Revolucionando el Mecanizado: El Centro Innovador que Equilibra Precisión y Flexibilidad

Como sabe cualquier persona involucrada en la fabricación de metalmecánica, la batalla entre la tecnología de mecanizado dedicada y la tecnología de mecanizado flexible continúa librándose en talleres de todo el mundo. La llegada de producciones de alta variedad y bajos volúmenes a la fabricación metalmecánica es inconfundible y, muy probablemente, imparable. Parece impregnar todos los aspectos de las operaciones de mecanizado.

Conceptos Relativos: Alta Variedad y Bajos Volúmenes

Estos términos generales —alta variedad, menores volúmenes— son relativos. Para un taller de moldes, por ejemplo, una cantidad de lote de cinco piezas podría considerarse «alto volumen». En un proveedor de nivel dos (Tier Two), el alto volumen podrían ser 500.000 piezas o más. Y relativamente hablando, ese proveedor Tier Two con 500.000 piezas puede haber ajustado su producción desde un millón previo, basándose en las tendencias manufactureras de las últimas décadas. Hoy, ese mismo «alto volumen» podría ser más como 5.000 piezas. Todo es relativo.

El Multicenter: Puente entre Dedicado y Flexible

En la búsqueda de equipos de capital que permitan a un taller optimizar su producción para reflejar las realidades de las demandas manufactureras actuales, existen muchas configuraciones de máquinas herramienta entre las que elegir. Una de esas diseños es la que presentamos aquí. Se llama Multicenter y ha sido desarrollado para ser una especie de puente entre la producción flexible de alta variedad y la capacidad de mecanizado dedicado de alto volumen.

Transferencia Rotativa Evolutiva

Para conocer más sobre el concepto detrás del Multicenter, hablamos con Maurizio Porta, propietario de segunda generación de Porta Solutions, con sede en Brescia, Italia. Su sede norteamericana está en Newington, Connecticut. Fundada en 1958 por su padre, Oscar, la empresa del Sr. Porta comenzó construyendo máquinas herramienta especiales para diversas aplicaciones y ha visto los cambios en los requisitos de producción dedicada versus flexible.

«Originalmente fabricábamos máquinas herramienta de transferencia rotativa», dice el Sr. Porta. «Esas máquinas reflejaban una época en la que una máquina se construía para fabricar una pieza. La pieza era la reina, y crear herramientas dedicadas diseñadas para optimizar su producción era el nombre del juego».

Tradicionalmente en la tecnología de transferencia rotativa, un taller conseguía un trabajo y luego diseñaba un sistema de producción alrededor de la pieza. Algunos trabajos podían funcionar virtualmente sin cambios durante años. A medida que los ciclos de vida de los productos se han acortado, las máquinas de producción dedicadas se han vuelto menos justificables en coste en muchas aplicaciones, principalmente porque reequiparlas para un nuevo trabajo es difícil, costoso y generalmente simplemente no vale la pena.

En 2005, Porta introdujo su solución al dilema entre máquina dedicada y máquina flexible en forma del Multicenter. La idea era tender un puente entre la tecnología de mecanizado dedicada diseñada alrededor de una pieza específica y una plataforma de centro de mecanizado que pudiera reequiparse fácilmente a medida que cambiaban las mezclas de piezas.

Configuración y Funcionamiento

Centrado en un carrusel de cuatro estaciones, la máquina, en su configuración más popular, cuenta con tres módulos de centro de mecanizado horizontal (HMC). La cuarta estación en la mesa de trabajo es una estación de carga/descarga que puede ser manual o automatizada.

Cada uno de los módulos HMC es capaz de mecanizado de tres o verdadero cuatro ejes en cada estación. Los módulos de centro de mecanizado operan progresivamente, pero se controlan de forma independiente. Con la máquina produciendo una pieza, una pieza en múltiples operaciones, o múltiples piezas diferentes al mismo tiempo. Las cuatro piezas diferentes serían trabajadas por los tres husillos antes de volver a la estación de carga/descarga terminadas.

