Un tipo diferente de centro de mecanizado

Como cualquier persona involucrada en la fabricación metalúrgica sabe muy bien, la batalla entre la tecnología de mecanizado dedicada y la tecnología de mecanizado flexible continúa en los talleres de mecanizado de todo el mundo. La afluencia de alta mezcla y bajos volúmenes en la fabricación metalúrgica es inconfundible y, muy probablemente, imparable. Parece impregnar todos los aspectos de las operaciones de mecanizado.

Estos términos generales (mezcla alta, volúmenes bajos) son relativos. Para un taller de moldes, por ejemplo, una cantidad de lote de cinco podría considerarse "de alto volumen". En un proveedor de nivel dos, el alto volumen podría considerarse 500.000 piezas o más. Y en términos relativos, el proveedor de nivel dos con 500 000 piezas puede haber ajustado su producción de 1 000 000 de piezas anteriores en función de las tendencias generales de fabricación de las últimas décadas. Hoy, ese mismo “gran volumen” podría ser más como 5,000 piezas. Es relativo.

En la búsqueda de equipos de capital que permitan a un taller optimizar su producción para reflejar las realidades de las demandas de fabricación actuales, hay muchas configuraciones de máquinas herramienta entre las que elegir. Uno de esos diseños que presentamos aquí. Se llama multicentro y ha sido desarrollado para ser una especie de puente entre la producción flexible de alta mezcla y la capacidad de mecanizado dedicada de alto volumen.

Transferencia Rotatoria Morphing

Para obtener más información sobre el concepto detrás de Multicenter, hablamos con Maurizio Porta, propietario de segunda generación de Porta Solutions, con sede en Brescia, Italia. Su sede norteamericana se encuentra en Newington, Connecticut. Fundada en 1958 por su padre, Oscar, la empresa del Sr. Porta comenzó a construir máquinas herramienta especiales para diversas aplicaciones y ha visto los cambios en los requisitos de producción dedicados frente a los flexibles.

“Originalmente, fabricábamos máquinas herramienta rotativas de transferencia”, dice el Sr. Porta. “Estas máquinas reflejaban una época en la que se construía una máquina para fabricar una pieza. La pieza era el rey, y crear herramientas dedicadas diseñadas para optimizar su producción era el nombre del juego”.

Tradicionalmente, en la tecnología de transferencia rotativa, un taller obtenía un trabajo y luego diseñaba un sistema de producción en torno a la pieza. Algunos trabajos pueden ejecutarse prácticamente sin cambios durante años. A medida que los ciclos de vida de los productos se han acortado, las máquinas de producción dedicadas se han vuelto menos justificables en costos en muchas aplicaciones, principalmente porque reacondicionarlas para un nuevo trabajo es difícil, costoso y, por lo general, simplemente no vale la pena el esfuerzo.

En 2005, Porta presentó su solución a la máquina dedicada frente a una máquina flexible en forma de Multicenter. La idea era unir la tecnología de mecanizado dedicada diseñada en torno a una pieza específica con una plataforma de centro de mecanizado que pudiera modificarse fácilmente a medida que cambiaban las mezclas de piezas.

Centrada en un carrusel de cuatro estaciones, la máquina, en su configuración más popular, cuenta con tres módulos de centros de mecanizado horizontales. La cuarta estación en la mesa de trabajo es una estación de carga/descarga que puede ser tripulada o automatizada.

Cada uno de los módulos HMC es capaz de mecanizar tres o cuatro ejes reales en cada estación. Los módulos del centro de mecanizado funcionan de forma progresiva, pero se controlan de forma independiente. Con la máquina produciendo una parte, una parte en múltiples operaciones o múltiples partes diferentes al mismo tiempo. Los tres husillos trabajarían en las cuatro partes diferentes antes de volver a la estación de carga/descarga.

Con tres husillos, las operaciones de mecanizado se pueden variar según sea necesario, lo que aumenta la flexibilidad de la máquina. Una rotación del transpaleta de cuatro estaciones puede producir una pieza completa, cuatro piezas completas o una variación de las cuatro. Sin embargo, el Sr. Porta dice que la mayoría de las aplicaciones utilizan una secuencia de mecanizado progresiva.

