Optimización del diseño de piezas y componentes mejora eficiencia y valor

Milltronics Manufacturing Company, un fabricante de máquinas herramienta CNC (controles numéricos computarizados) ubicado en Waconia, Minnesota, es un importante fabricante y comercializador de centros de mecanizado, fresadoras de taller y puente, y tornos de taller de alta calidad y rentables, vendidos tanto en Estados Unidos como en el extranjero.

Durante su historia de casi 25 años, Milltronics ha cambiado su filosofía de marketing varias veces para sobrevivir en un negocio muy competitivo. Originalmente, fabricaban y comercializaban sistemas CNC (una computadora programada con información dimensional que controla los movimientos de fresadoras) a fabricantes nacionales de máquinas herramienta. A medida que más importaciones entraban al mercado, los fabricantes estadounidenses se retiraron, convencidos de que ya no podían competir.

Con un número decreciente de fabricantes nacionales, Milltronics empezó a vender productos llave en mano, instalando sus propios CNC en máquinas importadas. Sanciones gubernamentales adicionales agotaron casi su fuente de máquinas, así como la fuente de hierro para los pocos clientes que les quedaban. En ese punto, su única opción restante era construir las máquinas ellos mismos. Era un camino que muchos habían intentado antes y fallado. La diferencia fue cómo lo hicieron. Milltronics atribuye gran parte de su éxito a mantener el número de piezas en sus máquinas al mínimo y diseñar componentes que resuelvan varias necesidades.

Nombraron su nueva línea de productos "Partner" (Socio), que define la actitud general de la empresa. Milltronics desarrolló "asociaciones" con sus empleados, proveedores y clientes. Esta estrategia, a su vez, influyó en la capacidad técnica, precios competitivos y redefinición de un segmento completo de máquinas herramienta.

Fue a través de esta asociación empresa/proveedor que Milltronics resolvió un problema de ingeniería preocupante que amenazaba la calidad y el diseño futuro de una de sus líneas de productos más populares —los centros de mecanizado CNC. La empresa estaba instalando servomotores DC de escobillas en las máquinas que no podían ofrecer la superioridad técnica y de rendimiento de los servomotores AC.

Cuando el fabricante de máquinas herramienta decidió instalar motores sin escobillas en el centro de mecanizado de la serie VM17, Robert Page, un ingeniero eléctrico responsable de servomotores y accionamientos, se convirtió en parte integral de este cambio de ingeniería. "Habíamos determinado al inicio de este proyecto que el mercado demandaba sistemas sin escobillas", dice el Sr. Page, "principalmente por su velocidad y fiabilidad". Había algunos motores DC de escobillas rápidos en el mercado pero, comparados con la tecnología sin escobillas más nueva, se consideraban anticuados. "En general", señala el Sr. Page, "los motores sin escobillas son más rápidos y se elimina la necesidad de cambiar escobillas o preocuparse por límites de conmutación".

La empresa experimentó con varias combinaciones de servomotores y accionamientos de varios fabricantes durante un período de 18 meses. En algunos casos, probaron productos del mismo fabricante; en otros, los combinaron. "Nuestros resultados no fueron tan buenos", afirma el Sr. Page. "Seguíamos teniendo problemas y continuamos investigando opciones más fáciles de usar y más fiables".

La empresa comenzó a analizar el Sistema Servo Sigma de Yaskawa Electric (Northbrook, Illinois), una combinación compacta de alto rendimiento de servomotores sin escobillas acoplados con amplificadores totalmente digitales flexibles. La familia de productos Sigma proporcionaba mayor par a inercia, mayor par por longitud y mayor par por dólar que otros sistemas que analizaron.

Peter Gennuso, gerente de ventas regional, Grupo de Ventas de Máquinas Herramienta de Yaskawa, concertó la entrega de servomotores sin escobillas, accionamientos y cables a Milltronics para instalación en un centro de mecanizado programado para envío a la feria IMTS en septiembre de 1996. "Estaba muy impresionado con la velocidad y el rendimiento general de este modelo prototipo", afirma el Sr. Page. "Generó un tremendo interés de los clientes en la feria que se estaban volviendo más astutos en ese momento sobre la tecnología y rendimiento de motores AC digitales sin escobillas".

