El futuro del mecanizado automatizado:mejora de la precisión y la eficiencia

RESUMEN DEL MECANIZADO Y CUIDADO DE MÁQUINAS

El mecanizado es el proceso de eliminación de material de un "espacio en blanco" de metal para producir la forma compleja deseada.

Máquina atendiendo se refiere a la operación automatizada de máquinas herramienta industriales en una planta de fabricación, utilizando principalmente sistemas de automatización robótica. Mientras que la carga y descarga es la función principal de los sistemas de cuidado de máquinas

A menudo, un robot realiza otras funciones valiosas dentro del sistema de automatización, como la entrega y extracción autónoma de piezas de vehículos de la celda.  Se pueden automatizar e integrar otras tareas dentro de la visión holística de la fabricación, incluidas CMM/inspección de piezas, calibrado, soplado, lavado, desbarbado y acabado, clasificación, marcado de identificación láser, embalaje y envío.

Los beneficios de los sistemas de cuidado de máquinas incluyen:

1. mayor productividad
2. disminución de la mano de obra directa
3. funciones más largas de la máquina:24 horas al día, 7 días a la semana
4. utilización mejorada de la máquina
5. disminución de los costos generales de producción
6. mejor calidad del producto
7. seguridad mejorada de la máquina
8. flexibilidad operativa
9. optimización de inventario

Debido a la sofisticación, la funcionalidad y los costos asociados con los sistemas de mantenimiento de máquinas, la mayoría de los fabricantes requieren un proceso de aprobación de capital antes de invertir en estos sistemas, donde la gerencia ejecutiva debe aprobar la compra. Normalmente, se calcula un ROI (retorno de la inversión) para justificar la compra.  Futura Automation está equipada para ayudar con la captura de costos actuales y el cálculo del ROI

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FRESADO VERTICAL:¿4 o 5 EJES?

En la fresadora vertical el eje del husillo está orientado verticalmente. Las fresas se sujetan en el husillo y giran sobre su eje proporcionando una dimensión "A".  Una mesa de alimentación proporciona una dimensión X, Y en un molino de 3 ejes y una dimensión Z en un molino de 4 ejes. El husillo es un eje giratorio y generalmente se puede bajar (o se puede elevar la mesa, lo que produce el mismo efecto relativo de acercar o profundizar el cortador en el trabajo), lo que permite realizar cortes de inmersión y perforaciones. Hay dos subcategorías de molinos verticales:el molino de bancada y el molino de torreta.

Cuando también se gira un eje "B", entonces hay 5 ejes de movimiento.  Una máquina de 5 ejes ofrece infinitas posibilidades en cuanto a los tamaños y formas de las piezas que puede procesar de manera efectiva. El término "5 ejes" se refiere al número de direcciones en las que se puede mover la herramienta de corte. En un centro de mecanizado de 5 ejes, la herramienta de corte se mueve a través de los ejes lineales X, Y y Z, además de girar en los ejes A y B para acercarse a la pieza de trabajo desde cualquier dirección. En otras palabras, puedes procesar cinco lados de una pieza en una sola configuración.

FRESADO HORIZONTAL –

Un molino horizontal tiene el mismo tipo, pero las fresas están montadas en un eje horizontal (consulte Fresado de eje) a través de la mesa. Muchas fresadoras horizontales también cuentan con una mesa giratoria incorporada que permite fresar en varios ángulos; esta característica se llama tabla universal. Si bien las fresas y otros tipos de herramientas disponibles para una fresa vertical se pueden usar en una fresa horizontal, su verdadera ventaja radica en las fresas montadas en eje, llamadas fresas laterales y de planear, que tienen una sección transversal similar a una sierra circular, pero generalmente son más anchas y de menor diámetro.

Los principales fabricantes de máquinas son:

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

CENTRO DE TORNEADO –

El torneado es un proceso de mecanizado que se utiliza para fabricar piezas cilíndricas en las que la herramienta de corte se mueve de forma lineal mientras la pieza de trabajo gira. Comúnmente realizado con un torno, el torneado reduce el diámetro de una pieza de trabajo a una dimensión específica y produce un acabado suave de la pieza.  Un centro de torneado es un torno con control numérico por ordenador (CNC). Los centros de torneado sofisticados también pueden realizar una variedad de operaciones de fresado y taladrado.  Las fresadoras de 5 ejes se pueden configurar como centro de torneado, por lo que la mayoría de los fabricantes de máquinas de 5 ejes ofrecen una versión de centro de torneado.

