Tecnología VMC expande aplicaciones y aumenta productividad

Modelos avanzados continúan expandiendo el alcance de VMC en la planta.

Los centros de mecanizado vertical con características y funciones avanzadas están ganando sus galones como miembros más productivos del arsenal de equipos CNC de talleres de mecanizado. Los VMC de hoy desafían la noción de que tienen que ser relegados a algún rincón oscuro rara vez visitado del taller, o limitados a mecanizado secundario. Los VMC han sido tradicionalmente de precio más bajo comparados con centros de mecanizado horizontal pero sin la capacidad de producción.

En cierta medida, las adiciones más recientes de tecnología avanzada han permitido a los VMC cerrar la brecha de productividad y asegurar una ventaja competitiva en aplicaciones de alta velocidad y alta precisión tan diversas como aeroespacial, médica, energética e industrias similarly exigentes. La funcionalidad de los VMC ha aumentado significativamente con la adición de configuraciones de mesa-sobre-mesa y bancada de cuarto y quinto eje, cambiadores de palet múltiples, más herramientas, y husillos de alta velocidad. Los VMC son capaces de mecanizar las piezas más complejas, como rotores con álabes para motores a reacción, álabes de turbina para generación de energía, componentes aeroespaciales grandes, y trabajo de precisión de molde y matriz.

Caso de estudio: VMC para molde y matriz

Werkzeugbau Leiss GmbH es considerado uno de los principales y más exitosos productores mundiales de moldes de soplado por extrusión y molde de soplado por estiramiento. En estrecha cooperación con sus clientes, la empresa de Ludwigsstadt, Alta Franconia, Alemania, desarrolla nuevos diseños de envases para las industrias alimentaria, farmacéutica, química, automotriz y cosmética, así como matrices y moldes diseñados y fabricados por unos 65 empleados cualificados de Leiss.

"Como proveedor de servicios en diseño y construcción de herramientas, nos vemos como socios para nuestros clientes", dijo Daniel Leiss, explicando la estrategia de la empresa. Él gestiona la empresa junto con su padre Fritz Leiss. Las estrechas alianzas con clientes a menudo comienzan con el desarrollo de nuevos diseños de envases. "Cuanto antes ayudamos al proceso con nuestra experiencia, más económico es el fabricación de las matrices para todos los involucrados."

Esto hace posible que Werkzeugbau Leiss fabrique 250 matrices nuevas al año con un total de alrededor de 1.000 cavidades, así como componentes periféricos, como pines de soplado, máscaras/punzones o matrices/pines.

Werkzeugbau Leiss gestiona su producción de alto volumen en sus grandes y modernas instalaciones. El mecanizado de precisión lo hace una potente flota de máquinas, incluyendo diez máquinas CNC de DMG Mori. Además de dos máquinas de torneado CTX, la flota incluye cinco centros de mecanizado vertical de la serie DMC V de DMG Mori. Esto incluye el DMC 1150 V, el DMC 1450 V y también el nuevo DMC 1850 V.

Las máquinas trabajan a plena capacidad, mecanizando los moldes de soplado por extrusión de alta precisión, que constituyen el 80 por ciento de la producción de Leiss. Sus procesos de fabricación van desde taladrado y fresado de sistemas de refrigeración hasta desbaste y acabado. "Nos beneficiamos de la alta estabilidad y precisión de las máquinas, que nos ha permitido reducir el trabajo de acabado al mínimo, especialmente en el campo de moldes grandes para máquinas de carrera larga", dijo Daniel Leiss, refiriéndose al posterior pulido de los moldes.

El modelo más grande de la serie DMC V se instaló en julio de 2018 como máquina de prueba de campo, que Daniel Leiss considera la adición perfecta: "Con el DMC 1850 V, DMG Mori ha adaptado un concepto de máquina probado a los requisitos de calidad crecientes al mecanizar componentes más grandes y pesados." El centro de mecanizado vertical se expande a 1.850 mm de recorridos en el eje X, y 700 mm y 550 mm respectivamente en los ejes Y y Z. La capacidad de carga máxima es 3.000 kg.

Según Daniel Leiss, el DMC 1850 V coincide idealmente con los requisitos del fabricante de moldes y matrices. "La estabilidad de máquina se aplica tanto a mecanizado 2.5D y taladrado como a desbaste 3D. Con su precisión y dinámica, la máquina también impresiona para acabado fino 3D y es por tanto adecuada para uso en todas las fases de producción de herramientas", dijo. Tras solo unos meses de prueba de campo, el DMC 1850 V se usaba en operación de dos turnos y ha estado rindiendo de forma fiable desde entonces.