Los representantes técnicos de Yaskawa también fueron muy solidarios. "Siempre que pedíamos ayuda, se presentaban inmediatamente aquí para trabajar con nuestra gente. Sé que un técnico pasó dos días en nuestras instalaciones para asegurar que los accionamientos estaban totalmente emparejados apropiadamente", dijo el Sr. Page. "El soporte siempre ha sido muy bueno —una de las cosas que nos gustó desde el principio. Se desvivieron por proporcionarnos diferentes modelos de servo Sigma de Yaskawa para pruebas en nuestras unidades prototipo, y no dudaron en recuperar los que no elegimos. Yaskawa nos dio las herramientas que necesitábamos para hacer el descubrimiento inicial y poner las cosas en marcha. La curva de aprendizaje fue rápida gracias a su esfuerzo de ingeniería y el conocimiento técnico que proporcionaron en la planta".

"Nuestras pruebas de ingeniería usando servomotores y accionamientos sin escobillas mostraron excelentes resultados", añadió el Sr. Page. "Funcionaron exactamente de la misma manera cada vez que se encendían —de una máquina a la otra. Ha hecho mi vida mucho más fácil porque ahora no tengo que afinar los servomotores y accionamientos. Son absolutamente uniformes y siempre funcionan".

Recientemente, Milltronics ha estado haciendo pruebas mucho más rigurosas para asegurar que sus máquinas sean precisas. Una de las más rigurosas es la prueba de bola barra Renishaw. La máquina se programa para cortar un círculo que se mide para circularidad para ver qué tan cerca está de ser teóricamente perfecto. Esta es una operación difícil para los motores de máquinas herramienta para impulsar y controlar. Es exhaustiva, ya que mide todos los aspectos de la máquina. Según el Sr. Page, los servomotores sin escobillas están entregando círculos redondos y suaves —cada vez.

La configuración del sistema, ajuste de parámetros, auto-ajuste, monitorización de rendimiento y resolución de problemas son mucho más fáciles con SVMON, el paquete de software del Sistema Sigma. "Es muy fácil de usar", señaló el Sr. Page. "SVMON permite conectar un cable RS-232 al frente del accionamiento, y descargar los parámetros en unos 15 segundos. Se mantiene un archivo de parámetros para cada eje de estas máquinas, así que solo encendemos los accionamientos, descargamos los parámetros, y están listos para funcionar".

Tim Rashleger, director de operaciones, pensó al principio en la fase de pruebas que los motores y accionadores sin escobillas Sigma Servo y, concurrentemente, el nivel de tecnología superior que proporcionan, serían demasiado caros —que iba a costar demasiado, y la curva de aprendizaje podría ser demasiado larga para poner el producto en marcha. Pero resultó ser todo lo contrario. "El coste de ir con los motores Yaskawa Sigma Servo fue en realidad menor que el esfuerzo anterior", dijo. "Creo que cae en cuatro categorías. Primero, la curva para poner el producto a punto y listo fue muy rápida. Segundo, el precio fue mejor de lo que pensábamos. Cuando el precio se factorizó en nuestras cifras de volumen, fueron fáciles de justificar. Tercero, técnicamente en planta, los motores y accionamientos Sigma Servo se ensamblan más rápido y se prueban más rápido. La resolución de problemas es mínima porque funcionan. Y cuarto, cuando salen al campo no tenemos costes de reemplazo y servicio y, por consiguiente, clientes insatisfechos. Así que resulta que el coste global de usar servos Sigma de Yaskawa es favorable frente a lo que podría ser tecnología inferior.

La línea de productos de Milltronics se divide en centros de mecanizado y máquinas de taller. Dos tercios de su negocio provienen de la línea de centros de mecanizado y un tercio se genera de los productos de taller. Hay seis modelos de centros de mecanizado Milltronics, que van desde 25x16 pulgadas hasta 100x30 pulgadas de recorrido de mesa, y hasta 20 caballos de fuerza para mecanizado pesado. Todos estos, con la excepción de un modelo de nivel de entrada, se fabrican con motores y accionamientos Sigma Servo. "Desde el punto de vista de fabricación, ha sido muy productivo para nosotros construir varios modelos con los mismos servomotores", dice el Sr. Rashleger. "Anteriormente, teníamos que comprar varios tamaños diferentes de DC en mayores cantidades para obtener mejores precios, y luego mantener un gran inventario. Debido al valor de Yaskawa en el rango de 40 y 50 pulgadas, podemos cubrir varios modelos de máquinas con un solo producto servo".

