Automatización en aplicaciones de torneado de bajo volumen y alta mezcla

La automatización para aplicaciones de torneado existe desde hace décadas; Los alimentadores de barras, los cargadores de pórtico y los cargadores robóticos son dispositivos de automatización convencionales. Todas son herramientas efectivas en aplicaciones de volumen medio a alto. Pero la adaptación a las presiones del mercado fuerza continuamente a los fabricantes de CNC hacia lotes más pequeños, manejando una gama más amplia de formas y tamaños de piezas. Esta progresión trae consigo nuevos desafíos:

• ¿Cómo afectan los tamaños de lote más pequeños a la opción de automatización óptima para las aplicaciones de torneado?
• ¿Qué tipo de automatización es la más adecuada para procesar una variedad de formas y tamaños de piezas?
• ¿Cuáles son algunas de las mejores prácticas para aprovechar al máximo la inversión en equipos?

La necesidad de automatización

Retrocedamos un momento y veamos el propósito básico de la automatización en el taller. ¿Proporciona un mayor uso del equipo? ¿Mayor capacidad de producción? ¿Costos de fabricación más bajos? ¿Bajar los costos de mano de obra?

La mayoría de los gerentes de talleres de maquinaria dirían que la verdadera razón, el impulso número uno para automatizar, es la falta de mano de obra confiable y calificada. Sin la mano de obra para administrar el negocio, será un negocio más pequeño o estará fuera del negocio. La reducción de los requisitos de mano de obra debe estar a la vanguardia de cualquier proyecto de automatización, especialmente en la fabricación de bajo volumen y mezcla alta.

Pero muchos gerentes de talleres de maquinaria dicen que son reacios a invertir en equipos que reducen la mano de obra. El motivo de esta decisión probablemente se deba a la tendencia a subvaluar el costo de la mano de obra y sobrevaluar el costo del equipo.

Una máquina CNC de $250,000 puede parecer claramente más costosa que un operador de $15/hora. Sin embargo, sumando el costo de los beneficios, los impuestos y la capacitación, el costo neto del operador es de aproximadamente $21/hora. Sin embargo, si no hay mano de obra disponible para hacer crecer el negocio, el valor es significativamente mayor. Al amortizar el costo de la máquina CNC en un período de 15 años y agregar el costo de financiamiento, mantenimiento, energía y alquiler, la máquina CNC cuesta alrededor de $3/hora para tenerla las 24 horas del día, los siete días de la semana, los 365 días del año. días al año. Las inversiones que reducen los requisitos de mano de obra pueden tener un precio alto por adelantado, pero por lo general brindan una excelente tasa de rendimiento.

Mezcla alta, volumen bajo

Una alta mezcla significa muchos tipos diferentes de piezas:barras, ejes, piezas, piezas fundidas y forjadas con muchos tipos diferentes de características.

El volumen bajo representa pequeñas cantidades de lotes. Pero la definición de "pequeño" depende de quién pregunta. En lugar de centrarse en la cantidad de piezas en un lote, a menudo es mejor considerar cuánto tiempo lleva ejecutar el lote, o quizás qué porcentaje del tiempo del lote involucra la configuración. Si el tiempo de configuración es más del 10 por ciento del tiempo de ejecución del lote, el trabajo se encuentra en el ámbito de la fabricación de bajo volumen.

Estas definiciones son importantes porque la fabricación de mezcla alta se basa en equipos de fabricación flexibles, mientras que la fabricación de bajo volumen debe tener un tiempo de configuración bajo. Cuando la fabricación es de alta mezcla y bajo volumen, elegir el mejor equipo puede ser un desafío. Los talleres deben mirar el panorama general y considerar cuidadosamente el costo y la disponibilidad de la mano de obra frente al costo del equipo. Les ayudará a tomar mejores decisiones en los tipos de tornos y automatización que funcionarán mejor para cualquier instalación determinada.

Opciones de torno para alta mezcla, bajo volumen

Subestimar la necesidad de reducir la mano de obra es el mayor error que cometen los talleres al elegir un torno para la fabricación de bajo volumen y alta mezcla. A menudo, evitan las capacidades de molienda a favor de agregar una operación a un molino existente. El costo adicional del husillo secundario, las herramientas de cambio rápido o los mandriles pueden hacer que estas características parezcan lujos innecesarios.
Pero los gerentes de las tiendas rara vez se arrepienten de haber comprado opciones costosas que reducen la mano de obra. Las opciones de máquinas que reducen la mano de obra del operador casi siempre tendrán un ROI alto. Las mordazas de mandril de cambio rápido, las pinzas de cambio rápido y las herramientas de cambio rápido deben instalarse en cualquier torno que realice un trabajo de mezcla alta y bajo volumen. Las opciones que brindan la flexibilidad para procesar piezas en una sola máquina, una sola vez, también tendrán un gran retorno de la inversión.

