Mejorando la Productividad de Programación CNC a través de Software Avanzado e Interfaces

Controles rápidos e inteligentes hacen trabajo corto de tareas altas.

Las tecnologías de manufactura conectada y digitalización están impulsando muchas de las innovaciones principales en controles de máquinas CNC que ayudan a los talleres a cortar metal y crear piezas tan rápido y eficientemente como sea posible. En la mayoría de los casos, el software lidera el camino ayudando tanto a programadores CNC como a operadores en el piso de taller a manufacturar piezas fácilmente con la mayor precisión posible.

El equipo CNC de hoy virtualmente bulle con los últimos avances de hardware, incluyendo procesadores más rápidos, más RAM a bordo para tareas intensivas en cómputo, además de opciones de unidades de estado sólido más nuevas que permiten tiempos de arranque casi inmediatos, así como operación sin preocupaciones en entornos de taller rudos.

Los últimos avances de software, sin embargo, con características que incluyen aplicaciones de manufactura conectada, simulaciones 3D avanzadas e interfaces de usuario basadas en tacto, continúan dando a los constructores de CNC las mejores avenidas para diferenciarse del resto.

"El software de control es realmente el único lugar para que los constructores de máquinas herramienta introduzcan innovación que cambie el juego", dijo Michael Cope, especialista técnico de producto, Hurco Cos. Inc., Indianapolis. "Desde que soluciones mecánicas nuevas e innovadoras son pocas y distantes, especialmente sin la introducción de alguna nueva tecnología de metalurgia o similar, ofrecer software de vanguardia y cambios de interfaz gráfica de usuario que hagan los controles CNC más poderosos, más versátiles y más fáciles de usar tiene que ser el área donde cada constructor se distingue de la competencia".

¿Podemos Hablar?

A medida que la industria manufacturera experimenta su transformación de digitalización, los desarrolladores de controles CNC y constructores de máquinas herramienta continúan agregando nuevas características y funcionalidad con los últimos sensores, procesadores y software. En IMTS, los desarrolladores de controles FANUC y Siemens, en particular, mostraron nuevos equipos y estrategias para conectar sus controles y automatización para el Internet Industrial de las Cosas (IIoT) y habilitar Industria 4.0.

En el stand de IMTS de FANUC America Corp. con base en Rochester Hills, Mich., la compañía demostró sus últimas tecnologías IIoT, incluyendo el sistema de recolección y monitoreo de datos FANUC Intelligent Edge Link and Drive (FIELD) y su Zero Down Time en ROBOT-LINKi (ZDT), que usa analítica predictiva para ayudar a prevenir tiempo de inactividad por fallas inesperadas.

FANUC también mostró nuevas características de CNC, incluyendo simulación de mecanizado de modelo 3D de alta resolución mejorada para funciones de cinco ejes y mecanizado compuesto; su último Series 0i-Model F Plus, la próxima generación de sus controles Series 0i; y su característica Quick and Simple Startup of Robotization (QSSR) para vincular los CNCs de FANUC con los robots de la compañía. Además, FANUC ha agregado capacidades de visión integradas directamente en sus CNCs.

"Estamos viendo mucho impulso hacia el uso de sistemas de visión integrados en CNCs", dijo Paul Webster, gerente de ingeniería para la unidad CNC de FANUC America con base en Hoffman Estates, Illinois. "Esto acaba de ser lanzado; la tecnología de hardware es la misma que en el lado del robot, pero se implementa de manera diferente". El sistema, que usa software diferente que los sistemas de visión usados en robots de FANUC, "permite una implementación flexible de visión a través del CNC", dijo Webster.

La última tendencia de conectar máquinas herramienta CNC juntas puede ofrecer a los fabricantes mayor productividad y calidad más confiable, señaló Tiansu Jing, gerente de producto Sinumerik CNC para la Unidad de Negocio de Máquinas Herramienta de Siemens con base en Elk Grove Village, Illinois. "Siemens está ofreciendo innovaciones técnicas variables para todas las áreas de manufactura, incluyendo las principales como aeroespacial y automotriz", dijo. "Las innovaciones no solo se enfocan en mejorar la velocidad de ingeniería de constructores de máquinas al introducir un nuevo y poderoso portal TIA y Safety Integrated Plus, sino también el 'arte' de los productos de digitalización de datos, que ofrecen a los clientes finales formas de conectar, monitorear, analizar y optimizar sus máquinas".

