Segunda Guerra Mundial por Amedeo Tajariol. Su hijo, Andrea, ahora lidera el equipo de gestión en la sede corporativa. El hijo de Andrea Tajariol, Michele, dirige la planta TAJMAC-ZPS en la República Checa.

ZPS (un acrónimo en checo que se traduce como "Plantas de ingeniería de precisión") es la principal planta de fabricación del grupo TAJMAC. Se encuentra no lejos de Zlin, una pequeña ciudad en el centro de la República Checa. Durante años, ZPS ha estado produciendo varios tipos de máquinas-herramienta para marcas privadas por parte de varias empresas estadounidenses y japonesas reconocidas. Por lo tanto, aunque ZPS no esté familiarizado, es probable que muchos clientes de EE. UU. estén familiarizados con estas máquinas bajo otra marca.

ZPS tiene una historia de construcción de máquinas herramienta que se remonta a principios del siglo XX. La producción de equipos CNC comenzó en la década de 1980. Después de la caída del Telón de Acero, ZPS experimentó varios cambios de propiedad. TAJMAC adquirió la empresa en el año 2000.

Parte del complejo ZPS incluye una de las fundiciones más modernas de Europa. Esta fundición produce piezas fundidas para las máquinas multihusillo, así como para muchos otros modelos ZPS y numerosos fabricantes de máquinas herramienta externos. Tener una fundición que sea particularmente experta en el vertido de piezas fundidas de máquinas herramienta es un activo clave para el grupo. Los nuevos husillos múltiples son un buen ejemplo.

Específicamente, el diseño del bloque central, que contribuye significativamente a la rigidez y precisión de toda la estructura de la máquina, requiere una fundición bastante compleja que pocas fundiciones podrían producir de manera confiable y económica, dice Michele Tajariol. Esta pieza fundida permite que el tambor, el bloque central y el acoplamiento del tambor se ensamblen en una configuración que permite que el tambor gire bajo potencia y rompa los engranajes y cojinetes. Estos componentes se mecanizan como un conjunto integral solo después de este período de rodaje. Esto incluye los pasos finales en los orificios del husillo, que se terminan en una gran máquina perforadora de plantilla de alta precisión mientras el tambor con su acoplamiento Hirth está en posición en la pieza fundida. Se dice que este enfoque logra un centrado casi perfecto de los husillos. El resultado es un posicionamiento altamente preciso como el índice de los husillos, lo que permite que las máquinas realicen un mecanizado de alta precisión de piezas de trabajo complejas.

ZPS produce husillos múltiples desde la década de 1950. La empresa había planeado ingresar al mercado estadounidense hace unos 20 años, pero estos esfuerzos nunca despegaron. Sin embargo, Tajmac-ZPS ha reactivado recientemente los planes de marketing en los Estados Unidos. ZPS-America, formada inicialmente a mediados de 2000, construyó un nuevo centro técnico en Indianápolis para albergar una sala de exhibición, instalaciones de capacitación, un inventario de repuestos y una organización de servicio. Este centro abrió el año pasado.

Máquinas que doblan la mente

El Sr. Tessarzyk cree que las máquinas multihusillo con capacidad CNC ampliada generarán un replanteamiento de cómo se puede aplicar esta clase de máquinas herramienta, pero deben ser rentables y confiables. En su opinión, este sería un ejercicio saludable para las empresas de EE. UU., que tienen una fuerte tradición de adaptarse a las nuevas ideas. competidores. Esta agilidad mental e ingenio mantienen a las mejores tiendas y plantas a la cabeza. Es probable que las nuevas máquinas Mori-Say desafíen a los talleres una vez más a pensar en nuevas posibilidades para la producción eficiente de piezas.

El Sr. Tessarzyk dice que estas máquinas alucinantes atraerán a dos clases distintas de usuarios potenciales. Ambos serán desafiados por estas máquinas. Una clase, obviamente, es la comunidad de usuarios actuales de multihusillo. El desafío para ellos será comprender cómo se pueden completar las piezas que requieren muchas operaciones que no sean de torneado en una sola configuración en estas máquinas. La otra clase de usuarios potenciales consiste en talleres de producción que ahora fabrican este tipo de pieza de trabajo en celdas de varias máquinas, máquinas de torneado/fresado o máquinas transfer rotativas. El desafío para estos talleres es considerar una máquina multihusillo en primer lugar. Este tipo de máquina se ha pasado por alto en gran medida porque se supone que las configuraciones son complicadas y requieren mucho tiempo. El pensamiento convencional tiene estos husillos múltiples vinculados a grandes volúmenes de piezas torneadas.