El Sr. Porta habla sobre una aplicación en la que el cliente produjo tres piezas diferentes en un ciclo del Multicenter. “Estas piezas entraron en un ensamblaje, por lo que cada ciclo de la máquina producía un conjunto completo de piezas”, dice el Sr. Porta. “Después del mecanizado, las piezas fueron ensambladas y enviadas al cliente. Fue una aplicación muy eficiente”.

Multicéntrico comparado con HMC

Los HMC están comenzando a ver mayores inversiones en talleres que se ocupan de un trabajo de alta mezcla y bajo volumen. Tienen una flexibilidad inherente y se adaptan fácilmente a la automatización utilizando sistemas de transporte de palés para transportar el trabajo dentro y fuera de la máquina herramienta. Además, la capacidad de la herramienta de corte del diseño horizontal es superior a la de su mayor competidor, el VMC.

Encuesta realizada por Production Machining El negocio de investigación de mercado interno de Gardner Intelligence muestra un aumento significativo en las proyecciones de compra de HMC; 85 por ciento más que las cifras de 2017.

Sin embargo, el Sr. Porta señala que si los volúmenes y la complejidad de la pieza de trabajo exigen más de un HMC, el Multicenter encuentra su nicho. “Es un puente entre la producción muy alta de una máquina de propósito especial y el menor volumen con flexibilidad de un HMC”, dice. “La multicéntrica se encuentra entre estas dos clases de máquinas, y es una máquina herramienta estándar, no una especial, lo que hace que los plazos de entrega sean mucho más cortos”.

La máquina está diseñada para un cubo de trabajo de 10 pulgadas, aunque el diseño es escalable para piezas más grandes. Cada uno de los tres centros de mecanizado cuenta con su propio cambiador de herramientas, con una capacidad estándar de 12 herramientas en cada uno. Más capacidad de herramientas, hasta 40 herramientas cada una, está disponible si es necesario. Cada husillo de la máquina tiene tres ejes en la punta de la herramienta y un cuarto eje giratorio está ubicado en cada mesa de trabajo. Todos los ejes están controlados por el CNC de FANUC o Siemens de la máquina.

Menos huella, menos energía

La ventaja del diseño del Multicenter, dice el Sr. Porta, es que un cliente típico de esa máquina, que necesita tres o cuatro HMC para alcanzar sus números de producción, puede obtenerlos en una sola plataforma. Es más fácil hacer funcionar la máquina, usa menos energía y ocupa menos espacio en el piso.

Los requisitos de espacio de piso de un HMC, con sus áreas de carga y descarga asociadas, no son insignificantes. “Ahora, multiplique ese espacio de piso por tres y las cosas se vuelven bastante grandes”, dice el Sr. Porta. “Debido a que el Multicenter es esencialmente tres HMC en una sola plataforma, solo ocupa 87 metros cuadrados. Calculamos que tres HMC típicos, con la automatización correspondiente, ocuparían 240 metros cuadrados".

El Multicenter, en comparación con tres centros de mecanizado horizontales independientes, consume un 50 por ciento menos de energía, según el Sr. Porta. Cita cifras de consumo de 51 kWh para el Multicenter frente a 120 kWh para tres centros de mecanizado, con producción equivalente.

Estas tarifas se justifican por la reducción de accesorios redundantes, dice. Por ejemplo, los centros de mecanizado impulsan tres sistemas de automatización, 3 transportadores de virutas y tres cambiadores de tarimas. Además, hay más mantenimiento asociado con una plataforma de tres versus una.

Dos clientes objetivo

Según el Sr. Porta, el Multicentro tiene dos clientes objetivo. Como la empresa se basó en maquinaria especial de alto volumen, el Multicenter está diseñado para ser un centro de producción de volumen.