"Manufactura Inteligente/Industria 4.0, que también se llama 'digitalización', es el cambiador de juego en manufactura", continuó Jing. "Al conectar las máquinas juntas, hay muchas nuevas posibilidades entrando, así como nuevos modelos de negocio. Para ofrecer mejor servicio a sus clientes, los fabricantes necesitan aumentar su productividad y calidad para ofrecer mejores productos en plazos de entrega más cortos. Similarmente, para fortalecer su posición competitiva en el mercado, las empresas necesitan acortar el tiempo que toma diseñar nuevos productos".

Los maquinistas siempre buscan hacer operaciones de corte más fáciles y rápidas, añadió Jing. "Para diferentes tipos de máquinas, necesitan diferentes características para realizar este objetivo, p. ej. 'Top Surface' para corte de moldes y matrices para mejor calidad superficial en menos tiempo, y 'Tool Manager' para gestionar fácilmente todas las herramientas para reducir tiempo de inactividad de máquina por rotura de herramienta, etc.", dijo.
Los elementos de software de controles CNC han permitido la adición fácil de rutinas especializadas y macros que impulsan la productividad tanto en grandes fabricantes como en operaciones de talleres de trabajo más pequeños.

"Los fabricantes buscan mayor productividad y mejor calidad todo el tiempo", señaló Jing.

"Limitados por el material de herramienta y la mecánica de la máquina, es difícil acortar dramáticamente la velocidad de corte, así que el nuevo potencial para aumentar la productividad es por mejor gestión de la cadena de valor de producción completa, incluyendo distribuir tareas a diferentes máquinas, arreglo optimizado de herramientas, simulación antes del corte real para verificar el diseño, y análisis en línea de componentes de máquina, incluyendo herramientas, etc."

"Siemens está ofreciendo líneas de producto completas para ayudar a grandes fabricantes y pequeños a configurar su gemelo virtual y analizar su producción para optimizar la producción desde diseño de producto hasta entrega", continuó Jing. El software de Siemens incluye Manage MyMachine, Analyze MyPerformance, Analyze ToolPath y Run MyVNCK para verificar diseño, optimizar el programa de pieza, simular corte y mantener máquinas funcionando en niveles óptimos de rendimiento, añadió.

Al conectar máquinas con Industria 4.0 y Manufactura Inteligente, la industria puede cambiar el juego y cerrar la brecha de habilidades que existe en manufactura hoy, según Cope de Hurco. "Estos nuevos estándares proporcionan la capacidad de tener máquinas y controles interactuar entre sí y tener máquinas convertirse en 'ayudantes' dentro de una gran celda de manufactura, donde un trabajo o programa particular puede ser enviado a la próxima máquina herramienta disponible y no depender de una máquina particular volviéndose disponible. También pueden enviar retroalimentación de trabajo o máquina a destinatarios de email o texto especificados".

"Tener el poder y versatilidad de trabajar con automatización se volverá cada vez más invaluable para talleres de todos los tamaños en los próximos años", continuó Cope. "Debido al menor número de empleados, los talleres más pequeños podrían posiblemente beneficiarse de esta tecnología incluso más que los talleres más grandes porque les permite aprovechar más horas en el día — incluso sin tener turnos extendidos segundo y tercero".

En su stand de IMTS, Hurco presentó automatización con robots colaborativos, robots seriales multi-eje y sistemas de palet demostrando automatización para producción de piezas de alta mezcla/bajo volumen encontrada en muchos talleres de trabajo, dijo Cope, notando que la exhibición de automatización fue un esfuerzo colaborativo entre Hurco y Erowa, Universal Robots, FANUC, Online Resources, y Industrial Controls & Automation.

