Cómo las Máquinas Herramienta Multitarea Transforman los Talleres de Manufactura Modernos

La disponibilidad de una variedad de configuraciones de máquinas herramienta multitarea permite a los talleres seleccionar la mejor combinación de componentes y capacidades para sus aplicaciones específicas.

Los avances continuos en la tecnología de máquinas herramienta multitarea están llevando a los talleres a niveles de productividad más altos que nunca. La capacidad de producir piezas de la más alta complejidad en una sola configuración, limitando la intervención humana y ahorrando tiempo sustancial, proporciona incluso a talleres pequeños una solución rentable para competir en el desafiante entorno de manufactura actual.

Con una variedad de configuraciones disponibles y constructores que continúan ofreciendo nuevos diseños, los talleres deberían poder encontrar la combinación correcta de componentes y capacidades para satisfacer sus necesidades. Joe Wilker, gerente de grupo de producto en Mazak Corp., nos ofreció algunos pensamientos sobre el estado actual de la tecnología multitarea y cómo los talleres pueden aprovecharla mejor.

Nuevas Características en Máquinas Multitarea

Entre las muchas características que los talleres han llegado a buscar en multitarea están husillos de torneado gemelos y múltiples torretas de herramientas con estaciones de herramientas rotativas y capacidad de eje Y fuera de centro, junto con husillos de fresado de eje B inclinables/rotativos, mesas rotativas/inclinables y almacenes de herramientas de gran capacidad. Según el Sr. Wilker, desarrollos más recientes incluyen torretas de motor integral estilo cam de rodillos, torretas inferiores mejoradas, husillos de fresado de accionamiento directo y contrapuntos de taladrado controlados por servo. Capacidades avanzadas adicionales incluyen fresado simultáneo usando torretas superiores e inferiores y operaciones de taladrado largo.

Las torretas de motor integral que usan sistemas de accionamiento de cam de rodillos anti-retroceso entregan indexación digital suave, de alta velocidad y alta precisión, así como expansibilidad. Tales torretas versátiles típicamente albergan 12 posiciones de herramienta con la capacidad de expandirse hasta 24. La mayor capacidad de herramientas iguala tiempos de corrida ininterrumpidos más largos y la capacidad de usar más herramientas comunes, lo que ayuda a reducir el inventario total de herramientas. Este diseño de torreta elimina la necesidad de acoplamientos curvic/índice, y la expansibilidad es posible porque la torreta indexa digitalmente a cualquier posición sin cambios en su carcasa. Y una vez en posición, sistemas de sujeción hidráulica integral se usan típicamente para asegurar máxima rigidez.

Como es el caso con sus contrapartes superiores, el Sr. Wilker afirma que las torretas inferiores en máquinas multitarea también continúan evolucionando y expandiéndose en términos de capacidades, junto con sus capacidades de herramientas. Las torretas inferiores son ahora más robustas y potentes y típicamente ofrecen hasta nueve posiciones de herramienta con opciones para husillos de fresado en vivo.

Algunos constructores de máquinas configuran torretas en ángulos de 45 grados. Este diseño maximiza las capacidades de carga de mecanizado de la torreta y proporciona amplia accesibilidad al husillo de la máquina y espacio para transferencias de piezas de husillos de torneado principal a secundarios.

Para mayor productividad y versatilidad de procesamiento de piezas, las torretas inferiores pueden trabajar simultáneamente con torretas superiores en la misma pieza de trabajo. O, las torretas inferiores pueden trabajar en combinación con un husillo de fresado de la máquina que puede aplicarse a cualquiera de los lados del cabezal de la máquina para reducir aún más los tiempos de ciclo de mecanizado.

Las torretas de máquinas multitarea de hoy cuentan con husillos de herramientas rotativas que implementan tecnología de accionamiento directo que las hacen más rápidas y potentes que sus predecesoras. Los motores de fresado de accionamiento directo entregan rpm de husillo hasta un 24% más rápidas, junto con niveles de par hasta un 60% más altos. Estas capacidades equivalen a aumentos en versatilidad de procesamiento, productividad y vida de herramienta junto con calidad mejorada de acabado superficial de la pieza. Los talleres pueden adquirir máquinas multitarea con husillos de herramientas rotativas de torreta que entregan 10 hp y 6,000 rpm como estándar. O pueden optar por aquellos que entregan hasta 10,000 rpm y generan hasta 52 pies-libra de par.