Nuevas estrategias son posibles

Los perfiles de algunos de los primeros adaptadores del CNC Mori-Say TMZ642 muestran cómo estas máquinas pueden mejorar las estrategias de producción. One es un fabricante de accesorios de soldadura que cambió la producción de máquinas mecánicas multihusillos y máquinas torneadoras/fresadoras de gama alta. La otra es una casa de máquinas de tornillo tradicional que se ha diversificado hacia piezas de trabajo más complejas en materiales difíciles de mecanizar.

Trafimet es una empresa italiana que fabrica sopletes, conectores de fuente de alimentación, puntas de consumibles y otros suministros relacionados con la soldadura que se venden en todo el mundo. Su fábrica principal está en Vincenza, aproximadamente a una hora en coche al norte de Milán. Esta planta produce millones de piezas al año, la mayoría de las cuales son conectores, casquillos, adaptadores y puntas de soplete de cobre o latón.

Durante años, la empresa se basó en dos tipos contrastantes de máquinas herramienta para cumplir sus objetivos de producción. Por un lado estaban las máquinas multihusillo:dos máquinas mecánicas de ocho husillos y cuatro máquinas mecánicas de seis husillos, todas dedicadas a la producción de piezas complejas en grandes series de producción. Por otro lado, había varias máquinas de torneado/fresado de un solo husillo y tres torretas, que se usaban para piezas menos complejas fabricadas en tiradas más cortas.

En 2006, la demanda de tomas de corriente y enchufes de la empresa aumentó sustancialmente. Inicialmente, sus ingenieros consideraron un torno automático de ocho husillos para la producción de casquillos, pero les preocupaba la capacidad de cambiar rápidamente de una pieza a otra y decidieron considerar una máquina CNC de varios husillos. ZPS había proporcionado todos los multihusillos mecánicos de la empresa, por lo que era natural considerar la TMZ642 de este constructor, que acababa de ser introducida en Europa. Parecía ser una máquina apropiada para manejar una mezcla diversa de productos en tiradas de 10 000 a 50 000 piezas.

"TAJMAC nos ayudó a pensar de manera diferente sobre nuestros procesos y, por lo tanto, a alcanzar mejores resultados", dice Ugo Simioni, ingeniero industrial de Trafimet. Por ejemplo, la independencia de cada husillo hace posible realizar muchos tipos de mecanizado, incluidas operaciones que requieren una parada del husillo o un husillo del eje C orientado de forma independiente. "Esto convierte a la máquina en un verdadero y completo centro de torneado y fresado", dice el Sr. Simioni.

"En tiempos difíciles, descubrimos que podemos mover algunos productos al multihusillo TMZ y manejar tamaños de lote más pequeños mientras reducimos los tiempos de ciclo por pieza", dice el Sr. Simioni. "Una de nuestras piezas había estado funcionando en un torneado/fresado de un solo husillo con un tiempo de ciclo de aproximadamente 1 minuto. Con un poco de planificación, descubrimos que podíamos hacer la misma pieza de forma económica en lotes de 5000:tiempos de ciclo de 12 segundos —con tres cambios por semana en la nueva máquina". Los ingenieros de Trafimet ya habían determinado que un tiempo de ciclo de 15 segundos le permitiría producir lotes de 10.000 a 20.000 piezas de forma económica. "Los accionamientos de husillo independientes y el sistema de accionamiento avanzado, el uso de ejes adicionales y otras mejoras hacen que la máquina sea extremadamente versátil y nos ha permitido encontrar nuevas formas de reducir los costes del producto", señala.

BRB, ubicado cerca de Bérgamo, Italia, es un buen ejemplo de un taller de mecanizado de tornillos tradicional que se está transformando en piezas complejas de alta precisión fabricadas con materiales difíciles de mecanizar. Esta tienda adquirió su primer Mori-Say TMZ642 en septiembre de 2008.

Tener esta máquina en su lugar le ha permitido al taller ganar pedidos para una manga hidráulica compleja en acero inoxidable. La pieza requiere taladrar varios orificios transversales de diámetro pequeño en diferentes ángulos con respecto a la línea central de la pieza. Debido a que la tolerancia en estos orificios transversales en ángulo es estrecha, la rigidez de la máquina es especialmente importante.

