Configuración para configuraciones individuales

¿Cómo minimiza el costo unitario de piezas complejas que necesitan torneado, fresado y taladrado? Para Steve Hattori, la respuesta es simple:mecanícelos con una sola configuración y haga que esa configuración sea lo más simple posible.

El presidente del taller por contrato Salinas Valley Precision (Salinas, California), el Sr. Hattori, solía necesitar un mínimo de tres máquinas para producir cualquier pieza redonda compleja a partir de un sólido:una sierra de cinta para cortar el material a la medida, un torno y una máquina de mecanizado. centro para agregar pisos y agujeros. Ahora, el taller permite que una sola máquina haga todo este trabajo, convirtiendo el material en barra sin cortar en piezas terminadas automáticamente, reemplazando de manera efectiva numerosas configuraciones con una sola.

"Cualquiera que argumente a favor de la forma antigua nunca ha tratado de mecanizar un carrete de pesca", dice el Sr. Hattori. De hecho, la primera vez que un fabricante local de artículos deportivos le ofreció la parte del carrete de pesca, Hattori la rechazó. En aquel entonces, la pieza era demasiado compleja para ser rentable. Cortado en aluminio sólido con el 90 por ciento del material mecanizado, el carrete de 3,25 pulgadas de diámetro consta de dos pestañas fáciles de deformar de menos de 0,1 pulgada de grosor, conectadas por un núcleo hueco con paredes no mucho más gruesas.

La pieza tiene que ser atacada desde todos los lados. Cada brida está atravesada por 12 orificios, de 0,45 pulgadas de diámetro, que sirven para reducir el peso. La circunferencia del núcleo también incluye 12 ranuras de reducción de peso de forma ovalada. Finalmente, un escariado en una cara incluye 36 dientes para el mecanismo de trinquete de la caña de pescar, además de un orificio de cojinete de ajuste a presión con una tolerancia total de 0,0002 pulgadas de diámetro.

"Y toda esa geometría era solo la mitad del problema", dice el Sr. Hattori. "El resto era tamaño de lote. Podríamos haber maquinado la pieza usando accesorios complejos en el centro de maquinado, junto con el torno CNC que estábamos usando en ese momento. Pero esto habría incurrido en un gran costo de instalación, uno que era imposible de amortizar la tirada pequeña de la pieza suele ser tan baja como 100 piezas".

El Sr. Hattori mecanizó el prototipo del carrete de pesca, pero no se molestó en ofertar por la parte de producción. Al menos, no al principio. Sin embargo, desde entonces, la pieza se ha convertido en una importante fuente de ingresos para el taller de 10 empleados. Eso se produjo después de que el Sr. Hattori reinventara su proceso.

Mecanizado integral

El resultado clave del ingenio del Sr. Hattori es un proceso en el que todas las operaciones de torneado, fresado y taladrado se combinan en una sola máquina, un centro de torneado CNC "Super Quick Turn" (SQT) 15MS-Y de Mazak. Además de llevar un complemento de herramientas rotativas para operaciones de fresado y un segundo husillo opuesto para torneado del segundo lado, la máquina está equipada con un eje Y programable con cuatro pulgadas de carrera. Esta capacidad del eje Y permite realizar operaciones de fresado descentrado mientras la pieza de trabajo aún se encuentra en el husillo principal o secundario.

A través del traspaso automático y coordinado entre los dos husillos, se puede alcanzar cada superficie de la pieza sin intervención humana. Todas las operaciones de torneado, fresado y taladrado se realizan sin "soltar" la pieza, por lo que las referencias críticas de posición de la pieza se mantienen durante todo el proceso de mecanizado.

Los espacios en blanco de la pieza de trabajo se alimentan a la máquina con un alimentador de corte Mazak. Así como la capacidad de fresado y taladrado permite que el centro de torneado ocupe el lugar de un centro de mecanizado, el alimentador de corte elimina la sierra de cinta del proceso y también reduce la demora entre ciclos de piezas consecutivos a solo unos segundos. El Cut-Feeder no solo hace avanzar el material en barra, sino que lo corta a la medida, de 0,60 a 5,11 pulgadas. Ejecuta este corte mientras el SQT mecaniza la pieza actual, luego carga la nueva pieza de trabajo a través del mandril tan pronto como el torno esté listo para el próximo ciclo.

El alimentador automático ayuda a minimizar el tiempo de configuración. La unidad almacena hasta cinco de las barras de 3,25 pulgadas de diámetro utilizadas para carretes de pesca y avanza y corta cada una sin rotación. En lugar de una metodología de alimentación de barra convencional, el alimentador de corte mantiene la barra estacionaria mientras las herramientas de corte giran alrededor del material, introduciendo lentamente hasta que se completa el corte. Debido a que las barras no giran, no se necesita un mecanizado previo para hacerlas redondas (incluso los perfiles cuadrados o hexagonales funcionan). Como resultado, el Sr. Hattori puede simplemente colocar una o más barras en el alimentador y dejar que el centro de torneado las convierta en piezas mecanizadas terminadas. El desbarbado final es la única operación que se realiza fuera de la máquina.

El proceso de maquinado involucra 20 cambios de herramientas pero no requiere un operador, por lo que el Sr. Hattori a menudo lo deja funcionar sin supervisión, recuperando 90 carretes por cada barra de 12 pies que carga.

Regresar a la imaginación

Los carretes salen del centro de giro a razón de uno cada ocho minutos. Aunque el ciclo aprovecha las altas velocidades del husillo de la máquina (5000 rpm para los husillos principal y secundario, 3000 para las herramientas rotativas), el Sr. Hattori acredita la programación creativa como la razón principal por la que el tiempo de ciclo es tan bajo. Hattori, antiguo especialista en mecanizado de una empresa de I+D aeroespacial, abrió su taller hace 10 años para poder seguir diseñando estrategias complejas de mecanizado CNC después de que su empleador cerrara y cerrara.