Los últimos contrapuntos accionados por servo NC permiten procesos automatizados. Estos contrapuntos son totalmente programables y funcionan en sus propios servomotores AC y husillos de bolas. A través de programas de pieza, los contrapuntos pueden extenderse a posiciones conocidas y con tasas de avance de aproximación especificadas y hacer contacto con piezas de trabajo a presiones de sujeción consistentes. Debido a sus sistemas de accionamiento independiente positivos, estos contrapuntos también pueden taladrar agujeros en líneas centrales de ejes, añadiendo versatilidad a los trabajos que una máquina multitarea puede procesar.

En la mayoría de instancias, los ajustes de empuje del contrapunto son ajustables en incrementos de pies-libra de fuerza específicos. Esta característica permite a los talleres establecer niveles de empuje según el material y forma de la pieza de trabajo para eliminar el riesgo de daño de la pieza mientras simultáneamente proporcionan sujeción y soporte seguros. O, los talleres pueden ajustar configuraciones de empuje sobre la marcha mientras los contrapuntos están enganchados, permitiendo operaciones de taladrado, mandrinado y bruñido que de otra manera involucrarían herramientas en la torreta de herramientas de la máquina. Así, los contrapuntos con tal capacidad operativa, a su vez, abren posiciones en torretas de máquinas herramienta.

A medida que un número creciente de talleres enfrentan piezas de trabajo de tipo eje más largas, grandes y complejas, las máquinas multitarea pueden ofrecer longitudes de cama extendidas combinadas con innovaciones como almacenes de herramientas/taladros largos. Estas máquinas aumentan significativamente la velocidad y eficiencia de procesamiento para esas piezas desafiantes.

Para operaciones de agujeros profundos, los almacenes de herramientas largas permiten a las máquinas manejar y almacenar múltiples herramientas — típicamente hasta tres, cada una de aproximadamente 40 pulgadas de longitud. Los almacenes están ubicados sobre el segundo husillo de la máquina o, dependiendo de la versión de la máquina, su contrapunto para mantener las herramientas bien fuera del camino, pero rápidamente y fácilmente accesibles.

Máquinas Multitarea en Aplicaciones Médicas

Lowell Inc. eliminó operaciones manuales y aumentó el rendimiento general con tres máquinas multitarea que proporcionan capacidad completa de procesamiento de piezas en una sola configuración.

Un taller está aprovechando los beneficios del mecanizado multitarea — eliminando operaciones manuales y aumentando el rendimiento general — en la producción de sus piezas más desafiantes. Lowell Inc. es un fabricante por contrato médico en Minneapolis, Minnesota, especializado en dispositivos implantables como implantes ortopédicos para mercados de columna, trauma y extremidades y partes cardiovasculares para soporte circulatorio mecánico y reparación de válvulas. Estos ensamblajes multi-componente típicamente muy complejos, como tornillos pediculares, placas cervicales, conectores cruzados y dispositivos de asistencia ventricular izquierda (LVAD), son casi todos sistemas de múltiples piezas en los que los componentes individuales deben funcionar correctamente cuando se combinan entre sí. Los diseños varían de cliente a cliente, así que básicamente cada trabajo en Lowell es personalizado.

La demanda de personalización y ajustabilidad, junto con dispositivos más pequeños para cirugía mínimamente invasiva, presenta desafíos de mecanizado notables. Una vez que el taller descubre cómo sujetar estas piezas pequeñas, debe mecanizar características diminutas, intrincadas y altamente complejas en ellas, regularmente usando herramientas de corte menores a 1 mm de diámetro.

Para manejar estas piezas desafiantes, Lowell instaló tres máquinas multitarea Mazak Integrex i-150, agrupadas en una configuración de celda. Las máquinas proporcionan capacidad completa de procesamiento de piezas en una sola configuración para eliminar operaciones manuales y aumentar el rendimiento general. Simplifican la sujeción de trabajo a solo pinzas y mandrinos; manejan fácilmente piezas que varían de un cliente a otro; y, en muchas instancias, reducen los tiempos de ciclo de mecanizado de piezas.

Cada Integrex i-150 cuenta con un husillo de torneado controlado por CNC de eje C, husillo de fresado vertical de eje B y centro de soporte de pieza/visor trasero para torneado, multi-cara, multi-ángulo y contorneado completo de cinco ejes. Lowell optó por husillos de fresado de alta velocidad de 20,000 rpm y almacenes de carga frontal de 72 herramientas para sus máquinas también.

Los husillos de fresado se inclinan desde -10 grados hasta +190 grados, y los mandrinos de eje C cuentan con orificios pasantes amplios que acomodan diámetros de barra hasta 2.56 pulgadas. Para operaciones fuera de centro, las máquinas entregan rangos de eje Y de ±3.94 pulgadas. Recorridos de ejes de 14.57 pulgadas en X, 17.13 pulgadas en Z y diámetro máximo de giro de 15.75 pulgadas permiten a las máquinas procesar una gama de tamaños y formas de piezas, todo dentro de una huella de 91.3 pulgadas por 99.6 pulgadas.