El subhusillo 'imprescindible'

Casi todas las piezas torneadas requieren dos operaciones. Al automatizar tornos, el subhusillo es una opción particularmente beneficiosa, cuyo valor a menudo se pasa por alto o se malinterpreta. Incluso si el torno solo trabaja con la barra y el husillo secundario simplemente permite retirar la protuberancia de separación, el husillo secundario se amortizará durante la vida útil de la máquina en lugar de que un operador recargue las piezas o esmerile la protuberancia a mano.

La automatización de una aplicación de sujeción es donde un subhusillo realmente paga dividendos. Sin un subhusillo, un robot típico o un cargador de pórtico solo puede completar una sola operación a la vez. Una vez completada la primera operación, el operador debe configurar las mordazas del mandril para la segunda operación, voltear las piezas y volver a cargarlas en la alimentación de entrada.

Al decidir si agregar un subhusillo, se deben considerar estas preguntas:

• ¿Todas las piezas que se van a fabricar se colocarán boca abajo en el lado acabado?
• ¿Las piezas requieren sincronización desde la primera operación hasta la segunda operación, y la alimentación de entrada podrá mantener la sincronización de manera confiable?

Si la respuesta a cualquiera de estas preguntas es no, sin un husillo secundario, la segunda operación deberá cargarse a mano, lo que aumentará la mano de obra y el costo de fabricación.

Alimentador de barras, pórtico o cargador robótico

Generalmente, el tipo de trabajo que se planifica para la máquina dicta el tipo de automatización a elegir. Una mezcla alta significa que se necesita flexibilidad para una variedad de diferentes tamaños y formas de piezas. El bajo volumen requiere tiempos de configuración cortos para manejar lotes pequeños. Desafortunadamente, no existe una decisión de automatización clara para aplicaciones de bajo volumen y mezcla alta. Por lo general, la mejor elección estará determinada por el rango de combinación de piezas que la automatización debe respaldar.

Los alimentadores de barras son la opción de automatización más popular para tornos. Son simples, fiables y asequibles. La principal limitación del alimentador de barras es el tamaño de la pieza, con un diámetro máximo de aproximadamente 4,75 pulgadas. Para aplicaciones de mezcla alta y volumen bajo, los alimentadores de barras de carga corta, accionados por servomotores y estilo revista generalmente proporcionarán la gama más amplia de tamaños de barras con los tiempos de configuración más cortos. Para el trabajo que cae principalmente dentro de las limitaciones del alimentador de barras, es una elección difícil de superar.

Los cargadores de pórtico son otra tecnología comprobada de automatización de tornos. Los cargadores de pórtico a menudo están disponibles directamente del fabricante del torno como una solución integrada, por lo que hay menos preocupación por combinar una pieza complicada de equipo de automatización con un torno CNC complicado. En términos de función, un cargador de pórtico funciona de manera muy parecida a un cargador de robot:recoge una pieza de la alimentación, carga la pieza en el mandril del torno, extrae la pieza del mandril cuando finaliza la operación y coloca la pieza en el fuera de alimentación. Un cargador de pórtico generalmente se configurará con una pinza doble para aumentar la eficiencia. Con una pinza doble, el robot puede descargar la pieza recién terminada mientras sujeta la siguiente pieza para procesar en la otra pinza.

Los cargadores de pórtico generalmente se pueden configurar para hacer funcionar ejes o piezas de trabajo sujetas. Los tiempos de configuración pueden ser relativamente cortos entre piezas similares, pero pueden ser bastante largos para pasar de un eje de 2 pulgadas por 15 pulgadas de largo a un disco de 6 pulgadas de diámetro. Otra limitación de los cargadores de pórtico es que es posible que no puedan manejar algunos tamaños y formas de piezas. Los cargadores de pórtico a menudo usan un cargador de apilamiento para discos que requieren que la materia prima y las piezas terminadas se apilen una encima de la otra.

Los cargadores robóticos, hace unos pocos años, solo estaban disponibles con sistemas totalmente personalizados. Estos eran sistemas de alto costo, destinados a aplicaciones de alto volumen y, en general, no se adaptaban bien a las demandas de alta combinación y bajo volumen. En la actualidad, una serie de nuevos desarrollos tecnológicos han convertido a los cargadores robóticos en una atractiva opción de automatización de tornos para aplicaciones de bajo volumen y alta combinación.