Fabricantes clave:

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

RUTA –

Un enrutador de control numérico por computadora (CNC) es una máquina de corte controlada por computadora que generalmente monta una herramienta de enrutador como un husillo que se usa para cortar diversos materiales, como madera, compuestos, aluminio, acero, plástico, vidrio y espumas.  Las enrutadores CNC pueden realizar las tareas de muchas máquinas de carpintería, como la sierra de paneles, la tupí y la taladradora. También pueden cortar carpintería como mortajas y espigas.

MÁQUINAS DE MOLDEO POR INYECCIÓN y FUNDICIÓN

El moldeo por inyección es el proceso de forzar plástico (o metal en el proceso similar 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 finalizada la inyección, se separan los moldes y se retiran las piezas.  También será necesario eliminar “Sprue”, “Gates” y “Flash”.  Los moldes de las máquinas de inyección se pueden fijar en posición horizontal o vertical. La mayoría de las máquinas están orientadas horizontalmente, pero las máquinas verticales se utilizan en algunas aplicaciones específicas, como el moldeo por inserción, lo que permite que la máquina aproveche la gravedad. Algunas máquinas verticales tampoco requieren que se fije el molde. Hay muchas formas de sujetar las herramientas a los platos, siendo la más común las abrazaderas manuales (ambas mitades están atornilladas a los platos); sin embargo, también se utilizan abrazaderas hidráulicas (se utilizan calzos para mantener la herramienta en su lugar) y abrazaderas magnéticas. Las abrazaderas magnéticas e hidráulicas se utilizan cuando se requieren cambios rápidos de herramientas.

ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE DE PALETS AUTOMATIZADOS

Los sistemas de gestión de paletas son un medio para almacenar piezas tal como están en el proceso de mecanizado y alimentar automáticamente esas piezas a la máquina herramienta mediante un transportador y, en última instancia, un brazo robótico (llamado "cuidado") con las herramientas adecuadas que alimentan la pieza con herramientas de sujeción, como OMIL, a la máquina herramienta.

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

Automatización Trinity:AX1, AX2, AX5

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

El AX2 es un sistema de gestión de tarimas de tamaño mediano, con un rango de tamaño de hasta 16” de diámetro por 9” de alto. Muy adecuado para la carga lateral del Haas UMC-500 o centros de mecanizado verticales como el Haas VF2 o el YCM NXV1020A

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

ACABADO:DESBARBADO Y PULIDO

Las piezas procesadas suelen requerir cierto grado de acabado antes de su aplicación o venta.  El desbarbado puede considerarse un acabado basto y puede implicar esmerilado o volteo en medios.  El pulido es otra forma de terminar una pieza, especialmente por motivos estéticos.  Para piezas moldeadas por inyección/fundidas a presión, también existe un proceso de descompresión, rebaba o eliminación del bebedero.  Las paletas utilizadas para transportar piezas al proceso de mecanizado también se pueden utilizar para transportar las mismas piezas mecanizadas a una estación de desbarbado o pulido

INSPECCIÓN DE CALIDAD y CMM

A muchos fabricantes también se les exigirá que inspeccionen al 100 % los componentes fabricados para determinar la calidad o el cumplimiento de estrictas especificaciones de fabricación.  Hay una serie de herramientas que se utilizan para realizar la inspección automatizada, entre ellas la visión artificial y las máquinas de medición por coordenadas (CMM).  En todos los casos, la manipulación de piezas dentro y fuera de las herramientas de inspección se puede realizar automáticamente con un brazo robótico.  Las piezas se pueden transportar a una estación de inspección mediante los mismos palés utilizados para el mecanizado

ETIQUETADO DE IDENTIFICACIÓN AUTOMATIZADO

Existen varias técnicas para marcar piezas terminadas con números de modelo y de serie.  Entre ellos se encuentran la impresión láser, el granallado por puntos, el etiquetado RFID y la impresión con tinta, en orden inverso de popularidad.

ROBOTS MÓVILES AUTÓNOMOS (AMR)

Otra herramienta para agilizar la fabricación y reducir los costes laborales es el robot móvil autónomo (AMR).  Se trata de una tecnología aún en desarrollo para transportar productos en la fábrica sin necesidad de transportadores ni montacargas manuales.  Un AMR puede mover el producto al lado de la máquina desde otro proceso o desde el lado de la máquina al almacenamiento, embalaje o envío.

