Elevando los Multihusillos CNC: Perspectivas desde EMO 2017

Una visita a EMO debería estar en la lista principal de cualquiera para ver lo último en tecnología de mecanizado. Es una enorme feria comercial de fabricación, celebrada por última vez en septiembre de 2017 en Hannover, Alemania. Para máquinas de producción multihusillo, el Pabellón 17, dedicado a máquinas herramienta multihusillo, era una visita obligada para todos los entusiastas de la tecnología de mecanizado de producción, incluyendo periodistas de todo el mundo.

Dediqué suficiente tiempo para explorar este pabellón masivo y me detuve en el stand de Schütte, donde se producían piezas rotacionales complejas mediante corte en seco en la última incorporación a su cartera de máquinas, la AC10-36 multi. La nueva máquina ofrece ocho husillos para mayor productividad en piezas de hasta 40 mm de diámetro. Llamó mi atención, no por su alta complejidad, sino por la velocidad con la que producía piezas. En tres segundos, la pieza completa, incluyendo operaciones de mecanizado frontal y trasero, salía de la máquina, terminada y lista para ser enviada al cliente.

Ocho Husillos lo Hacen Posible

La AC10-36 de Schütte ofrece ocho husillos y hasta dos contrahusillos para mecanizado trasero. «Para el mecanizado trasero, que puede ser un cuello de botella en producción si se necesitan varias operaciones para terminar la pieza con el contrahusillo, la AC10-36 ofrece dos contrahusillos que pueden trabajar simultáneamente en dos piezas», explica Wilfried Rupp, gerente de marketing de Schütte. «Si la decisión es ejecutar doble mecanizado trasero, tenemos la solución. Hay ocho posiciones de carro transversal disponibles, cada una con la posibilidad de tener múltiples herramientas. Dos de los ocho carros transversales pueden equiparse para trabajo en posiciones de husillo principal o contrahusillos para dar mecanizado trasero simultáneo. Cuando se completan las operaciones de trabajo frontal, ambos contrahusillos agarran una pieza cada uno de las posiciones siete y ocho y dos piezas se completan simultáneamente».

Ese es el secreto detrás del tiempo de ciclo de 3 segundos para la pieza demostrada en el stand de la empresa. Después de varias operaciones de mecanizado en los husillos principales incluyendo torneado de diámetros interiores y exteriores, torneado de perfil, ranurado y taladrado, la pieza se transfiere a los contrahusillos para operaciones de mecanizado trasero.

Alta Tecnología se Encuentra con Diseño Tradicional

Aunque la tecnología de ocho husillos no es nueva —Schütte ha ofrecido ocho husillos en sus máquinas multihusillo de las series G y PC durante muchos años—. La máquina ACX, que está disponible globalmente ahora, es el resultado de desarrollos continuos de los tornos automáticos multihusillo CNC de seis husillos de la serie SCX de la compañía, introducidos en 2006. Para saber más, visité la sede de Schütte en Colonia, Alemania, para experimentar la máquina en producción de primera mano.

Fundada en 1880, el negocio familiar ha estado produciendo tornos automáticos multihusillo desde 1937. En 1940, se construyó el primer multihusillo automático con un carro longitudinal controlado independientemente —un principio que más tarde se conocería como el «Diseño Schütte»—. Nuestro anfitrión, el Sr. Rupp, explica que el Diseño Schütte incluye una disposición dividida de las unidades de mecanizado para mecanizado longitudinal y transversal en dos bancadas de máquina. El husillo y la cabeza de accionamiento están montados sobre una base de compuesto mineral fundido resistente a la torsión y vibración y conectados por una viga de soporte longitudinal robusta. Esto crea un marco de lazo cerrado que garantiza una distribución óptima de fuerzas y un alto grado de rigidez. Este diseño proporciona a la máquina un alto nivel de estabilidad, que se refleja no menos en una alta capacidad de arranque de material.

Una característica adicional de los automáticos multihusillo de Schütte es el «Bloque Schütte». «Esto da a nuestros carros longitudinales un alto grado de precisión y longevidad y hace posibles operaciones de taladrado sofisticadas». A menudo, clientes no demasiado familiarizados con nuestras máquinas, por ejemplo, los de China, preguntan por qué la empresa eligió este diseño particular. La respuesta es que es un diseño tradicional, probado, que da a las máquinas Schütte una precisión inigualable y es altamente valorado por los clientes, dice el Sr. Rupp.

