Automatización Inteligente para Torneado de Alta Variedad y Bajo Volumen: Aumente Eficiencia y Flexibilidad

La automatización para aplicaciones de torneado existe desde hace décadas; alimentadores de barras, cargadores pórtico y cargadores robóticos son dispositivos de automatización convencionales. Todos son herramientas efectivas en aplicaciones de volumen medio a alto. Pero la adaptación a las presiones del mercado obliga continuamente a los fabricantes de CNC hacia lotes más pequeños, manejando una gama más amplia de formas y tamaños de piezas. Esta progresión trae nuevos desafíos:

• ¿Cómo afectan los tamaños de lote más pequeños a la elección óptima de automatización para aplicaciones de torneado?
• ¿Qué tipo de automatización es más adecuado para procesar una gama de tamaños y formas de piezas?
• ¿Cuáles son algunas mejores prácticas para obtener el máximo provecho de la inversión en equipos?

La Necesidad de Automatización

Retrocedamos un momento y miremos el propósito básico de la automatización en la planta. ¿Proporciona mayor uso de equipos? ¿Mayor capacidad de producción? ¿Menores costos de fabricación? ¿Menores costos laborales?

La mayoría de los gerentes de talleres de mecanizado dirían que la razón real —el impulso número 1 para automatizar— es la falta de mano de obra confiable y calificada. Sin la mano de obra para dirigir el negocio, este será más pequeño o dejará de existir. Reducir los requisitos de mano de obra debe estar al frente de cualquier proyecto de automatización, especialmente en la fabricación de alta variedad y bajo volumen.

Pero muchos gerentes de talleres dicen que son reacios a invertir en equipos que reducen la mano de obra. La razón de esta decisión probablemente esté impulsada por la tendencia a subestimar el costo de la mano de obra y sobreestimar el costo de los equipos.

Un torno CNC de $250.000 puede parecer claramente más caro que un operador a $15/hora. Sin embargo, sumando el costo de beneficios, impuestos y capacitación, el costo neto del operador es de aproximadamente $21/hora. Si la mano de obra no está disponible para hacer crecer el negocio, sin embargo, el valor es significativamente mayor. Al amortizar el costo del torno CNC en un período de 15 años y agregar el costo de financiamiento, mantenimiento, energía y alquiler, el torno CNC cuesta aproximadamente $3/hora poseerlo 24 horas al día, 7 días a la semana, 365 días al año. Las inversiones que reducen los requisitos de mano de obra pueden tener un precio alto al principio, pero generalmente proporcionan una tasa de retorno sobresaliente.

Alta Variedad, Bajo Volumen

Alta variedad significa muchos tipos diferentes de piezas: barras, ejes, slugs, billetes, fundiciones y forjados con muchos tipos diferentes de características.

Bajo volumen representa cantidades de lote pequeñas. Pero la definición de "pequeño" depende de quién pregunte. En lugar de enfocarse en el número de piezas en un lote, a menudo es mejor considerar cuánto tiempo lleva ejecutar el lote, o quizás qué porcentaje del tiempo del lote implica configuración. Si el tiempo de configuración es más del 10% del tiempo de ejecución del lote, el trabajo está en el ámbito de la fabricación de bajo volumen.

Estas definiciones importan porque la fabricación de alta variedad depende de equipos de fabricación flexibles, mientras que la fabricación de bajo volumen debe tener tiempos de configuración bajos. Cuando la fabricación es de alta variedad y bajo volumen, hacer la mejor elección de equipos puede ser un desafío. Los talleres deben ver el panorama general y considerar cuidadosamente el costo y la disponibilidad de la mano de obra versus el costo de los equipos. Esto les ayudará a tomar mejores decisiones sobre los tipos de tornos y automatización que funcionarán mejor para una instalación dada.

Opciones de Torno para Alta Variedad, Bajo Volumen

Subestimar la necesidad de reducir la mano de obra es el mayor error que cometen los talleres al elegir un torno para fabricación de alta variedad y bajo volumen. A menudo rechazan las capacidades de fresado a favor de agregar una operación a un fresadora existente. El costo adicional del contrahusillo, herramientas de cambio rápido o pinzas puede hacer que estas características parezcan lujos innecesarios.

Pero los gerentes de taller rara vez se arrepienten de comprar opciones costosas que reducen la mano de obra. Las opciones de máquina que reducen la mano de obra del operador casi siempre tendrán un alto ROI. Mandíbulas de pinza de cambio rápido, pinzas de cambio rápido y herramientas de cambio rápido deberían instalarse en cualquier torno que realice trabajo de alta variedad y bajo volumen. Las opciones que brindan la flexibilidad para ejecutar piezas en una sola máquina, "hecho en uno", también tendrán un gran ROI.

