El futuro del mecanizado automatizado: Mejorando precisión y eficiencia

VISIÓN GENERAL DEL MECANIZADO Y ATENDIDO DE MÁQUINAS

El mecanizado es el proceso de eliminación de material de un "bruto" metálico para producir una forma compleja deseada.

Atendido de máquinas se refiere a la operación automatizada de máquinas herramienta industriales en una planta de fabricación, principalmente usando sistemas de automatización robótica. Si bien la carga y descarga es la función principal de los sistemas de atendido de máquinas

A menudo un robot realiza otras funciones valiosas dentro del sistema de automatización como entrega y remoción autónoma de piezas de vehículos desde la celda. Otras tareas pueden automatizarse e integrarse dentro de la visión holística de fabricación incluyendo inspección CMM / piezas, medición, soplado, lavado, desbarbado y acabado, clasificación, marcado láser ID, envasado y envío.

Beneficios de los sistemas de atendido de máquinas incluyen:

1. productividad aumentada
2. mano de obra directa disminuida
3. corridas de máquina más largas — 24/7
4. utilización de máquina mejorada
5. costes de producción totales disminuidos
6. calidad de producto mejorada
7. seguridad de máquina mejorada
8. flexibilidad operacional
9. optimización de inventario

Debido a la sofisticación, funcionalidad y costes asociados con sistemas de atendido de máquinas, la mayoría de fabricantes requieren un proceso de aprobación de capital antes de invertir donde la gerencia ejecutiva debe aprobar la compra. Típicamente, se calcula un ROI (retorno de inversión) para justificar la compra. Futura Automation está equipada para asistir con captura de costes actuales y cálculo de ROI.

https://www.youtube.com/watch?v=po7wByneVeY

FRESADO VERTICAL — 4 O 5 EJES?

En la fresadora vertical el eje del husillo está orientado verticalmente. Los cortadores de fresado se mantienen en el husillo y rotan en su eje proporcionando una dimensión "A". Una mesa de avance proporciona X, Y en una fresadora de 3 ejes y una dimensión Z en una de 4 ejes. El husillo es un eje rotatorio y generalmente puede bajarse (o la mesa subirse, dando el mismo efecto relativo de acercar el cortador más o menos profundo en la pieza), permitiendo cortes de inmersión y taladrado. Hay dos subcategorías de fresadoras verticales: la fresadora de bancada y la fresadora de torreta.

Cuando un eje "B" también rota, entonces hay 5 ejes de movimiento. Una máquina de 5 ejes proporciona infinitas posibilidades en tamaños y formas de piezas que puede procesar efectivamente. El término "5 ejes" se refiere al número de direcciones en que la herramienta de corte puede moverse. En un centro de mecanizado de 5 ejes, la herramienta se mueve a través de los ejes lineales X, Y y Z así como rota en los ejes A y B para aproximarse a la pieza desde cualquier dirección. En otras palabras, puede procesar cinco caras de una pieza en una sola configuración.

FRESADO HORIZONTAL —

Una fresadora horizontal tiene el mismo tipo pero los cortadores están montados en un husillo horizontal (ver fresado de arbor) a través de la mesa. Muchas fresadoras horizontales también cuentan con una mesa rotativa integrada que permite fresado en varios ángulos; esta característica se llama mesa universal. Si bien las fresas de extremo y otros tipos de herramientas disponibles para una fresadora vertical pueden usarse en una horizontal, su verdadera ventaja radica en cortadores montados en arbor, llamados fresas laterales y frontales, que tienen una sección transversal similar a una sierra circular, pero generalmente más anchas y de menor diámetro.

Fabricantes Clave de Máquinas:

• Mazak: HC, MEGA, UN
• Toyoda: 400, 500, 630, 850, 1000, 1250, 1600mm palets
• Hurco: HM1700i
• Haas: 40-Taper, 50-Taper
• DMG Mori: NH, NHX, DMC, DMU
• Okuma: LB, LT, MULTUS
• Matsuura: H-Plus

CENTRO DE TORNEADO —

El torneado es un proceso de mecanizado usado para hacer piezas cilíndricas en el que la herramienta de corte se mueve linealmente mientras la pieza rota. Comúnmente realizado con un torno, el torneado reduce el diámetro de una pieza a una dimensión especificada y produce un acabado suave. Un centro de torneado es un torno con control numérico computarizado (CNC). Los centros de torneado sofisticados también pueden realizar una variedad de operaciones de fresado y taladrado. Las máquinas de fresado de 5 ejes pueden configurarse como centro de torneado, y la mayoría de fabricantes de máquinas de 5 ejes ofrecen una versión de centro de torneado.

Fabricantes clave:

• Mazak: HQ, INTEGREX, MULTITEX, ORBITEC, QT
• Okuma: GENUS, MULTUS, LB, LT, LU, V40R
• Hurco: TM, TMX, TMM
• Matsuura: CUBLEX
• DMG Mori: NT, NTX, NZX, CTX, WASINO

FRESADO/ROUTING —

Un router de control numérico computarizado (CNC) es una máquina de corte controlada por computadora que típicamente monta una herramienta de router como husillo usada para cortar diversos materiales, como madera, compuestos, aluminio, acero, plásticos, vidrio y espumas. Los routers CNC pueden realizar las tareas de muchas máquinas de carpintería como sierra de panel, moldeadora de husillo y taladradora. También pueden cortar ensambles como mortajas y tenones.