Con las tres máquinas configuradas idénticamente y dispuestas cerca unas de otras, los maquinistas pueden moverse fácilmente de máquina a máquina sin tener que aprender una máquina o lenguaje de programación completamente diferente.

En los Mazak, Lowell genera prácticamente todas las piezas desde barra de 0.375 pulgadas a 1.250 pulgadas de diámetro. Los alimentadores de barra LNS Quick Load Servo 65 alimentan automáticamente barras de 40 pulgadas de largo en las máquinas. El taller eligió varias opciones de máquina que mejoran aún más el rendimiento de la máquina. Estas incluyen enfriadores de refrigerante, escalas en todos los ejes y características avanzadas de control CNC para mecanizado de alta velocidad.

La máquina multitarea QTN350-II MSY cuenta con capacidades de fresado y eje Y así como un segundo husillo de torneado, permitiendo a LCP Machine Inc. mecanizar características muy pequeñas y altamente complejas en componentes de implantes médicos.

La Defensa También Da un Giro

Otro taller, LCP Machine Inc. de Bunnell, Florida, es proveedor de Nivel II y III en aeroespacial y defensa, así como Nivel I en petróleo y gas. Actualmente procesa más de 200 trabajos individuales diferentes por mes, con cantidades que van desde uno a 10,000 piezas. Algunos trabajos se repiten, pero la mayoría son únicos.

La compañía tiene 14 máquinas Mazak, las más recientes siendo una máquina multitarea Quick Turn Nexus (QTN) 350-II MSY y algunos centros de mecanizado verticales de cinco ejes completos Vertical Center Universal (VCU) 400 5X y 300 5X. La máquina multitarea cuenta con capacidades de fresado y eje Y así como un segundo husillo de torneado para procesar cada una de las piezas de LCP en una sola configuración.

Otras máquinas en la planta incluyen QTN multitarea con capacidades de fresado, centros de mecanizado verticales Vertical Center Nexus (VCN) de tres ejes y un centro de mecanizado vertical VCN Compact.

LCP fabrica la mayoría de sus piezas de aluminio, aleaciones de acero inoxidable y níquel, junto con latón, cobre y varios tipos comunes de plásticos. Las piezas miden desde 0.030 pulgadas hasta 18 pulgadas de diámetro, y 60 pulgadas de largo. Las tolerancias pueden variar desde ±0.001 pulgadas hasta tan ajustadas como 0.0002 pulgadas, y los tiempos de mecanizado varían desde 10 segundos hasta hasta ocho horas.

Usando tecnologías como multitarea y mecanizado de cinco ejes completo, el taller a menudo completa piezas en configuraciones únicas. Una de esas piezas es un recinto para un dispositivo de sonar militar mecanizado en el QTN, que fue adquirido específicamente para ese trabajo y puede producir la pieza a la mitad del costo de las capacidades anteriores del taller. El taller produce alrededor de 10,000 de estas piezas por año.

La pieza de sonar requiere torneado OD e ID y algo de fresado. El verdadero desafío es el acabado superficial ID, que LCP primero pensó que requeriría que la pieza se enviara fuera para bruñido. La operación de bruñido habría agregado tiempo extenso al trabajo. Pero conociendo las capacidades del QTN, LCP explicó al cliente que adquirir la máquina permitiría hacer la pieza en una sola operación manteniendo el acabado superficial requerido solo en las áreas necesarias, manteniéndose bien dentro del punto de precio del cliente mientras dejaba a LCP un margen de ganancia cómodo. La máquina puede completar una de estas piezas en minutos.

Como taller de precisión en la producción de componentes aeroespaciales y de defensa, junto con los de petróleo y gas y otras industrias, LCP sabe que sus clientes continuarán exigiendo mayor calidad y precios más bajos. Depende de la tecnología multitarea para cumplir con estos requisitos.

Haciendo Más con Menos

Cuando los constructores de máquinas herramienta refinan y mejoran los diseños de máquinas multitarea, la versatilidad de procesamiento aumenta, y los beneficios centrales de la multitarea se mejoran aún más. Combinar operaciones reduce inexactitudes que pueden ocurrir al mover piezas a través de múltiples estaciones de trabajo y elimina el inventario en proceso que podría persistir entre máquinas herramienta independientes. Como se ve en muchos casos, las máquinas multitarea están permitiendo a los talleres lograr más con menos y aumentar la competitividad.