VMC con mesa basculante

Mazak Corp., Florence, Ky., continúa expandiendo su línea de VMC diseñados y construidos en Kentucky con el Centro de Mecanizado Vertical VC-500A/5X que cuenta con una bancada tipo trunnion. El VMC está diseñado para procesamiento preciso y rentable de piezas pequeñas y complejas mediante mecanizado completo de cinco ejes. El VC-500A/5X se une a VMC de Mazak que incluyen capacidades de mecanizado de tres, cuatro y cinco ejes con sondaje a bordo para localización de pieza e inspección de características. El VC-500A/5X cuenta con el CNC Mazatrol SmoothX, facilitando la generación de programas para producción de piezas complejas.

Las funciones avanzadas del VC-500A/5X le permiten asegurar los tiempos de ciclo de mecanizado más cortos posibles, especialmente en programas de incrementos finos para operaciones simultáneas de cinco ejes y mecanizado de forma libre de molde-matriz, dijo la empresa. Estas funciones incluyen control de avance de alta ganancia, velocidades rápidas de eje rotativo, control de aceleración variable, y fresado de bolsillo inteligente. Software especial de diseño de engranajes y una unidad de metrología pueden integrarse en un proceso de mecanizado de engranajes de bucle cerrado.

Los recorridos de ejes del VC-500A/5X acomodan tamaños de pieza hasta 19,88" (505 mm) de diámetro y 12" (305 mm) de altura. Las velocidades de avance rápido para estos tres ejes lineales son 1.181 ipm (30 m/min). El VC-500Z/5X está equipado con un husillo CAT-40 de alto rendimiento de 12.000 rpm para mecanizar todos los materiales comunes, incluyendo acero, aluminio y hierro fundido. Velocidades de husillo opcionales de 15.000 rpm y 20.000 rpm están disponibles.

Un ATC de 60 herramientas ayuda a reducir tiempo de configuración, permite herramientas redundantes y proporciona operaciones no tripuladas e ininterrumpidas aumentadas. Este proceso da a talleres de trabajo una opción de alta precisión y rentable para mecanizar engranajes de lotes pequeños a medianos con herramientas estándar.

Automatización de máquina única

Con el espacio en planta en prima, máquinas de huella pequeña son ampliamente valoradas, al igual que la automatización que puede optimizar el espacio disponible. Los sistemas de automatización de máquina única para centros de mecanizado vertical ofrecen una solución productiva para talleres pequeños con la capacidad de satisfacer demandas de producción cambiantes con sistemas expansibles y rentables. Requieren espacio mínimo en planta y proporcionan operación lights-out, manteniendo husillos de máquina en el corte mientras operarios están libres para cargar nuevas piezas, realizar controles de calidad o atender varias otras tareas del taller.

Cuando se trata de automatización, fabricantes de máquinas herramienta OEM, como Mazak, se dan cuenta de que una talla no sirve para todos y continúan desarrollando sistemas de automatización escalables. Tales sistemas son escalables en tamaño, coste y capacidad, pero proporcionan los beneficios típicos de cualquier forma de automatización —aumento de salida de máquinas y mano de obra— esencialmente haciendo más con menos.

Así es como Mazak evalúa los beneficios de la automatización de máquina única. Comparado con sistemas de automatización más expansivos, los sistemas de automatización de máquina única tienen huellas dramáticamente más pequeñas, y en muchos casos de talleres de trabajo eso es todo lo que se necesita.

Los sistemas de automatización de máquina única de hoy son típicamente soluciones estandarizadas, pero flexibles y expansibles. Por ejemplo, el sistema de automatización Multi Pallet Pool (MPP) de Mazak da a talleres la opción de tres configuraciones diferentes, alojando 6, 12 u 18 palets. El sistema funciona a través de diferentes métodos de producción y el operador puede configurar el sistema MPP para correr piezas de baja mezcla/alto volumen o piezas de corrida corta con cambios frecuentes.

Inicialmente, un taller podría empezar con un MPP de seis palets compuesto de dos filas de tres palets. Este sistema de dos niveles podría expandirse a seis palets en cada fila para un pool total de 12 palets. Para un sistema de 18 palets, el MPP crecería a tres filas de seis palets. Independientemente de la configuración, el tamaño del MPP en términos de huella permanece pequeño, ahorrando valioso espacio en planta.