MÁQUINAS DE MOLDEO POR INYECCIÓN Y FUNDICIÓN A PRESIÓN

El moldeo por inyección es el proceso de forzar plástico (o metal en el similar proceso de "fundición a presión") en un molde. Las dos mitades de un molde se sujetan en su lugar con fuerza suficiente para resistir el proceso de inyección. Una vez completada la inyección, los moldes se separan y las piezas se remueven. "Angus" (sprue), "Compuertas" (gates) y "Rebabas" (flash) también requerirán remoción. Los moldes de máquinas de inyección pueden sujetarse en posición horizontal o vertical. La mayoría de máquinas son horizontalmente orientadas, pero las verticales se usan en aplicaciones de nicho como moldeo con insertos, permitiendo a la máquina aprovechar la gravedad. Algunas verticales tampoco requieren que el molde sea sujeto. Hay muchas formas de sujetar las herramientas a los platos, la más común siendo abrazaderas manuales (ambas mitades atornilladas a los platos); sin embargo, abrazaderas hidráulicas (topes usados para mantener la herramienta en su lugar) y abrazaderas magnéticas también se usan. Las abrazaderas magnéticas e hidráulicas se usan donde se requieren cambios rápidos de herramienta.

ALMACENAMIENTO AUTOMATIZADO Y TRANSPORTE DE PALETS

Los Sistemas de Gestión de Palets son un medio para almacenar piezas mientras están en el proceso de mecanizado y alimentar automáticamente esas piezas a la máquina herramienta tanto por transportador como finalmente un brazo robótico (llamado "atendido") con utillaje apropiado que alimenta la pieza con herramientas de sujeción de trabajo, como OMIL, en la máquina herramienta.

Trinity Automation ha desarrollado tres niveles diferentes de gestión de palets para una variedad de casos de uso y volúmenes de mecanizado.

Trinity Automation: AX1, AX2, AX5

El AX1 es un sistema compacto de gestión de palets de alta velocidad diseñado para convertir centros de mecanizado CNC más pequeños en sistemas de producción totalmente automatizados, ideal para series Haas DT & DM, Fanuc Robodrill y sistemas similares.

El AX2 es un sistema de gestión de palets de tamaño medio, con rango de tamaño hasta 16" de diámetro por 9" de alto. Adecuado para carga lateral del Haas UMC-500, o centros de mecanizado verticales como Haas VF2 o YCM NXV1020A.

El AX5 es un sistema de gestión de palets más grande, adecuado para carga lateral del Haas UMC-750, o centros de mecanizado verticales como Haas VF4. El AX5 es la solución definitiva para llevar su negocio de mecanizado al siguiente nivel.

ACABADO: DESBARBADO Y PULIDO

Las piezas procesadas a menudo requieren algún grado de acabado antes de aplicación o venta. El desbarbado puede considerarse un acabado grueso y podría involucrar rectificado o tumbado en medios. El pulido es otro medio de acabado, especialmente por razones cosméticas. Para piezas de moldeo por inyección / fundición a presión, también hay un proceso de desangre, remoción de rebabas o angus. Los palets usados para transportar piezas al proceso de mecanizado también pueden usarse para transportar las mismas piezas mecanizadas a una estación de desbarbado o pulido.

INSPECCIÓN DE CALIDAD Y CMM

Muchos fabricantes también requerirán inspeccionar al 100% componentes fabricados para calidad o adherencia a especificaciones de fabricación estrictas. Hay varias herramientas para lograr inspección automatizada, entre ellas visión artificial y Máquinas de Medición por Coordenadas (CMM). En todos los casos, la manipulación de piezas dentro y fuera de las herramientas de inspección puede realizarse automáticamente con un brazo robótico. Las piezas pueden transportarse a una estación de inspección por los mismos palets usados para mecanizado.

ETIQUETADO DE IDENTIFICACIÓN AUTOMATIZADO

Hay varias técnicas para marcar piezas terminadas con números de modelo y serie. Entre estas están impresión láser, micropunteado, etiquetado RFID e impresión por tinta, en orden inverso de popularidad.

ROBOTS MÓVILES AUTÓNOMOS (AMR)

Otra herramienta para agilizar la fabricación y reducir coste laboral es el Robot Móvil Autónomo (AMR). Esta es una tecnología aún en desarrollo para transportar producto en la planta sin necesidad de transportadores ni montacargas manuales. Un AMR puede mover producto a pie de máquina desde otro proceso o desde pie de máquina a almacenamiento, envasado o envío.