"Hurco ha dedicado extensos recursos de ingeniería para inventar nuestro sistema patentado de control de movimiento impulsado por software, llamado UltiMotion", dijo Cope. "Con UltiMotion, enormes cantidades de memoria y anticipación de bloques NC (todas características estándar en nuestro control), todas las industrias se benefician pero será especialmente beneficioso para nuestros fabricantes de moldes y talleres aeroespaciales. La velocidad combinada, rendimiento y capacidad de respuesta del eje ayudarán a asegurar que el cliente esté produciendo las mejores piezas posibles, con tiempos de ciclo más cortos y acabados superficiales sobresalientes".

Configuraciones Únicas, Simulación Valorada

Trabajar más eficientemente con configuraciones únicas en máquinas multi-eje es una tendencia en CNCs hoy, señaló Gisbert Ledvon, gerente de desarrollo de negocio TNC, Heidenhain Corp., Schaumburg, Illinois. "La gente quiere hacer más en una máquina si puede, así que obviamente cinco ejes ha recorrido un largo camino, no solo para cinco ejes completos sino cada vez más para 3+2 [mecanizado] porque la gente necesita mantenerse competitiva", dijo Ledvon. "Si siguen haciendo lo que están haciendo, no serán competitivos".

Mientras que algún trabajo de mecanizado está volviendo a EE. UU., el mecanizado más fácil no lo está, añadió.

"Las cosas complejas están volviendo. Hay una tendencia de gente queriendo hacer más en una máquina herramienta, así que son cinco ejes o quieren hacer una aplicación torno/fresado en una fresadora. Quieren empezar en automatización un poco más, así que quieren una funcionalidad fácil en su control para manejar tal vez un cambiador de palet simple, y establecer prioridades desde eso".

Operaciones de mecanizado para esquive y corte de engranajes complejo han vuelto, ayudadas por software más nuevo en el control TNC de Heidenhain, añadió. Operaciones de mecanizado complejas requieren modelado 3D altamente preciso en software de simulación como lo que Heidenhain ha agregado recientemente a la caja de herramientas del TNC, incluyendo su Monitoreo Dinámico de Colisiones.

"Aunque puedas tener monitoreo de colisiones afuera, como con un programa CAM o Vericut, por ejemplo, que verifica tu programa para que no tengas colisiones, la gente también quiere hacer eso en la máquina [control], si pueden", dijo Ledvon. "Si la máquina puede mostrarles visualmente si tienen un problema de colisión, quieren ver el modelo 3D de la cinemática de la máquina, y solo verificar que si están haciendo la programación — aún quieren esa verificación en la máquina".

La simulación de piezas en el control CNC se está volviendo más común, con nuevas simulaciones basadas en CNC introducidas en IMTS por FANUC y otros. La simulación de FANUC ofrece simulación completa de pieza 3D, notó Webster, mostrando el cuerpo sólido de la pieza mientras sufre operaciones de mecanizado.

El uso de modelos sólidos también está creciendo dentro de las ofertas de desarrolladores de CNC, notó Cope de Hurco. "Una tendencia que algunos controles están comenzando a adoptar, y que ciertamente veremos crecer, es la capacidad de importar modelos sólidos directamente en el control — y crear programas desde ellos. Aunque hemos podido importar archivos STL para ser usados como geometría de stock por varios años, Hurco introdujo una nueva característica, Importación 3D con 3D DXF mejorado en IMTS 2018, que fue muy bien recibida por los asistentes al show", añadió Cope. "Desde que muchos usuarios reciben archivos de modelo sólido de sus clientes, es un beneficio significativo poder simplemente cargar ese archivo en el control y crear un programa de pieza sin la necesidad de un sistema CAM".

Lo Que Más Importa a Maquinistas

La facilidad de uso ocupa un lugar muy alto en las listas de deseos de la mayoría de los maquinistas, y los desarrolladores de CNC están haciendo progresos constantes en esta área, con FANUC renovando su interfaz de usuario en años recientes y muchos otros desarrolladores incluyendo interfaces de pantalla táctil más fáciles de usar.

"Quieren velocidad, no quieren esperar, y quieren precisión", dijo Robin Cave, ingeniero de software para Mazak Corp. con base en Florence, Ky. "Los gráficos en nuestra máquina Windows son muy buenos, y ayudan a los maquinistas a verificar código antes de que empiece el corte con una simulación bastante buena que muestra todo".

