La automatización impulsa la producción de piezas de cohetes a nuevas alturas

El advenimiento de empresas privadas de desarrollo de vehículos espaciales ha transformado el entorno de fabricación para componentes de cohetes y satélites. Anteriormente, organizaciones gubernamentales, incluyendo NASA y el Departamento de Defensa de EE. UU., patrocinaban la mayoría de la fabricación relacionada con el espacio. Ahora, emprendedores con capital detrás de Blue Origin, SpaceX y Virgin Galactic están impulsando la próxima generación de progreso tecnológico espacial.

El creciente negocio espacial privado constituye una nueva industria con nuevas relaciones, nuevos requisitos y nuevas oportunidades para los fabricantes.

Gray Manufacturing Technologies es un proveedor que se beneficia. El taller con base en Denver, Carolina del Norte, ha aprovechado esas oportunidades con su aplicación de mecanizado avanzado y, lo más importante, tecnología de automatización para satisfacer las crecientes demandas de la industria de vuelos espaciales.

La mezcla de productos de Gray es alta y los volúmenes de piezas individuales son bajos. "La gran mayoría de nuestro negocio es aeroespacial [aeronaves] o componentes espaciales y satelitales", dijo Gary Holcomb, presidente y CEO de Compass Precision, la empresa matriz de Gray. "La mayoría de los trabajos son de 5 a 10 piezas, y la mayoría son diferentes de trabajos anteriores. No son exactamente prototipos sino piezas complicadas en volúmenes muy pequeños, y enviamos más de 100 trabajos por mes".

Debido a que las empresas de vehículos espaciales constantemente modifican y mejoran sus tecnologías, los cambios de ingeniería son frecuentes. "Podemos hacer cinco piezas para un cliente, luego pueden pedir cinco piezas más, pero con diferentes dimensiones", explicó Holcomb. "Hay avisos de cambio frecuentes y mucho movimiento dentro y fuera de los programas de producción. Podríamos recibir seis pedidos con vencimiento a tres meses, pero una semana después necesitan dos de los pedidos antes mientras que otros dos se sacan del programa de producción".

La automatización ha demostrado ser un componente clave del enfoque de Gray para servicios de mecanizado de productos espaciales y satelitales. "Cuando hablamos por primera vez de automatización, la mirábamos desde un problema de capacidad", dijo el Gerente de Operaciones de Gray Manufacturing, Evan Grose. "No teníamos el espacio para seguir cargando la misma pieza una y otra vez en la misma paleta".

Para aumentar su tiempo de actividad del husillo y flexibilidad de producción, el taller adquirió dos centros de mecanizado de cinco ejes MILL E 700 U de GF Machining Solutions LLC, Lincolnshire, Illinois, situados en una celda que incluye un robot modular System 3R Transformer junto con una estación de carga de 12 paletas. El robot se mueve en un riel para cambiar paletas dentro y fuera de las máquinas, así como para cargar y descargar paletas fuera de línea en la estación de carga. Estas capacidades combinadas proporcionan operaciones extendidas sin luces en Gray.

La automatización de GF Machining Solutions permite a Gray manejar eficientemente su carga de trabajo de bajo volumen/alta mezcla. "La flexibilidad del equipo es muy importante", dijo Holcomb. "Durante el día enfocamos nuestros recursos en hacer los trabajos de una, dos o cinco piezas para clientes espaciales. Luego, antes de irnos a casa, tomamos el trabajo no espacial —básicamente trabajos aeroespaciales de mayor volumen que ya están programados— y lo corremos de noche. Utilizamos lo que los MILL E 700 ofrecen en términos de programabilidad para los lotes muy pequeños y complicados durante el día, luego usamos las capacidades de automatización para el trabajo algo de mayor volumen, no espacial, que corremos sin luces".

A diferencia de los sistemas típicos de multi-paletas que pueden limitar la cantidad de producción sin supervisión a lo que se carga en las paletas antes de apagar las luces, el sistema robótico Transformer retira paletas con trabajo completado de la máquina y las reemplaza con paletas cargadas. Luego descarga y recarga piezas en las paletas inactivas mientras el mecanizado continúa ininterrumpido. "Nos referimos a ello como automatización para la automatización", dijo Holcomb.

Para operación sin supervisión, la detección de rotura de herramienta está establecida en el programa de mecanizado. Si una herramienta se rompe, la máquina se detiene y cambia la herramienta. Las máquinas MILL E 700 U tienen almacenamiento de herramientas más que suficiente para soportar la operación extendida sin supervisión de Gray, con compensación de desgaste de herramienta y sustitución de herramientas redundantes llamadas en el programa según sea necesario.