Un cambiador de palet MPP de seis palets emparejado con un VMC de cinco ejes Mazak Variaxis i-600, por ejemplo, usa 29 por ciento menos espacio en planta que un sistema lineal de seis palets mientras proporciona la misma capacidad. Comparado con un sistema de 12 palets, el MPP reduce requisitos de espacio en planta en 44 por ciento. Y cuando se usa con un VMC de cinco ejes Mazak Variaxis i-700, un MPP de seis palets es 44 por ciento más pequeño que un sistema de seis palets dispuesto linealmente, y los sistemas MPP de 12 y 18 palets necesitan menos de la mitad del espacio.

En contraste con otros sistemas de automatización, el MPP usa palets de máquina reales en lugar de adicionales colocados sobre el palet existente de la máquina. El MPP del Variaxis i-600 cuenta con un palet de 400 mm² que sostiene una carga máxima de 300 kg en dimensiones hasta 600 mm de diámetro y 425 mm de altura.

El palet MPP del Variaxis i-700 es de 500 mm cuadrados y tiene capacidad de carga de 400 kg. El MPP opera con el mismo sistema de sujeción de palet que un cambiador de dos palets típico instalado en una máquina herramienta. Dentro del MPP, un robot accionado por servo recoge y coloca palets dentro y fuera de la máquina.

El MPP usa el mismo software Smooth PMC que controla el extenso Sistema de Automatización Palletech multi-máquina de Mazak. El control de la máquina muestra el software que corre en una unidad de control de celda separada. El software Smooth PMC hace fácil monitorizar el sistema de mecanizado automatizado desde casi cualquier lugar usando un smartphone, PC o tablet. El software también permite a talleres cambiar horarios sobre la marcha, gestionar archivos de programa de pieza, rastrear vida/rotura de herramienta y emitir instrucciones a la planta.

De plano a pieza más rápido

Esperarías que Hurco Companies Inc., que inventó la programación conversacional, sería líder en agilizar el proceso de ir de plano a pieza más rápido con centros de mecanizado CNC. Y lo es.

Los VMC de Hurco van desde el modelo de valor de huella compacta VM CNC VMC hasta máquinas de serie VMX de cinco ejes, y para las piezas aeroespaciales más grandes la serie DCX de centros de mecanizado de doble columna con ejes X de 2 y 3 m. Los VMC de Hurco se usan para fabricar piezas para industrias automotriz, aeroespacial, equipos médicos, energía, herramientas de inyección y molde, transporte y electrónica.

En sus centros de mecanizado CNC de gama alta, Hurco ofrece control de doble pantalla para procesamiento más rápido y fácil. Una Búsqueda de Bloque de Datos ayuda a operadores a editar un programa de pieza para corregir una característica, por ejemplo. En lugar de buscar entre líneas de código, el programador usa la pantalla gráfica para seleccionar la característica de pieza que necesita editarse y la línea de código correspondiente aparece en la otra pantalla para que el cambio pueda hacerse rápidamente.

La función de Programación Concurrente de Hurco se mejora con el control de doble pantalla. Mientras el centro de mecanizado está corriendo una pieza, el operador puede programar la siguiente pieza sin interrumpir el ciclo de mecanizado.

La Transferencia DXF permite al operador importar la imagen CAD, seleccionar las características deseadas, y el control CNC WinMax crea automáticamente el programa. El programa de pieza puede verificarse en pantalla con el sistema de gráficos de verificación de Hurco, que incluye renderizado 3D sólido de la trayectoria de herramienta con rotación dinámica y visualización de herramienta en tiempo real para que la pieza pueda verse desde cualquier ángulo sin verse forzado a redibujarla.

Las recientes funciones de control y software de Hurco están diseñadas para agilizar todo desde optimizar tiempo de ciclo hasta capturar información de herramientas. UltiMotion reduce tiempo de ciclo hasta en un 30 por ciento, lo que, según Hurco, aumenta significativamente la calidad de acabado de superficie.

UltiMonitor permite monitorización remota de la máquina desde cualquier navegador web, o es posible ver la pantalla de control o video de una cámara USB en la máquina. Longitud Absoluta de Herramienta permite que la configuración de herramienta sea independiente de la pieza y máquina. Como resultado, la información de herramienta solo necesita capturarse una vez, permitiendo que la herramienta se use en otros centros de mecanizado, facilitando el uso de un preajustador de herramientas offline. Además, la Optimización de Cambio de Herramienta analiza el programa de pieza y reduce automáticamente el número de cambios de herramienta reorganizando el programa para eficiencia óptima.