Cargador de cobots

Los robots colaborativos, o cobots, se han convertido en una opción popular porque no requieren medidas de seguridad especiales, son portátiles y relativamente fáciles de programar. Sin embargo, desempaquetar un cobot nuevo y agregarlo a una máquina de automatización productiva de bajo volumen y alta combinación puede ser una tarea abrumadora. El montaje de pinzas y el diseño y la construcción de un alimentador de entrada y salida, abridores de puertas y una interfaz para el CNC no son tareas triviales. En teoría, un cargador cobot puede procesar una variedad de formas y tamaños de piezas; sin embargo, su eficacia depende de cómo se diseñen la alimentación de entrada, la alimentación de salida y la pinza. Los tiempos de configuración dependen de estos mismos factores, pero es probable que sean significativamente más largos en un sistema desarrollado internamente que en un "producto" de automatización.

Cargador de robot en una caja

Robot-in-a-box (RIB) es una nueva categoría de automatización que está ganando terreno rápidamente en el mercado. Un RIB combina un robot industrial con un sistema de seguridad integrado, pinzas, entrada y salida flexibles y una interfaz estándar para máquinas CNC populares. Los RIB generalmente están preprogramados y tienen una interfaz de usuario simple que un operador puede aprender en solo un par de horas. Un RIB normalmente tendrá un sistema de entrada/salida que es más flexible que un sistema de carga de pórtico. Los RIB suelen ser portátiles, lo que permite que un taller adapte la automatización a la mejor máquina para el trabajo. Varios proveedores de RIB han convertido en una prioridad de ingeniería el tiempo de configuración reducido y los sistemas flexibles de entrada y salida. Debido a esto, los RIB generalmente tendrán una ventaja sobre los cargadores de pórtico en un entorno de bajo volumen y alta combinación.

RIB con MultiGrip

MultiGrip es una nueva tecnología de sujeción diseñada específicamente para el mercado de automatización de bajo volumen y alta combinación. Esta sujeción está disponible en el VBX-160, un RIB fabricado por VersaBuilt Robotics. Aunque inicialmente se desarrolló para fresadoras verticales, este producto de sujeción se ha abierto camino en las aplicaciones de torno y ofrece algunas capacidades únicas en comparación con las pinzas robóticas tradicionales. Uno de los problemas con las pinzas tradicionales de tres mordazas es que no siempre son adecuadas para recoger una variedad de formas. Aunque funcionan bien con discos redondos, es posible que no sean adecuados para ejes largos o cualquier parte que no tenga una superficie redonda para sujetar.

La pinza robótica MultiGrip no recoge piezas como una pinza tradicional. En su lugar, toma mordazas MultiGrip mecanizables y utiliza estas mordazas para tomar piezas. Las mordazas se pueden mecanizar fácilmente para que coincidan con una variedad de formas de piezas:ejes, discos y una variedad casi infinita de formas geométricas. Luego, el robot puede cargar la pieza en una pinza existente o mordazas de mandril como un cargador de robot tradicional. Este sistema es esencialmente un cambiador automático de herramientas para el robot, lo que reduce los tiempos de preparación.

Opcionalmente, el torno se puede configurar con mordazas de mandril intermedias MultiGrip. En esta configuración, el VBX-160 puede cargar las mordazas y la pieza directamente en el mandril del torno para su procesamiento. MultiGrip actúa entonces como un cambiador automático de herramientas para el robot y un cambiador automático de mordazas para el torno. El VBX-160 puede eliminar otro paso de configuración y permite que el sistema procese múltiples números de parte en una sola carga. Para aplicaciones de bajo volumen y alta combinación, el sistema se puede cargar al final de un turno con hasta cuatro números de pieza diferentes y procesará automáticamente las piezas, incluida la selección de los programas adecuados en el CNC, para que los operadores sean recibidos con un montón de piezas terminadas por la mañana.

Un VBX-160 con MultiGrip puede procesar ejes de hasta 6 pulgadas de diámetro y 15 pulgadas de largo y discos de hasta 10 pulgadas de diámetro y 6 pulgadas de alto.

En general, el panorama de la fabricación CNC está cambiando. Los clientes exigen piezas más complicadas de los talleres de CNC, con plazos de entrega cortos y lotes pequeños. Al mismo tiempo, cada vez es más difícil encontrar mano de obra para configurar y operar máquinas CNC. Hacer las inversiones adecuadas en herramientas, sujeción y automatización permite a los talleres satisfacer mejor las necesidades de sus clientes, reducir la dependencia de mano de obra difícil de encontrar y aumentar el crecimiento y la rentabilidad de sus negocios.