Con tres husillos, las operaciones de mecanizado pueden variarse según sea necesario, lo que aumenta la flexibilidad de la máquina. Una rotación del portapalets de cuatro estaciones puede producir una pieza completa, cuatro piezas completas o una variación de las cuatro. Sin embargo, el Sr. Porta dice que la mayoría de las aplicaciones utilizan una secuencia de mecanizado progresiva.

El Sr. Porta habla de una aplicación donde el cliente producía tres piezas diferentes en un ciclo del Multicenter. «Estas piezas iban a un ensamblaje, así que cada ciclo de la máquina producía un juego completo de piezas», dice el Sr. Porta. «Después del mecanizado, las piezas se ensamblaban y se enviaban al cliente. Era una aplicación muy eficiente».

Multicenter Comparado con HMCs

Los HMCs están comenzando a ver inversiones aumentadas en talleres que lidian con trabajo de alta variedad y bajo volumen. Tienen flexibilidad inherente y se adaptan fácilmente a la automatización usando sistemas de cambio de palets para transportar el trabajo dentro y fuera de la máquina herramienta. Además, la capacidad de herramientas de corte del diseño horizontal es superior a su mayor competidor, el VMC (Centro de Mecanizado Vertical).

Encuestas realizadas por el negocio interno de investigación de mercado de Production Machining, Gardner Intelligence, muestran un aumento significativo en las proyecciones de compra de HMCs; un 85 por ciento más que las cifras de 2017.

Sin embargo, el Sr. Porta señala que si los volúmenes y la complejidad de la pieza demandan más de un HMC, el Multicenter encuentra su nicho. «Es un puente entre la producción muy alta de una máquina de propósito especial y el menor volumen con flexibilidad de un HMC», dice. «El Multicenter está entre estas dos clases de máquina, y es una máquina herramienta estándar, no una especial, lo que hace que los plazos de entrega sean mucho más cortos».

La máquina está diseñada para un cubo de trabajo de 10 pulgadas, aunque el diseño es escalable para piezas más grandes. Cada uno de los tres centros de mecanizado cuenta con su propio cambiador de herramientas, con una capacidad de 12 herramientas como estándar en cada uno. Mayor capacidad de herramientas, hasta 40 herramientas cada uno, está disponible si se necesita. Cada husillo de máquina tiene tres ejes en la punta de la herramienta y un cuarto eje rotativo está ubicado en cada mesa de trabajo. Todos los ejes son controlados por el CNC FANUC o Siemens de la máquina.

Menor Huella, Menor Consumo Energético

La ventaja de diseño del Multicenter, dice el Sr. Porta, es que un cliente típico para esa máquina, que necesita tres o cuatro HMCs para alcanzar sus números de producción, puede obtenerlos en una sola plataforma. Es más fácil de operar, usa menos energía y ocupa menos espacio en planta.

Los requisitos de espacio de un HMC, con sus áreas asociadas de carga y descarga, no son insignificantes. «Ahora, multiplique ese espacio por tres y las cosas se vuelven bastante grandes», dice el Sr. Porta. «Porque el Multicenter es esencialmente tres HMCs en una sola plataforma, solo ocupa 87 metros cuadrados. Calculamos que tres HMCs típicos, con automatización asociada, ocuparían 240 metros cuadrados».

El Multicenter, comparado con tres centros de mecanizado horizontal independientes, consume un 50 por ciento menos de energía, según el Sr. Porta. Cita cifras de consumo de 51 kWh para el Multicenter versus 120 kWh para tres centros de mecanizado, con producción equivalente.

Estas tasas se justifican por la reducción de accesorios redundantes, dice. Por ejemplo, los centros de mecanizado accionan tres sistemas de automatización, tres transportadores de viruta y tres cambiadores de palet. Además, hay más mantenimiento asociado con tres plataformas versus una.

Dos Tipos de Clientes Objetivo

Según el Sr. Porta, el Multicenter tiene dos clientes objetivo. Como la empresa se construyó sobre alto volumen, maquinaria especial, el Multicenter está diseñado para ser un centro de producción de volumen.