¿CÓMO ELEGIR UN SISTEMA?*

El éxito en la fabricación siempre estará relacionado con las ganancias, también conocidas como retorno de la inversión (ROI).  Hay dos elementos de Retorno o Ganancia, que son Ingresos menos Gastos.  Los gastos también se pueden dividir en dos partes, directos y sobrecargados (gastos generales).  El gasto directo ocurre en la fábrica y es el costo real de fabricar un componente.  Los gastos directos también se pueden dividir en dos partes:mano de obra y capitalización (depreciación).  La mano de obra incluye no sólo el pago por hora, sino también beneficios, impuestos sobre el empleo y costos de apoyo adicionales, incluidos los riesgos de seguridad.  El trabajo repetitivo y simple que puede ser reemplazado por una máquina debe ser reemplazado para lograr competitividad global.

Algunas tiendas todavía permanecen atadas a sus costumbres tradicionales, creyendo que las tecnologías familiares les ayudarán a superar nuevos desafíos. No lo hará, al menos no en el mercado global actual. Reconocer nuevas tecnologías, como los avances en CNC, es una decisión estratégica que asegura la competitividad futura de una empresa.

Justificar una nueva tecnología es un proceso de varios pasos:

Paso 1:  Comprenda sus costos
Utilice un sistema de costos transparente, evalúe todos los factores de costos, incluida la mano de obra directa “todo incluido” o totalmente cargada, evalúe cómo la nueva tecnología puede mejorar el flujo de efectivo y calcule el costo por pieza y la influencia de la inversión de nueva tecnología en el costo de producción y el retorno de la inversión.

Paso 2:  Comprender los beneficios potenciales de la tecnología CNC
Algunos de los beneficios mensurables incluyen mayor productividad, menor tiempo de configuración y cambio de herramientas, mejor tiempo de actividad, rendimiento, tasa de desechos y costos de herramientas, al tiempo que reducen la carga de los costos de mantenimiento y los costos de preparación del trabajo.

Igual de importante es el hecho de que algunos de los beneficios intangibles del CNC incluyen calidad, precisión y acabado superficial mejorado, sin depender de la habilidad del operador. También puede mejorar la flexibilidad del proceso, con herramientas preestablecidas de cambio rápido con inserciones estandarizadas y torneado de un solo punto en lugar de costosas herramientas de forma.

Paso 3:  Comprender los costos de los equipos más antiguos
Los equipos más antiguos implican eficiencias más modestas, tiempos de instalación más prolongados que los planificados y requieren habilidades cada vez menores para su instalación y operación. Lo que es igualmente importante, los equipos más antiguos no pueden mantener estadísticamente las tolerancias y producen un exceso de piezas de desecho, lo que perjudica la eficiencia y aumenta el costo del material.

Calcular la recuperación
Hay varias formas de evaluar la rentabilidad de una nueva tecnología. Hacer un análisis del retorno de la inversión (ROI) puede ayudarle a tomar una buena decisión sobre si comprar una máquina cara o menos costosa.

El análisis del ROI indica cómo la inversión afectará el flujo de caja de una empresa, en función de los ingresos y gastos asociados con el proyecto. El ROI se expresa como una tasa porcentual de rendimiento.

La empresa que realiza el análisis del ROI debe determinar la tasa de rendimiento de la inversión en función del costo del proyecto y el impacto que tendría la inversión en su flujo de caja. Una vez determinada la tasa de rendimiento, la empresa debe determinar si es una tasa de rendimiento aceptable. Normalmente se considera aceptable una tasa de rendimiento del 20 por ciento o más.

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

Además de la calidad, existen otros beneficios (beneficios intangibles) que tendrán un impacto en 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 garantizar la supervivencia de la empresa.

Si bien el método de análisis del ROI se ha utilizado tradicionalmente para analizar proyectos de gran volumen que duran varios años, también se puede utilizar para analizar la conveniencia de comprar una máquina para la producción de bajo volumen de una gran variedad de piezas durante varios años. El ejemplo mostrado fue muy simple y hay muchos factores adicionales que quizás desee considerar, como las implicaciones fiscales relacionadas con la maquinaria nueva.

Finalmente, el retorno de la inversión no es necesariamente lo mismo que la rentabilidad y la competitividad. La rentabilidad depende del costo por hora de la máquina que se considera comprar y del impacto de los beneficios intangibles. Dependiendo de la decisión de inversión de capital de una empresa, el impacto en el flujo de caja puede ser muy diferente de la competitividad y la rentabilidad a largo plazo.

Es posible tener un alto retorno de la inversión y una baja rentabilidad, y lo contrario también es cierto.

Mire la compra de una máquina nueva desde ambos puntos de vista. Realice un análisis del ROI y observe también el impacto a largo plazo de la inversión. Aunque la rentabilidad puede ser inicialmente mayor cuando se trata de una máquina de menor precio; Debido a los beneficios a largo plazo, la compra de máquinas 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