"El torno multitarea proporciona una mayor recuperación de la imaginación de un programador que cualquier otro que haya usado", dice. "Con tantas opciones en una máquina, siempre hay otra manera, y a menudo una mejor manera, de producir cualquier función".

Por ejemplo, el Sr. Hattori encontró un método inusual para girar las delgadas pestañas del carrete de aluminio a alta velocidad sin deflexión. Después de que todas las características en una cara han sido mecanizadas mientras la pieza está en el mandril principal, el programa del Sr. Hattori hace que el segundo mandril se agarre mientras se mantiene el agarre del mandril principal. Sujetar la pieza por ambos lados de esta manera elimina el problema de deflexión. A medida que los dos ejes giran al unísono, el metal entre las dos bridas se extrae como si fuera una sola ranura de 0,75 pulgadas de profundidad.

La capacidad del eje Y se utiliza para producir las estrías del trinquete. En lugar de indexar la pieza con el husillo para cortar cada hendidura (la forma en que se haría el trabajo en un torno tradicional de herramienta motorizada), el Sr. Hattori hace que el husillo principal mantenga la pieza inmóvil mientras la torreta se mueve de un dentado al siguiente, utilizando la interpolación X-Y. Si bien la torreta hace el movimiento solo un poco más rápido que el husillo de indexación, cuando esa diferencia se multiplica por 36 dientes, la ganancia de productividad es pronunciada.

En otros casos, el eje Y produce características que podrían mecanizarse en una máquina de torneado/fresado convencional de tres ejes (X, Y y C). Un ejemplo es una rueda de trinquete de acero 4340 para el mecanismo de sincronización de un sistema de ensamblaje robótico. La pieza tiene un diámetro de 3,25 pulgadas con un disco de 3/16 de pulgada de espesor y un cubo integral más ancho, y parece una hoja de sierra con 12 dientes alrededor de la circunferencia. El eje Y permite mecanizar 12 caras alrededor de la circunferencia de la hoja. "Cada plano es un corte simple", dice el Sr. Hattori. "Solíamos necesitar un centro de mecanizado para esta pieza, pero ahora que puedo cortarla completa [en una sola configuración], un lote de 100 ruedas tarda tres horas menos en mecanizarse".

Interpolación de tres ejes

Esta parte es otro caso del diablo en las estrías. Para un fabricante local de equipos médicos, el Sr. Hattori produce un soporte de 2 pulgadas de diámetro para la unidad de control de un catéter de mapeo electrónico cardíaco. La mitad de una junta de bisagra que mantiene estable el control en numerosas orientaciones, la pieza presenta una parte plana larga a lo largo de la línea central donde se mecaniza la mitad de la parte superior de la pieza. Este plano forma la superficie donde se juntan las dos mitades de la junta, e incluye un orificio para el pivote que las une. Alrededor de este pivote hay 30 dientes de sierra. Al permitir que la junta se engrane y bloquee en varias posiciones, las estrías forman un patrón de rayos de sol simétrico con el pivote en el centro y se acoplan con un patrón similar en la otra mitad de la bisagra.

"Dos ejes lineales no son suficientes para mecanizar esta función; debe tener tres", dice el Sr. Hattori. "Aunque todas las crestas dentadas se encuentran en el mismo plano, las trayectorias de la herramienta no lo hacen. Usamos una fresa de extremo rectificada a la medida que coincide con el ángulo de la depresión entre dos dentadas, pero incluso con esta herramienta, una trayectoria de herramienta de dos ejes puede 't corte la forma correcta En lugar del pico afilado necesario hasta la circunferencia del patrón, una trayectoria de herramienta de dos ejes produciría un pico en forma de abanico, porque el espacio entre los dos cortes se volvería más grueso a medida que el la herramienta se alejó del cubo".

Para resolver este problema, el Sr. Hattori interpola en tres ejes para hacer cada corte. El diámetro de la herramienta rectificada a la medida es aproximadamente del tamaño de la distancia de pico a pico en la circunferencia. Por lo tanto, el Sr. Hattori comienza en el centro, donde la herramienta corta solo en la punta, y hace avanzar la herramienta hacia abajo en Y a medida que se mueve hacia afuera a lo largo del radio del patrón en X y Z. De esta manera, las estrías mecanizadas tienen la mismo espesor de pico en la circunferencia que en el cubo, y se mecanizan en una sola pasada. La parte de la bisagra de soporte también se mecaniza de forma sólida, comenzando con una barra de aluminio. El tiempo total del ciclo es de unos 12 minutos por pieza.

A diferencia del carrete de pesca, la bisagra de soporte era parte del trabajo estable del Sr. Hattori incluso antes de que comprara el centro de torneado de procesamiento múltiple. Las piezas se cortaron originalmente en un torno CNC y un centro de mecanizado vertical. Para producir la conicidad redonda de la pieza, primero se torneaba. "El perfil suave hizo que la instalación llevara mucho tiempo en el centro de mecanizado vertical", dice el Sr. Hattori. "No podíamos usar un tornillo de banco, así que tuvimos que atornillarlo a un accesorio personalizado".

Ahora, ese problema se ha ido, porque los mandriles del centro de torneado sujetan la pieza tanto para el torneado como para el fresado. "El tiempo de fresado en el SQT es el mismo que en el centro de mecanizado, pero ahora nadie tiene que atornillar y desatornillar la pieza", dice el Sr. Hattori. "Es una gran diferencia. Con solo esa mejora, hemos reducido el tiempo de ciclo de la parte de la bisagra en más del 30 por ciento".