Con el paso del tiempo, la producción industrial reflejó la necesidad de piezas más complejas en lotes más pequeños, ciclos de vida más cortos y un entorno altamente competitivo. Estas necesidades enfocaron a la empresa para desarrollar la serie SCX de máquinas multihusillo CNC de seis husillos. En la serie SCX, todo lo no directamente relacionado con la producción de la pieza se ha eliminado del área de mecanizado. No hay refrigerante, líneas de lubricación o cables dentro de la zona de trabajo para recoger virutas. Además, los carros transversales y longitudinales están equipados con unidades de herramientas estándar, cada una con la capacidad de sostener múltiples herramientas. Estas unidades intercambiables pueden incluir unidades para torneado, taladrado, fresado, tallado de engranajes, torneado esférico y poligonal o la mayoría de otras necesidades accionadas o estacionarias.

¿Por qué tardó 10 años en lanzar una variante de ocho husillos de la exitosa serie de tornos automáticos multihusillo CNC SCX al mercado? El Sr. Rupp explica: «Una máquina de ocho husillos es mucho más compleja que una de seis husillos. Hay que programar y controlar hasta 85 ejes, lo cual solo es posible usando una triple NCU en la serie Siemens 840D Solution Line. Al mismo tiempo, hay que ofrecer la misma interfaz de operador fácil de usar a la que están acostumbrados nuestros clientes».

La configuración, operación y programación de las máquinas CNC ACX se realizan con la ayuda de la interfaz de usuario SICS desarrollada por Schütte. Está óptimamente ajustada al rango de funciones del automático multihusillo ACX. SICS proporciona a los operadores los menús de entrada y operación predefinidos para sus tareas. La coordinación y distribución de datos a los sistemas de control y canales individuales se ejecuta en segundo plano y no es visible para el usuario.

El material generalmente se suministra a la máquina ACX en forma de material en barra con un diámetro de hasta 42 mm. Como alternativa a la barra, un suministro automatizado de brutos o semi-elaborados mediante dispositivos de alimentación individuales es posible. Las piezas terminadas salen de la máquina según los requisitos del cliente mediante una tolva, transportador de descarga o se depositan de manera orientada en palets. Estaciones de limpieza y medición pueden configurarse según los requisitos respectivos de la pieza e integrarse en el sistema de manejo de piezas terminadas.

La Ventaja de Ocho Husillos

Las máquinas ACX están diseñadas para mecanizado completo —el lado frontal y trasero de la pieza se completan en un solo ciclo. De importancia decisiva es el posible trabajo simultáneo de ocho husillos principales y hasta dos contrahusillos, explica el Sr. Rupp. Todos los husillos están equipados con accionamientos directos refrigerados por líquido —manteniendo el crecimiento térmico en el portahusillos al mínimo— que permiten velocidades de husillo libremente seleccionables independientemente unos de otros. Con un par de 85 Nm, presentan una dinámica y tracción particularmente altas.

La máquina puede operarse como una máquina de ocho husillos para piezas complicadas que requieren mecanizado extensivo, o como una máquina de doble cuatro husillos, donde en realidad funciona como dos máquinas trabajando juntas simultáneamente en una sola plataforma. Cada segundo, una estación de herramientas siempre tiene acceso simultáneo a las mismas herramientas. Como resultado del mecanizado de doble cuatro husillos, la máquina produce dos piezas terminadas por rotación del tambor. En mecanizado trasero doble, hay ocho posiciones de husillo disponibles para mecanizado frontal de la pieza y dos posiciones de husillo para mecanizado trasero, y todos trabajan simultáneamente.

Más aumentos de productividad pueden lograrse con carros adicionales opcionales en las posiciones siete y ocho en la posición de corte. «Esta característica permite al usuario implementar tanto una operación adicional de mecanizado trasero como pre-corte simultáneo de una pieza siguiente durante el mecanizado del lado trasero de la pieza», dice el Sr. Rupp.