La línea Mazatrol Smooth de CNCs de Mazak, que incluyen SmoothX, SmoothG y SmoothC, fueron renovados por Mazak en Japón hace unos tres años usando hardware Mitsubishi e incorporando el sistema operativo Windows 8 embebido. Estos CNCs ofrecen operación intuitiva para usuarios con pantallas táctiles que permiten ajustar un proceso de pieza, notó Cave, usando barras deslizantes y otras entradas gráficas.

"Es un control gritando rápido", dijo Cave de los CNCs Smooth, notando que Georgia Tech ha probado los controles. "Procesa más rápido que cualquier cosa que hayamos hecho antes, y las unidades de estado sólido realmente ayudan con la velocidad. No siempre necesitas mucha velocidad, pero cuando estás interpolando una fresa de bola, necesitas comer mucho código rápido", dijo Cave. "Te encuentras con ese tipo de cosas más en trabajo de moldes y aeroespacial".

"Una otra cosa realmente grande con nuestros clientes es nuestro SMC — nuestra Configuración de Máquina Suave", continuó Cave. "Lo que los clientes querían era que nuestras máquinas fueran más flexibles. A veces necesitan ser realmente precisas, a veces no". El SMC permite a los maquinistas ajustar fácilmente controles deslizantes para hacer la máquina más o menos precisa según lo requieran las condiciones de mecanizado, notó, ayudando a facilitar tareas de programación en máquina.

Plataforma Única para Todo

La versatilidad de mecanizado es una tendencia clave para usuarios de CNC hoy, notó Todd Drane, gerente de marketing para Fagor Automation-USA, Elk Grove Village, Illinois. "Los fabricantes quieren una sola plataforma CNC que pueda abordar cualquier aplicación que tengan en el piso de manufactura", dijo Drane, notando que esto permite mejor intercambio de personal de taller. "Una vez que aprenden una plataforma CNC, la integración a un nuevo proceso para ese individuo es mucho más fácil si la plataforma operativa permanece la misma con el nuevo proceso".

Entre sus últimos desarrollos, la plataforma CNC 8065 de Fagor ha sido diseñada con características avanzadas propietarias necesarias para mecanizado de alta velocidad, mientras mantiene el mejor acabado superficial de mecanizado y máxima precisión, dijo Drane. La característica Adaptive Real-Time Feed and Speed (ARFS) de Fagor permite al CNC analizar condiciones de mecanizado como carga del husillo, potencia del servo y temperatura de la punta de herramienta, y adapta tanto la velocidad de avance del eje como la velocidad del husillo para máximo rendimiento de productividad de mecanizado, añadió Drane. "El resultado es una reducción de tiempo de ciclo, acoplada con un acabado de pieza superior. Vida extendida del husillo y motor servo también se logra, así como mejor utilización de herramienta".

El CNC Fagor 8065 también está equipado con funcionalidad de mecanizado aeroespacial específico High Speed Surface Accuracy (HSSA) que ofrece tensión mecánica reducida en la máquina, lo que aumenta la vida útil de la máquina herramienta. Además, debido a la vibración de máquina más baja, la máquina es capaz de movimiento más suave y velocidades de avance más altas, dijo Drane. "Además, la herramienta de diagrama de Bode a bordo permite la medición de la respuesta de frecuencia de la máquina, permitiendo así la posibilidad de filtrar realmente las vibraciones de máquina producidas por varias condiciones operativas y ambiente".

Fagor también presenta su aplicación Fagor Machining Calculator (FMC), disponible en ambas plataformas CNC 8060 y 8065. La característica consiste en una base de datos de materiales a mecanizar y operaciones de mecanizado (fresado y torneado) y una interfaz para elegir condiciones de corte adecuadas (velocidad de avance de ejes y velocidad de husillo para cada operación). Otro avance en CNCs Fagor es el diseño de hardware compacto de la línea de control, dijo Drane. "En la manufactura de hoy, como lo dijo un cliente, el espacio es dinero", notó. "Por lo tanto, Fagor ha creado no solo CNCs compactos, sino también drives compactos e incluso motores. La idea es proporcionar soluciones esbeltas que se ajusten a la necesidad vs. un enfoque talla única".