Otra característica fundamental es la capacidad de cada husillo para sujetar la pieza de trabajo de forma segura para operaciones de mecanizado de alto par eficaces en el acero inoxidable. Por ejemplo, se utiliza una herramienta de fresado de tres puntas para formar ranuras en un extremo de la pieza. Por lo general, tales características se producirían con una hoja de sierra circular. Sin embargo, ninguna hoja de sierra podía manejar el acero inoxidable a las velocidades de corte necesarias para cumplir con los requisitos de tiempo de ciclo. De hecho, los tiempos de ciclo de estas piezas son tan cortos que la empresa desarrolló una estación de medición especial para que los operadores pudieran realizar un muestreo de piezas adecuado y documentar los altos números de Cpk especificados para esta pieza.

BRB ve su futuro ligado a la producción de piezas como esta. Debido a que estas piezas normalmente no se producen en máquinas de husillos múltiples, el taller cree que puede ser muy competitivo con las empresas que buscan producir este tipo de piezas en tornos CNC.

Una Oportunidad Histórica

Los talleres de trabajo y las casas de producción pueden estar enfrentando un escenario notable. El aumento de los costos de producción y otros factores hacen que sea menos favorable obtener muchos componentes de fábricas en el extranjero. Los compradores buscarán productores capaces en casa que puedan aprovechar la nueva tecnología, una logística más simple, costos de transporte más bajos y una mejor comunicación para llenar este vacío. Sin embargo, todavía tendrán que acercarse a igualar el "precio de China" para seguir siendo competitivos en sus mercados globales.

El Sr. Tessarzyk cree que esta situación en desarrollo presenta una oportunidad notable para las empresas que se apresuran a adoptar nuevos desarrollos de mecanizado. Por supuesto, las estrategias de procesamiento de piezas que tiene en mente aprovechan la flexibilidad y la capacidad de los husillos múltiples de su empresa, pero este es solo un ejemplo de un cambio en la tecnología que requiere un cambio en la perspectiva y el pensamiento. Los talleres de mecanizado de tornillos tendrán que convertirse en proveedores de producción CNC en tiradas cortas con plazos de entrega cortos. Del mismo modo, los talleres de CNC tendrán que pasar de depender de máquinas simples que realizan maniobras de corte complejas a máquinas más complejas que aprovechan al máximo los movimientos simples.

Un modelo de ocho husillos para piezas grandes y resistentes

Aunque el Mori-Say TMZ867 está haciendo su debut en América del Norte en PMTS (del 28 al 30 de abril de 2009, www.pmts.com), un modelo ya está en exhibición en la sala de exhibición TAJMAC-ZPS en la zona de Milán, Italia. Esta máquina se utiliza para demostraciones y para probar piezas de clientes. Una pieza probada recientemente ejemplifica las capacidades de esta máquina y refuerza el punto de que las aplicaciones para el procesamiento de varios husillos se están moviendo en una nueva dirección.

La pieza es un componente de columna de dirección de acero inoxidable. El alto contenido de níquel y cromo del material de la pieza de trabajo exige un alto par en el husillo. La pieza se producía anteriormente en un torno tipo suizo (cabezal deslizante) de alta resistencia. En esta máquina de "punto único", el tiempo de ciclo fue de 60 segundos. En el multihusillo, son 16 segundos. Ambos tipos de máquinas completan la pieza en una sola pasada. Según el Sr. Tessarzyk, el multihusillo es tan preciso como el torno tipo suizo.

Esta es una pieza inusualmente grande para la producción en un multihusillo. El TMZ867, sin embargo, puede acomodar barras de hasta 72 mm de diámetro y operar como un plato de frente abierto. Las características estándar incluyen ocho husillos horizontales CNC accionados por CA independientes; ocho diapositivas compuestas independientes (X y Z); ocho portaherramientas independientes con ocho herramientas accionadas a 12 000 rpm; cinco herramientas de trabajo posterior (tres impulsadas); y una gama de herramientas VDI preestablecidas y estándar.

El sistema de accionamiento sigue los mismos principios que los pioneros de su hermano pequeño de seis husillos, el TMZ642. Cada uno de los ocho husillos de la máquina está conectado por un eje compuesto a su propio motor en el tambor del husillo, que emplea un acoplamiento Hirth preciso. Esto hace que sea innecesario indexar el tambor al final de cada ciclo de 360 ​​grados; conectar y desconectar los motores a los husillos con cada indexación; o para enfriar el tambor para disipar el calor generado por los motores de husillo.