Capacidad VMC plena

El familiar FANUC RoboDrill imita la capacidad de un centro de mecanizado vertical para realizar fresado, taladrado, roscado, frontado, bolsillos y ranurado —todo lo que un VMC puede hacer, dijo Ken Corklin, gerente de producto RoboDrill, Methods Machine Tools Inc., Sudbury, Mass.

"El RoboDrill compite muy bien con VMC de 20 x 30" y 20 x 40" y puede hacer la misma cantidad de trabajo que un VMC de cono 40 de 20 x 30" y hacerlo 15-50 por ciento más rápido. Razones son cambio de herramienta rápido, encendido y apagado rápido de husillo, y motores de alta tasa de aceleración. Incluso si un cono 40 puede hacer algo de desbaste más pesado, el RoboDrill les gana en ranurado, roscado, taladrado, bolsillos e interpolación circular. Con desbaste, el RoboDrill suele ser 15 por ciento más rápido; sin desbaste hasta 20-40 por ciento mayor", dijo.

Hay más de 7.000 RoboDrills instalados en Norteamérica, con aproximadamente la mitad en talleres de trabajo y la mitad en talleres específicos de industria. Aplicaciones incluyen mecanizado de alta velocidad de aluminio para piezas aeroespaciales, titanio y cromo-cobalto para piezas médicas y piezas de armas así como ingeniería general.

"La tecnología de husillo BIG Plus ha dado al RoboDrill de estilo C-frame cono 30 el área de contacto superficial que le permite tomar cortes más pesados, de alta calidad y hacerlo a velocidades de relámpago —algo que las máquinas de cono 40 tienen problemas para igualar", dijo Corklin. "Por ejemplo, el RoboDrill es capaz de hacer trabajo típico de molde y matriz o aplicaciones médicas con una fresa de bola de alta velocidad con avances de 200 ipm (50 m/min) o más debido a sus rápidas tasas de aceleración/desaceleración."

El RoboDrill está disponible en tres tamaños: cama corta, cama media y cama larga con el último control FANUC 31i-B5 Nano CNC. Recorridos X/Y/Z en el modelo de cama corta son 300 x 300 x 300 mm; 500 x 400 x 330 mm en el modelo medio; y 700 x 400 x 330 mm en el de cama larga. Las tasas de avance rápido son 2.125 ipm (54 m/min) en los tres modelos. Husillos BIG Plus son 10.000 rpm y 24.000 rpm con ATC de 21 herramientas.

Las adiciones más nuevas al RoboDrill incluyen un servomotor para la torreta, que reduce tiempo de ciclo, así como características como Ai Overlap, que permite movimientos de radio de arco en el eje Z para tiempo de ciclo reducido en lugar de esquinas de 90° que requieren parada. Un control iHMI táctil de FANUC permite el creciente uso de apps, como Go Probe de Renishaw.

Los RoboDrills están diseñados para acoplarse sin fisuras con robots FANUC para paquetes de automatización estándar o soluciones de automatización personalizadas. Methods tiene una serie de soluciones de automatización estándar "bolt-on" en la nueva Serie Plus, incluyendo la Plus K.

La Plus K permite al RoboDrill correr desatendido a través de un cambiador de herramienta automático extendido y un cambiador de palet automatizado. Las soluciones de automatización personalizadas han sido un foco de Methods Automation por años, según la empresa.

Con el control FANUC 31iB5, el RoboDrill es capaz de cinco ejes. Opciones como AICCII y vista anticipada de mil bloques lo hacen capaz de contorneado y mecanizado de alta velocidad. Su tamaño y aceleración de 1,5 g lo hacen altamente maniobrable y capaz de reducciones de tiempo de ciclo de 15-50 por ciento comparado con VMC estándar, según Corklin.

VMC de guías lineales y caja

Muchos fabricantes de máquinas herramienta ahora se inclinan exclusivamente hacia máquinas de guías lineales. Pero Doosan Machine Tools America, Pine Brook, N.J., ofrece tanto VMC de guías lineales como de caja, proporcionando una amplia gama de opciones de mecanizado.