Los avances rápidos de la máquina VM16 con servomotores DC es de 400 pulgadas por minuto (ipm). La mayoría de los otros centros de mecanizado en la línea de productos que usan Yaskawa son sustancialmente más altos —unos 800 ipm siendo típico. "Cuando vendes una máquina con 400 ipm versus una que presenta 800 ipm, esa es la diferencia que hacen los servos AC de Yaskawa comparados con los DC de escobillas", explica el Sr. Rashleger. "No estamos realmente presionando ninguna tecnología más allá de lo razonable, y la fiabilidad de ambas tecnologías, francamente, es muy buena. Sin embargo, un cliente que necesita producción de una máquina, o está haciendo esquinas a alta velocidad, va a ver la característica de 800 ipm favorablemente.

"Además, la velocidad de avance en esquinas al cortar metal realmente se expande en los servos AC digitales. Esto sería muy exigente para los DC. Por otro lado, los servos AC, debido a su menor inercia y muy alto rendimiento, sobresalen en proyectos que requieren procesamiento de alta velocidad y mecanizado tridimensional.

"Hemos tenido servos Yaskawa Sigma en el campo ahora por más de seis meses, así que hay un número significativo en uso", señala el Sr. Rashleger, "y nunca he tenido un solo informe de uno siendo infra-dimensionado. Lo que sea que publiquen, la especificación tiende a ser muy conservadora. A veces, había preguntas previamente sobre el empuje de la máquina cuando se usaban DCs del mismo tamaño, pero eso no ha sido una consideración con servos y accionamientos Sigma sin escobillas. Y eso es significativo.

"La fiabilidad de estos productos ha sido excepcional —por encima de cualquier cosa que hayamos usado en términos de uso. Nuestro departamento de servicio informó cero fallos en campo en los primeros seis meses de envíos, lo cual, francamente, es fenomenal.

"Hemos notado que algunos de nuestros competidores han empezado a fabricar algunos de sus propios servos", dijo el Sr. Rashleger. "Hemos revisado esta opción, y simplemente no tiene sentido. Aprender esta tecnología —dominarla y maximizarla— simplemente no es una experiencia en la que sintamos que deberíamos gastar nuestros recursos. Los productos son muy competitivos. Yaskawa está mucho más versado en producir este producto técnicamente correcto que cualquier empresa privada de máquinas herramienta. En nuestro punto de vista, no es factible diseñar y fabricar esto nosotros mismos, y continuaremos suministrando esta parte de la máquina herramienta. Para hacer el corazón de nuestros centros de mecanizado lo mejor posible, hemos seleccionado servos Yaskawa.

"Ya hemos determinado que cambiar a servos Sigma sin escobillas fue una muy buena decisión para la empresa", declaró el Sr. Rashleger. "Estamos muy entusiasmados con lo que ha hecho por nosotros. Solo desearíamos haber hecho el cambio seis meses antes, porque estamos pagando precios por otras decisiones. El hecho de que el 100 por ciento de nuestro uso de accionamientos AC digitales sea Yaskawa realmente declara la confianza que tenemos en el producto y la relación comercial".

Las máquinas de taller son increíblemente competitivas, así que cada dólar cuenta en esta línea de productos. Los requisitos en estas máquinas típicamente están en el ámbito de la tecnología DC.

"Milltronics fabrica sus propios sistemas CNC, así que los avances técnicos en los productos de Yaskawa son realmente apreciados", dice el Sr. Rashleger. Milltronics introdujo recientemente un control Centurion de alta velocidad con tecnología de vanguardia, incluyendo características como gráficos 3D en color y contorneado de alta velocidad. Pero todavía no rendiría al máximo a menos que se emparejara con un servo con la misma tecnología mejorada. Incorporar las dos tecnologías ha dado a Milltronics una ventaja líder en rendimiento. Los centros de mecanizado con este nivel de rendimiento típicamente cuestan el doble.

"Lo que es emocionante de nuestra empresa es que hay fabricación real ocurriendo", dijo el Sr. Rashleger. "Estamos demostrando que la tecnología existe en América para que una empresa blue chip fabrique con éxito productos de calidad orientados al valor y los comercialice mundialmente. Pensamos que la base de fabricación es lo más emocionante que está ocurriendo". MMS