"Procedimos por el camino de la automatización debido a la creciente complejidad de nuestro trabajo y porque es más difícil encontrar empleados con los conjuntos de habilidades técnicas adecuados", explicó Holcomb. "Elegimos el robusto robot Transformer en lugar de un robot articulado porque la capacidad del centro de mecanizado para hacer movimientos complejos hace innecesario el uso de un robot totalmente articulado", agregó.

La alternativa al sistema de automatización robótica serían más máquinas, dijo Holcomb, "y dependiendo de cuántas máquinas estén en uso, más gente también, porque no podemos esperar que un operador maneje siete u ocho máquinas. Basado en nuestros niveles de pedidos actuales y sin la robótica, necesitaríamos al menos tres máquinas más para un total de cinco y dos personas más. Y en este punto de nuestro negocio, es más difícil encontrar la gente que adquirir las máquinas".

Si bien los volúmenes de piezas son actualmente bajos, se anticipan volúmenes más altos que permitirán al taller explotar completamente las capacidades de las máquinas de cinco ejes Mikron MILL y el sistema robótico de paletas. "Volúmenes más altos en este caso no significa millones de piezas", dijo Holcomb, "Necesitamos unas pocas docenas de piezas en lugar de 5 a 10".

La automatización se volverá más importante a medida que el negocio de vehículos espaciales comerciales crezca y madure. Según Holcomb, el taller está experimentando una migración a volúmenes más altos de piezas que ya ha programado. Esto significa menos demanda de programación y más demanda de tiempo de máquina extendido que la celda automatizada de GF Machining Solutions proporciona.

Holcomb continuó diciendo que la velocidad de mecanizado, además de la automatización, es crítica para la producción exitosa de componentes aeroespaciales y de vehículos espaciales —la mayoría de los cuales requiere procesamiento de piezas de aluminio complicadas a altas RPM.

Además de las dos máquinas en la celda automatizada, Gray tiene un Mikron MILL E 500 U y un MILL S 600 que cuentan con carruseles de siete paletas. Una máquina tiene un husillo de 36.000 RPM, la otra de 20.000 RPM.

Contribuyendo a la capacidad de respuesta y eficiencia del taller, Gray está comprometido con un enfoque de "configuración única" para el mecanizado, según Jerry Soots, ex gerente general de Gray Manufacturing y presidente y ahora consultor. Para lograr este objetivo de producción en una máquina de fresado de cinco ejes, explicó Soots, Gray deja pestañas estratégicamente colocadas de 0,005" a 0,010" de espesor en piezas en bruto y sujeta la pieza en una fijación de cola de milano que permite el mecanizado de todas las características de la pieza.

La fijación proporciona mucha distancia entre la parte inferior de la pieza y la máquina. Debido a esto, el taller puede alcanzar características debajo y mecanizar en todos los ángulos. Una vez que la pieza está terminada, se mide en un MMC; cuando es conforme, mecanizan las pestañas.

La floreciente industria de fabricación espacial privada está creando nuevas relaciones entre empresas de naves espaciales y sus proveedores. Hace treinta años, los proveedores tenían que presentar sus capacidades a las empresas aeroespaciales, que generalmente no buscaban activamente proveedores. A menos que un componente fuera parte de un nuevo programa de aeronave, los cambios de diseño de piezas eran raros.

"Hoy, las empresas espaciales comerciales están haciendo todo sobre la marcha", dijo Holcomb, "Es una mentalidad completamente diferente. Están buscando agresivamente proveedores calificados que puedan ser receptivos a su constante flujo de nuevos productos y cambios de diseño en curso.

"Las últimas certificaciones ISO y AS 9100D son las calificaciones mínimas. Tienes que ser muy técnicamente competente. Tienes que ser capaz de hacer estas piezas exigentes en volúmenes relativamente bajos, a veces en aluminio, a veces en materiales más difíciles. Tienes que ser lo suficientemente ágil para acomodar la fluidez que requieren en la programación de producción. Nuestras fresadoras de cinco ejes y automatización de GF Machining Solutions juegan un papel clave en lograr todas estas demandas".

Para información sobre Gray Manufacturing Technologies, visite gray-mfg.com o llame al 704-489-2206. Para información sobre GF Machining Solutions, visite www.gfms.com o llame al 800-282-1336.