La serie DNM cuenta con guías lineales, husillos BIG Plus de cono 40 y 50 (que vienen estándar en VMC Doosan), y velocidades de husillo de 8.000-15.000 rpm. El modelo S está equipado con 15.000 rpm y avances rápidos más rápidos. Los recorridos del eje X van de 20,5" a 85" (520-2.160 mm) en la línea de modelos.

Para mecanizado más pesado en materiales más duros, la serie Mynx cuenta con diseño de guías caja, husillos BIG Plus de cono 40 y 50 con cabezal engranado o accionamiento directo, dependiendo del modelo, y rango de 6.000 a 12.000 rpm.

Para talleres de producción, los modelos incluyen la serie VC con cambiadores de palet rotativos, y el DMP 500/2SP con husillos gemelos y dos cambiadores de herramientas. El DMP tiene una mesa de 47,2 x 20,5" (1.200 x 520 mm) y un almacén de hasta 40 herramientas accesible por cada husillo en aproximadamente la misma huella que una máquina de husillo único. Cada husillo puede ajustarse ligeramente con el eje W para evitar la necesidad de alineación perfecta de sujeción de pieza o alturas de fijado.

Los verticales de cinco ejes de Doosan incluyen el DNM con mesas trunnion de dos ejes integradas en la plataforma de máquina. Con una mesa rotativa emparejada con un husillo de accionamiento directo, cono 40, 12.000 rpm, la máquina ofrece un paso adelante desde un VMC estándar.

Finalmente, las máquinas de cinco ejes DVF ofrecen una solución más completamente integrada, con mesa de cinco ejes estilo cantilever o tipo trunnion. Los VMC de cinco ejes de mesa fija de la serie VCF ofrecen más en rango de pieza ya que los recorridos de máquina y tamaño de mesa son mayores. Los ejes adicionales están en el husillo de cabeza rotativa B-axis o en el eje rotativo encima de mesa integrado.

Lista de verificación para evaluar VMC avanzados

Los últimos modelos de centros de mecanizado vertical que llegan al mercado tienen características avanzadas, atributos de construcción y componentes que contribuyen a niveles de fiabilidad y eficiencia nunca pensados posibles en un VMC. Según Ellison Technologies, un proveedor de soluciones de mecanizado a operaciones de corte de metal norteamericanas y sus filiales globales, aquí hay algunas de las características y capacidades más nuevas que querrás incorporar en tu próximo VMC.

Para discusión de características favorables de VMC, refiérete a "Nueva Generación de VMC Son Más Productivas y Eficientes Que Nunca", Manufacturing Engineering, junio 2017, que incluye esta información: "Revisa cómo está construida la máquina para que en 10, 15 quizás incluso 20 años, siga corriendo tan precisamente como el día que la instalaste. Verifica que el fabricante use análisis de elementos finitos (FEA) para diseñar los fundidos para su cabezal de husillo, base, columna y carro. La idea es obtener los armónicos naturales de la estructura fuera del rango operacional de la máquina.

"Asegúrate también de que el método de fundición usado esté licenciado por la organización Meehanite Worldwide. Este proceso patentado exige los procedimientos de producción de hierro de más alta calidad, proporcionando rigidez a largo plazo, capacidad de corte pesado y amortiguación de vibración adecuada durante la vida de la máquina.

"Otros aspectos de construcción de una máquina de calidad incluyen una columna pirámide arqueada que es raspada a mano a la base, haciendo que los dos fundidos se comporten casi como uno, asegurando también geometría de máquina ajustada que se refleja en precisión de pieza. Cojinetes de husillo cerámicos de alta calidad, husillos de bolas de doble anclaje pre-tensados, y guías de movimiento lineal de rodillos están entre otros aspectos de construcción a considerar. Las guías de rodillos tienen tres veces la rigidez y el doble de vida de las guías de movimiento de cojinetes de bolas.

"Sobre una estructura sólida, examina componentes adicionales, como husillos, el sistema de refrigerante y mecanismo de evacuación de viruta. Todos estos contribuyen a la eficiencia. Busca características como husillo de doble contacto (cono/cara) como BIG Plus, monitorización de carga de herramienta, refrigerante a través de husillo y control de avance adaptativo para aplicación óptima de herramientas y tiempo de ciclo. Además, entiende cómo está diseñada la máquina para manejar calor. Arguably el mayor avance en años recientes es la aplicación de una variedad de mejoras de estabilidad térmica."