Técnicas de tallado de engranajes (hobbing) de precisión en centros de torneado

Stock Drive Products (SDP) es un fabricante con un modelo de negocio que cualquier observador externo podría considerar desafiante. La compañía fabrica productos simples, estándar, en grandes cantidades dentro de un país de altos salarios —Estados Unidos.

De hecho, SDP está ubicada en una parte de altos salarios de ese país de altos salarios. La manufactura se realiza en el área metropolitana de Nueva York.

Bob Gaulrapp, capataz de la instalación de mecanizado de la compañía en New Hyde Park, Nueva York, es franco sobre por qué esto es significativo.

"Competimos con los chinos", dice.

Sin embargo, el taller está ganando. El proveedor de componentes de transmisión de Nueva York puede competir en precio contra proveedores extranjeros de los mismos productos, en gran parte debido a un compromiso agresivo con centros de torneado que incluyen capacidad de herramienta viva para fresado y taladrado. El taller usa estas máquinas para realizar la mayor parte o todo el mecanizado de una pieza en una sola configuración. Aún así, consolidar el trabajo de mecanizado de esta manera es solo el principio.

Dos principios vitales

Para exprimir aún más el costo de mano de obra potencial de cada pieza, la instalación está comprometida con dos principios vitales para cómo usa estas máquinas. Son:

1. Evitar programación usando macros.

Este taller no usa CAM. Los programas se construyen a partir de macros que contemplan cada variación de pieza que puede anticiparse. Tales programas consumen tiempo en crearse, pero han probado su eficiencia al permitir a SDP ejecutar diseños de piezas nuevos o modificados con tiempo de programación cero. Hoy, un operador simplemente ingresa las variables para cualquier nuevo diseño de pieza en el CNC, y los programas macro aseguran el mecanizado correcto.

2. Superar posiciones limitadas de herramienta usando accesorios.

La otra forma en que SDP aprovecha al máximo los centros de torneado es equipándolos con todas las herramientas que puede. El taller de New Hyde Park confía en máquinas Mori Seiki que tienen amplias posiciones de torreta para correr cualquier número de pieza particular. Sin embargo, el taller insiste en tener suficientes herramientas para correr cada número de pieza —todas las piezas apropiadas para la máquina. El taller por tanto usa accesorios de MD Tooling que permiten a una sola posición de torreta sostener múltiples herramientas. En SDP, una torreta con 12 posiciones podría fácilmente equiparse con más de tres veces esa cantidad de herramientas. Como resultado, la mano de obra no tiene que gastarse en cambio de utillaje cada vez que cambia un número de pieza.

De hecho, la mano de obra necesaria para enviar la pieza a un proceso de seguimiento también se está reduciendo con estos accesorios, gracias a un accesorio especializado que ahora permite a los tornos SDP realizar hobbing.

La vista macro

El Sr. Gaulrapp ha dedicado considerable atención a lo largo de los años a asegurar que los centros de torneado con herramienta viva de SDP rindan tan eficientemente como lo hacen para la compañía. Él fue quien abogó por este tipo de equipamiento. Abogó por esta marca y estilo de máquinas en particular. El taller realiza la plena promesa de productividad de configuración única en estas máquinas en parte porque, como el Sr. Gaulrapp lo pone, "Tendría huevo en la cara si no lo hiciéramos".

Las 11 máquinas Mori Seiki aquí incluyen modelos NL2000 y NL1500Y. Producen poleas, engranajes y varios otros productos de transmisión estándar que la compañía mantiene en stock. Los clientes ordenan estos componentes de un catálogo SDP tan grueso como una guía telefónica metropolitana.

El Sr. Gaulrapp dice que escribió los programas basados en macros según necesidad en el transcurso de unos 2 años. Al final de ese tiempo, el trabajo acumulado incluía todos los programas necesarios para correr casi cualquier variación en las piezas estándar de la compañía. Como resultado, mientras los nuevos diseños de piezas continúan siendo comunes para la compañía, nuevos programas no lo son. Para un nuevo número de pieza o uno existente, el operador solo ingresa los datos. Las dimensiones de características son parte de los datos, pero ciertas otras variables macro también indican la presencia o ausencia de una característica. Por ejemplo, un operador podría ingresar "1" si una polea tiene buje o "0" si no lo tiene, señalando al programa para ejecutar u omitir esta parte del programa. Así, la mayoría de los nuevos diseños pueden describirse completa y correctamente con solo entrada numérica.

