La automatización pone en órbita la producción de piezas de cohetes

La llegada de empresas privadas de desarrollo de vehículos espaciales ha transformado el entorno de fabricación de componentes de cohetes y satélites. Anteriormente, las organizaciones gubernamentales, incluidas la NASA y el Departamento de Defensa de los EE. UU., patrocinaban la mayoría de la fabricación relacionada con el espacio. Ahora, los empresarios adinerados detrás de Blue Origin, SpaceX y Virgin Galactic están impulsando la próxima generación de progreso de la tecnología espacial.

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

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

La mezcla de productos de Gray es alta y los volúmenes de piezas individuales son bajos. “La gran mayoría de nuestro negocio son componentes aeroespaciales [aeronaves] o espaciales y satelitales”, dijo Gary Holcomb, presidente y director ejecutivo de Compass Precision, la empresa matriz de Gray. “La mayoría de los trabajos son de cinco a 10 piezas, y la mayoría son diferentes de los 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 modifican y mejoran constantemente sus tecnologías, los cambios de ingeniería son frecuentes. “Podemos hacer cinco partes para un cliente, luego pueden pedir cinco partes más, pero con diferentes dimensiones”, explicó Holcomb. “Hay avisos de cambios frecuentes y muchas entradas y salidas de los programas de producción. Es posible que tengamos seis pedidos con vencimiento dentro de tres meses, pero una semana más tarde necesitan dos de los pedidos antes, mientras que otros dos quedan fuera del cronograma de producción”.

La automatización ha demostrado ser un componente clave del enfoque de Gray para los servicios de mecanizado de productos espaciales y satelitales. “Cuando hablamos por primera vez sobre la automatización, lo estábamos viendo desde un problema de capacidad”, dijo Evan Grose, Gerente de Operaciones de Fabricación de Gray. "No teníamos espacio para seguir cargando la misma pieza una y otra vez en el mismo palé".

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

La automatización de GF Machining Solutions le 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 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 ejecutamos por la noche. Utilizamos lo que ofrecen las MILL E 700 en términos de programabilidad para los lotes muy pequeños y complicados durante el día, y luego usamos las capacidades de automatización para el trabajo no espacial de mayor volumen que realizamos sin luz”.

A diferencia de los sistemas típicos de tarimas múltiples que pueden limitar la cantidad de producción desatendida a lo que esté cargado en las tarimas antes de que se apaguen las luces, el sistema robótico Transformer retira las tarimas con el trabajo terminado de la máquina y las reemplaza con tarimas cargadas. A continuación, descarga y vuelve a cargar las piezas en los palets inactivos mientras el mecanizado continúa sin interrupciones. “Nos referimos a esto como automatización para la automatización”, dijo Holcomb.

Para el funcionamiento sin supervisión, la detección de rotura de herramienta se establece 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 respaldar la operación prolongada sin supervisión de Gray, con compensación de desgaste de herramientas y sustitución de herramientas redundantes indicadas en el programa según sea necesario.

“Seguimos por el camino de la automatización debido a la creciente complejidad de nuestro trabajo y porque es más difícil encontrar empleados con las habilidades técnicas adecuadas”, explicó Holcomb. “Elegimos el robusto robot Transformer en lugar de un robot articulado porque la capacidad del centro de mecanizado para realizar movimientos complejos hace innecesario el uso de un robot completamente articulado”, agregó.

La alternativa al sistema de automatización robótica sería más máquinas, dijo Holcomb, “y dependiendo de cuántas máquinas estén en uso, más personas también, porque no podemos esperar que un operador maneje siete u ocho máquinas. Según 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 a las personas que adquirir las máquinas”.

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

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

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

Además de las dos máquinas en la celda automatizada, Gray tiene una Mikron MILL E 500 U y una MILL S 600 que cuentan con carruseles de siete tarimas. Una máquina tiene un husillo de 36 000 rpm y la otra de 20 000 rpm.

Para contribuir a la capacidad de respuesta y la eficiencia del taller, Gray está comprometido con un enfoque de mecanizado de "configuración única", según Jerry Soots, exgerente general y presidente de Gray Manufacturing y ahora consultor. Para lograr este objetivo de producción en una máquina fresadora de cinco ejes, explicó Soots, Gray deja lengüetas estratégicamente ubicadas de 0,005" a 0,010" de espesor en las piezas de trabajo sin procesar y agarra el trabajo en un accesorio de cola de milano que permite el mecanizado de todas las características de la pieza.

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

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

“Hoy, las compañías espaciales comerciales están haciendo todo sobre la marcha”, dijo Holcomb, “Es una mentalidad completamente diferente. Están buscando agresivamente proveedores calificados que puedan responder a su flujo constante de nuevos productos y cambios de diseño continuos.

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

Para obtener información sobre Grey Manufacturing Technologies, visite gray-mfg.com o llame al 704-489-2206. Para obtener información sobre las soluciones de mecanizado de GF, visite www.gfms.com o llame al 800-282-1336.