“Algunos de nuestros clientes dedican el Multicenter a una sola pieza, como una máquina especial”, dice el Sr. Porta. “Estos talleres fabrican cantidades de automóviles en el rango de 700 000 a 1 000 000 de piezas por año en algunos casos. Las ventajas inherentes de los tres centros de mecanizado en una plataforma (reducción de costos por menos espacio en el piso, menos energía y menos mano de obra) aún se aplican en estas aplicaciones”.

Donde Multicenter se diferencia de sus ancestros de máquinas especiales, es su capacidad para ser competitivo en costos en aplicaciones de menor volumen. “Algunos de nuestros clientes utilizan el Multicenter para cumplir con pedidos de producción que no son de gran volumen, sino más bien de alta combinación”, dice el Sr. Porta.

Para este segundo grupo objetivo, los lotes de 500 a 5000 son típicos. Estas tiendas generalmente no fabrican piezas para el inventario, sino que cumplen con los pedidos "al contado".

Estos talleres tienden a usar la capacidad del Multicenter para responder a los pedidos a medida que ingresan. Las máquinas en estos talleres están equipadas para una producción flexible en lugar de una producción dedicada.

Sujeción de piezas de cambio rápido

La estructura del Multicenter es bastante diferente a la de un HMC. La base de la máquina es una pieza soldada que el Sr. Porta describe como una estructura de caja cerrada. Dentro de la caja, una mesa giratoria de cuatro estaciones transporta las paletas de mecanizado. La caja tiene tres paredes con un módulo de centro de mecanizado en cada una de las paredes con su propio juego de guías lineales. La cuarta pared está abierta para que la estación de carga/descarga acceda a la zona de trabajo.

Al desarrollar el Multicenter, Porta ha diseñado el sistema de sujeción de piezas para que sea flexible. Montado en cada una de las tres paletas de la máquina hay un receptor que se puede indexar por posición o continuamente para contornear en el eje B por la paleta. Los receptores están estandarizados y permanecen en su lugar en el palé.

Las abrazaderas para las piezas de trabajo específicas se montan en el receptor y se abren o cierran bajo el CNC y el sistema hidráulico es monitoreado constantemente por el control. El cambio se logra simplemente reemplazando las abrazaderas en el receptor. Esto da como resultado un tiempo de cambio de 30 segundos.

Para acceder al quinto lado de una pieza de trabajo, el accesorio está diseñado para indexar 90 grados para exponer ese lado de la pieza al husillo. Si bien esta operación generalmente se realiza en el eje tres, se puede realizar en todos los ejes si es necesario. Los accesorios también son capaces de una opción de eje U si se requiere un giro de un solo punto para terminar la pieza.

Ejecución del programa

La programación del Multicenter de tres husillos es relativamente sencilla. Cada módulo del centro de mecanizado tiene su propia página en el control de FANUC o Siemens, por lo que su programación es básicamente una máquina de tres ejes, con un eje B, a la vez. La programación avanza desde el husillo uno hasta el dos y el tres.

Aunque efectivamente hay tres programas separados que se ejecutan simultáneamente, no hay necesidad de un control de sincronización separado. Las dos marcas de CNC que utiliza Porta operan la sincronización de los programas en el fondo del control.

Debido a que la máquina tiene tres ejes y generalmente ejecuta operaciones secuenciales, es importante equilibrar el tiempo del ciclo para eliminar el tiempo muerto. Porta ha desarrollado un paquete de software con Microsoft que se llama Energy Characterization.

Al leer el consumo de energía de los motores del husillo, el software reduce efectivamente la energía para cortes más ligeros y la transfiere, a través del frenado regenerativo, al husillo que usa más energía. El resultado neto es un consumo de energía optimizado.

Porta es compatible con la capacidad de conectividad Industria 4.0. Algunos de sus programas de desarrollo están relativamente avanzados. La información disponible, ya sea que la producción sea de 1.000.000 de piezas o de 500 piezas, es valiosa para cualquier fabricante. Los datos se unen a los chips como la moneda de cambio de la fabricación metalúrgica.