Las macros incluso asignan movimientos de mecanizado a las posiciones de herramienta correctas en la máquina. Las máquinas están equipadas diferente, así que el resultado es un fenómeno que algunos podrían encontrar inquietante: En SDP, el mismo programa corrido en dos máquinas diferentes podría producir trayectorias de herramienta X-Z radicalmente diferentes, porque las macros encuentran las herramientas necesarias en diferentes lugares en los accesorios de torreta de diferentes máquinas.

El complemento de herramientas en cada centro de torneado refleja el compromiso del taller con la producción de configuración única. Un accesorio particular podría dejar correr dos herramientas accionadas desde una estación de herramienta rotativa. Otro accesorio podría permitir una batería de diferentes brocas extenderse desde una sola estación. "Si encontramos una geometría que nos impide mecanizar una pieza con lo que tenemos, entonces compramos un accesorio que nos deja hacerlo", dice el Sr. Gaulrapp. De hecho, el taller se niega a considerar cualquier centro de torneado para compra a menos que la máquina acomode los tipos de accesorios que SDP ha llegado a depender.

Cortando dientes

El accesorio de hobbing ha extendido la concepción del taller de lo que el mecanizado de configuración única podría incluir. El hobbing nunca se vio como una operación que pudiera combinarse con operaciones más típicas de taller de máquinas como torneado, fresado o taladrado. Históricamente el hobbing ni siquiera se ha hecho en el mismo edificio en SDP. En su lugar, el departamento de hobbing ocupa otro edificio en una ubicación diferente, y el taller de New Hyde Park envía trabajo allí rutinariamente. Pero ahora, el hobbing en centros de torneado se ha vuelto rutinario para el taller también.

"Hobbing" es la operación de corte de metal que genera dientes de engranaje usando una herramienta especializada llamada hob. Para realizar hobbing en un centro de torneado, el torno requiere una opción de polígono en su CNC. Para algunas formas de engranaje, el trabajo también requiere que la máquina tenga movimiento en eje Y (además de X y Z). SDP tenía ambas capacidades cuando vio el accesorio de hobbing entre las ofertas de MD Tooling. El taller dio una oportunidad a mecanizar dientes de engranaje en centros de torneado, y encontró la opción tan simple de usar que este medio de hobbing se volvió un hábito.

Una macro para hobbing que muchos de los programas de centro de torneado ahora incluyen consiste no solo en el hobbing mismo, sino también en alimentar la pieza fuera con el alimentador de barra para clearance, torneado la pieza al OD requerido antes de que comience el hobbing, y desbarbado de la pieza después del hobbing para aliviar el borde de salida. Ahora, cualquier lote dado de piezas podría someterse a hobbing ya sea en el departamento de hobbing o en un torno, dependiendo de la programación del torno y la urgencia del pedido. Si la capacidad está disponible para dejar que las máquinas de torneado hagan el trabajo, entonces el Sr. Gaulrapp dice, "Esta es la forma de ir". Cortar dientes en las máquinas de torneado es más barato y rápido que el equipo dedicado —incluso aunque este paso rompa la regla del taller sobre evitar cambio de utillaje entre trabajos.

Otro camino

Este trabajo tiene que romper esa regla porque las torretas ya están tan llenas en SDP que el taller aún no ha encontrado espacio para configurar más de un accesorio de hobbing por máquina. Como resultado, solo un hob puede estar en lugar en cualquier máquina a la vez, requiriendo operadores cambiar el hob al transicionar de una pieza de engranaje a otra.

Aun así, el hobbing de esta manera puede ser dramáticamente eficiente. Una operación de hobbing agrega 35 a 40 segundos por pieza, comparado con la semana de retraso que podría introducirse si una corrida de piezas tiene que enviarse fuera para este trabajo. Las piezas enviadas para hobbing tienen que ser manipuladas antes y después del transporte entre instalaciones, y finalmente también terminan en cola antes de poder ser hobbadas en la máquina programada. Estas causas de retraso introducen costo extra.

Pero el trabajo que aún hace cola en estas máquinas de hobbing dedicadas testifica cuán valiosas son, y cuán valiosas permanecen. El hobbing en un torno no puede proveer un reemplazo al enfoque tradicional de hobbing para SDP —no solo porque la compañía mecaniza demasiados engranajes, sino también porque los centros de torneado se necesitan para demasiadas otras cosas.

El hobbing de la nueva forma en su lugar provee una alternativa. Cuando la capacidad está disponible y cuando la necesidad de velocidad está allí, algunos lotes de piezas en este taller ahora pueden seguir un camino diferente —permitiendo a este fabricante innovador ganar ahorros de costo de mano de obra aún mayores que los que ya ha logrado fuera de sus tornos productivos de configuración única.