«Algunos de nuestros clientes dedican el Multicenter a una sola pieza, como una máquina especial», dice el Sr. Porta. «Estos talleres están fabricando cantidades automotrices en el rango de 700.000 a 1.000.000 de piezas por año en algunos casos. Las ventajas inherentes de los tres centros de mecanizado en una plataforma —reducción de costes por menos espacio, menos energía y menor mano de obra— siguen aplicándose en estas aplicaciones».

Donde el Multicenter difiere de su ascendencia de máquina especial, es en su capacidad para ser competitivo en coste en aplicaciones de menor volumen. «Algunos de nuestros clientes usan el Multicenter para cumplir órdenes de producción que no son de alto volumen, sino de alta variedad», dice el Sr. Porta.

Para este segundo grupo objetivo, lotes de 500 a 5.000 son típicos. Estos talleres generalmente no fabrican piezas para inventario, sino que cumplen órdenes «puntuales» (spot orders).

Estos talleres tienden a usar la capacidad del Multicenter para responder a órdenes a medida que llegan. Las máquinas en estos talleres de trabajo están equipadas para producción flexible en lugar de producción dedicada.

Sujeción de Cambio Rápido

La estructura del Multicenter es bastante diferente a un HMC. La base de la máquina es una soldadura que el Sr. Porta describe como una estructura de caja cerrada. Dentro de la caja, una mesa rotativa de cuatro estaciones porta los palets de mecanizado. La caja tiene tres paredes con un módulo de centro de mecanizado en cada una con su propio conjunto de guías lineales. La cuarta pared está abierta para que la estación de carga/descarga acceda a la zona de trabajo.

Al desarrollar el Multicenter, Porta ha diseñado el sistema de sujeción para que sea flexible. Montado en cada uno de los tres palets de la máquina hay un receptor que puede indexarse para posición o continuamente para contorneado en eje B por el palet. Los receptores son estandarizados y permanecen en su lugar en el palet.

Las garras para las piezas específicas se montan en el receptor y abren o cierran bajo CNC y la hidráulica es monitorizada constantemente por el control. El cambio se logra simplemente reemplazando las garras en el receptor. Esto resulta en un tiempo de cambio de 30 segundos.

Para acceder a la quinta cara de una pieza, el utillaje está diseñado para indexar 90 grados y exponer ese lado de la pieza al husillo. Aunque esta operación se suele hacer en el husillo tres, puede hacerse en todos los husillos si es necesario. Los utillajes también son capaces de una opción de eje U si se requiere torneado de punta simple para terminar la pieza.

Ejecución del Programa

La programación para el Multicenter de tres husillos es relativamente simple. Cada módulo de centro de mecanizado tiene su propia página en el control FANUC o Siemens, por lo que su programación es básicamente una máquina de tres ejes, con un eje B, a la vez. La programación avanza del husillo uno al dos al tres.

Aunque hay efectivamente tres programas separados ejecutándose simultáneamente, no hay necesidad de un control de sincronización separado. Ambas marcas de CNC que Porta usa operan la sincronización de los programas en segundo plano del control.

Porque la máquina tiene tres husillos y generalmente ejecuta operaciones secuenciales, equilibrar el tiempo de ciclo para eliminar tiempo muerto es importante. Porta ha desarrollado un paquete de software con Microsoft llamado Energy Characterization (Caracterización Energética).

Leyendo el consumo de potencia de los motores de husillo, el software reduce efectivamente la potencia para cortes más ligeros y la transfiere, mediante frenado regenerativo, al husillo que usa más potencia. El resultado neto es un consumo de potencia optimizado.

Porta es compatible con capacidad de conectividad Industria 4.0. Algunos de sus programas de desarrollo son relativamente avanzados. La información disponible, ya sea que la producción sea de 1.000.000 de piezas o 500 piezas, es valiosa para cualquier fabricante. Los datos se unen a la viruta como la moneda de la fabricación metalmecánica.