Unidades de Mecanizado

La construcción básica de la AC10-36 sigue el concepto clásico del automático controlado por levas, donde ocho husillos indexan en un tambor de husillos de precisión que se bloquea con gran repetibilidad por un robusto acoplamiento Hirth. Los carros transversales para mecanizado exterior permiten mecanizado en ejes X, Z e Y en las posiciones uno a ocho. El carro del eje X se mueve radialmente a la línea central del husillo sobre guías lineales. El movimiento del eje Z usa un diseño de canilla hidrostática que viaja paralela a la línea central del husillo y pasa a través del portador del eje X a 90 grados. Ambos ejes son accionados electromecánicamente. Usando interpolación, estos permiten movimiento de contorno X-Z en las ocho estaciones.

Las torretas de herramientas modulares del carro transversal pueden llevar una o más herramientas al corte en cualquiera de las ocho estaciones, potencialmente multiplicando el número de herramientas que pueden usarse en una estación dada. Esta flexibilidad permite realizar múltiples operaciones en una sola estación u ofrece la opción de tener herramientas redundantes para operación desatendida.

Cada carro transversal puede proporcionar capacidad de mecanizado en eje Y. Además de su movimiento lineal, el eje Z puede disponerse para pivotar. Este movimiento permite posicionar una segunda o tercera herramienta o más herramientas en la pieza. También permite fresado en eje Y por interpolación entre el eje X lineal y el eje C rotativo.

El acoplamiento Hirth se usa para aceptar torretas configuradas de diversas formas que portan herramientas de corte usadas para una estación dada. Como en la serie SCX, las torretas estándar ACX incluyen dispositivos para taladrado (descentrado), taladrado profundo, roscado, taladrado angular, taladrado transversal, fresado de contorno, tallado de engranajes, torneado multi-filo, torneado esférico y poligonal (transversal) así como carros transversales (mecanizado frontal) para herramientas accionadas y estacionarias. Esencialmente importante: todas las unidades pueden usarse independientemente unas de otras en cada posición de husillo.

La conexión estándar permite posicionar cualquier torreta en cualquier carro transversal. Este diseño modular es adecuado tanto para herramientas estacionarias como accionadas. Para herramientas accionadas, un motor integral se monta en la canilla del eje Z y genera 8.500 rpm. Las líneas de refrigerante también se enrutan a través de la canilla, manteniendo la zona de trabajo despejada. Refrigerante a través de herramienta hasta 100 bar está disponible.

Las torretas de carros transversales y longitudinales usan portaherramientas de corte HSK o Capto para sujeción sólida y cambio rápido. Interfaces de herramientas de corte estándar y precisas fomentan el uso de preajustadores de herramientas fuera de línea para acelerar los cambios de herramienta en la máquina.

Área de Mecanizado de Libre Acceso

Para acomodar el cambio, se eliminó del área de trabajo de la máquina todo lo no directamente relacionado con el mecanizado de piezas. El área de corte cerrada no contiene componentes de accionamiento o guías, líneas de lubricación o refrigerante, ni cableado. Es una zona de trabajo limpia que facilita mejor el acceso para cambio rápido de utillaje y permite buena evacuación de virutas. La zona de trabajo abierta y limpia también da al usuario libertad para añadir o quitar diversas configuraciones de mecanizado.

«En caso de acumulación de virutas, no hay obstrucciones en el área de eliminación de material debido a carros, accesorios de accionamiento, cables o líneas», explica el Sr. Rupp. «El riesgo de daño o destrucción de cables o mangueras por virutas calientes o durante la puesta a punto de la máquina ya no existe. Los nidos de virutas son cosa del pasado. Esto mejora claramente la fiabilidad y disponibilidad de los accesorios y reduce significativamente los tiempos improductivos requeridos para eliminar virutas y nidos de virutas. Para muchos talleres, esto es invaluable porque la operación automática fiable solo puede lograrse si se resuelve el problema de la evacuación de virutas. Y todo esto con el conocimiento de que los materiales difíciles de mecanizar se usan cada vez más. Esto no es solo un reto real con respecto a la capacidad de la máquina, sino también con respecto a las virutas, que a menudo son largas y por tanto difíciles de evacuar. La disposición de los sistemas de accionamiento y guía fuera del área de mecanizado también previene efectivamente la contaminación de estos elementos críticos y así elimina el peligro de desgaste prematuro».

La serie ACX de Schütte está disponible para distribución mundial. Su diseño de ocho husillos sirve a las necesidades de producción flexible, menor volumen, mayor variedad cada vez más encontrada en talleres metalmecánicos. Además, el ocho husillos también cubre las necesidades de producción de alto volumen usando sus capacidades de mecanizado adicionales para piezas complejas.