CÓMO ELEGIR UN SISTEMA?*

El éxito en fabricación siempre será sobre beneficios, también conocido como Retorno de Inversión (ROI). Hay dos elementos de Retorno o Beneficio, que son Ingresos menos Gastos. Los Gastos pueden dividirse a su vez en dos partes, Directos e Indirectos (Overhead). El gasto directo ocurre en la planta y es el coste real de fabricar un componente. El gasto directo también puede dividirse en dos partes: mano de obra y capitalización (depreciación). La mano de obra incluye no solo paga por hora, sino también beneficios, impuestos de empleo y costes de soporte adicionales incluyendo riesgos de seguridad. La mano de obra repetitiva y simple que puede ser reemplazada por una máquina debería serlo para competitividad global.

Algunos talleres aún permanecen atados a sus formas tradicionales, creyendo que tecnologías familiares los verán a través de nuevos retos. No será así — al menos no en el mercado global actual. Reconocer nueva tecnología, como los avances en CNC, es una decisión estratégica que asegura la competitividad futura de una empresa.

Justificar nueva tecnología es un proceso de múltiples pasos:

Paso 1: Entienda sus costes
Use un sistema de costeo transparente, evalúe todos los factores de coste incluyendo mano de obra directa "todo incluido" o totalmente cargada, evalúe cómo la nueva tecnología puede mejorar el flujo de caja, y calcule coste por pieza y la influencia de la inversión en nueva tecnología sobre coste de producción y retorno de inversión.

Paso 2: Entienda beneficios potenciales de tecnología CNC
Algunos beneficios medibles incluyen productividad aumentada, tiempos de configuración y cambio de herramienta reducidos, tiempo de actividad mejorado, rendimiento, tasa de desperdicio y costes de herramienta, mientras se reduce la carga de costes de mantenimiento y preparación de trabajos.

Igualmente importantes, algunos beneficios intangibles de CNC incluyen calidad, precisión y acabado superficial mejorado, sin depender de habilidad del operador. También puede mejorar flexibilidad de proceso, con utillaje de cambio rápido preestablecido con insertos estandarizados y torneado de punta simple en lugar de costosas herramientas de forma.

Paso 3: Entienda costes de equipos antiguos
Equipos antiguos significan eficiencias más modestas, tiempos de configuración más largos de lo planeado, requiriendo habilidades que desaparecen para configurar y operar. Igualmente importante, los equipos antiguos no pueden mantener tolerancias estadísticamente, y producen piezas de desecho excesivas, dañando eficiencia y añadiendo coste de material.

Calculando el Retorno
Hay varias formas de evaluar el retorno de nueva tecnología. Hacer un análisis de Retorno de Inversión (ROI) puede ayudarle a tomar una buena decisión sobre si comprar una máquina cara o menos cara.

El análisis ROI indica cómo la inversión impactará el flujo de caja de una empresa, basado en los ingresos y gastos asociados con el proyecto. El ROI se da como una tasa porcentual de retorno.

La empresa que realiza el análisis ROI debe determinar la tasa de retorno para la inversión basada en el coste del proyecto y el impacto que la inversión tendría en su flujo de caja. Una vez determinada la tasa, la empresa debe determinar si es una tasa aceptable. Típicamente una tasa del 20% o mayor se considera aceptable.

Hay Más
Sin embargo, este método de justificación no considera aspectos técnicos y estratégicos importantes para mantener competitividad. La calidad, por ejemplo, es una de las principales prioridades para usuarios finales. Este factor es un buen ejemplo de lo que no se reconoce plenamente en un análisis ROI. La calidad depende no solo del tipo de equipo usado sino también del proceso, como hacer piezas completas en un solo paso.

Además de calidad, hay otros beneficios — beneficios intangibles — que impactarán la competitividad de la empresa. Estos pueden ser tan importantes como el impacto de la inversión en el flujo de caja. Considerar estos otros beneficios es un enfoque de inversión a más largo plazo que puede asegurar la supervivencia de la empresa.

Aunque el método de análisis ROI se ha usado tradicionalmente para analizar proyectos multi-año de alto volumen, también puede usarse para analizar la sabiduría de comprar una máquina para producción de bajo volumen de una gran variedad de piezas durante varios años. El ejemplo mostrado era muy simple, y hay muchos factores adicionales que podría querer considerar, como implicaciones fiscales sobre maquinaria nueva.

Finalmente, el ROI no es necesariamente lo mismo que rentabilidad y competitividad. La rentabilidad depende del coste por hora de la máquina considerada para compra y del impacto de los beneficios intangibles. Dependiendo de la decisión de inversión de capital de una empresa, el impacto en flujo de caja puede ser bastante diferente de la competitividad y rentabilidad a largo plazo.

Es posible tener un ROI alto y una rentabilidad baja, y lo contrario también es cierto.

Mire una compra de máquina nueva desde ambos puntos. Realice un análisis ROI, y también mire el impacto a largo plazo de la inversión. Aunque la rentabilidad puede ser inicialmente mayor al mirar una máquina de menor precio; debido a los beneficios a largo plazo, la compra de una máquina de mayor calidad puede ser la opción más favorable para el productor de piezas de precisión.

*Gracias a Jeff Reinert de Index Systems en artículo publicado en: https://www.americanmachinist.com/cad-and-cam/article/21892337/justifying-investment-in-cnc-technology