El Contrahusillo "Imprescindible"

Casi todas las piezas torneadas requieren dos operaciones. Al automatizar tornos, el contrahusillo es una opción particularmente beneficiosa, cuyo valor a menudo se pasa por alto o se malinterpreta. Incluso si el torno solo hace trabajo de barra y el contrahusillo simplemente permite la eliminación de la rebaba de corte, el contrahusillo se pagará solo durante la vida de la máquina versus un operador recargando las piezas o lijando la rebaba a mano.

Automatizar una aplicación de sujeción es donde un contrahusillo realmente da dividendos. Sin un contrahusillo, un robot o cargador pórtico típico solo puede completar una operación a la vez. Después de que se completa la primera operación, el operador debe configurar las mandíbulas del contrahusillo para la segunda operación, voltear las piezas y recargarlas en la alimentación de entrada.

Al decidir si agregar un contrahusillo, se deben considerar estas preguntas:

• ¿Todas las piezas a fabricar se sentarán en la alimentación de entrada boca abajo en el lado terminado?
• ¿Las piezas requieren indexado de la primera operación a la segunda, y la alimentación de entrada podrá mantener de manera confiable el indexado?

Si la respuesta a cualquiera de estas preguntas es no, sin un contrahusillo la segunda operación necesitará ser cargada a mano, aumentando la mano de obra y el costo de fabricación.

Alimentador de Barras, Pórtico o Cargador Robot

Generalmente, el tipo de trabajo planeado para la máquina dicta el tipo de automatización a elegir. Alta variedad significa que se necesita flexibilidad para una variedad de tamaños y formas de piezas diferentes. Bajo volumen requiere tiempos de configuración cortos para manejar lotes pequeños. Desafortunadamente, no hay una decisión clara de automatización para aplicaciones de alta variedad y bajo volumen. La mejor elección generalmente estará impulsada por la gama de variedad de piezas que la automatización necesita soportar.

Los alimentadores de barras son la opción de automatización más popular para tornos. Son simples, confiables y asequibles. La limitación principal del alimentador de barras es el tamaño de la pieza, con un diámetro máximo de aproximadamente 4,75 pulgadas (120 mm). Para aplicaciones de alta variedad y bajo volumen, los alimentadores de barras estilo revista, accionados por servomotor, de carga corta generalmente proporcionarán la gama más amplia de tamaños de barra con los tiempos de configuración más cortos. Para trabajo que cae principalmente dentro de las limitaciones del alimentador de barras, es una opción difícil de superar.

Los cargadores pórtico son otra tecnología probada de automatización de tornos. A menudo están disponibles directamente del fabricante del torno como una solución integrada, por lo que hay menos preocupación por casar un equipo de automatización complicado con un torno CNC complicado. En términos de función, un cargador pórtico opera muy parecido a un cargador robot: recoge una pieza de la alimentación de entrada, carga la pieza en el plato del torno, recoge la pieza del plato cuando la operación termina y coloca la pieza en la alimentación de salida. Un cargador pórtico típicamente se configura con una pinza dual para aumentar la eficiencia. Con una pinza dual, el robot puede descargar la pieza recién completada mientras sostiene la siguiente pieza a procesar en la otra pinza.

Los cargadores pórtico generalmente pueden configurarse para ejecutar ejes o piezas sujetas. Los tiempos de configuración pueden ser relativamente cortos entre piezas similares, pero pueden ser bastante largos para pasar de un eje de 2 pulgadas por 15 pulgadas a un disco de 6 pulgadas de diámetro. Otra limitación de los cargadores pórtico es que pueden no ser capaces de manejar algunos tamaños y formas de piezas en absoluto. Los cargadores pórtico a menudo usan un cargador apilador para discos que requieren que la materia prima y las piezas terminadas se apilen una encima de otra.

Los cargadores robot, hace pocos años, solo estaban disponibles con sistemas totalmente personalizados. Estos eran sistemas de alto costo, dirigidos a aplicaciones de alto volumen y generalmente no adecuados para las demandas de alta variedad y bajo volumen. Hoy, una serie de nuevos desarrollos tecnológicos han hecho que los cargadores robot sean una opción atractiva de automatización de tornos para aplicaciones de alta variedad y bajo volumen.

Cargador Cobot

Los robots colaborativos, o cobots, se han convertido en una opción popular porque no requieren medidas de seguridad especiales, son portátiles y relativamente fáciles de programar. Sin embargo, desembalar un nuevo cobot y agregarlo a una máquina de automatización de alta variedad y bajo volumen productiva puede ser una tarea desalentadora. Ajustar pinzas y diseñar y construir una alimentación de entrada y salida, abridores de puertas e interfaz al CNC no son tareas triviales. En teoría, un cargador cobot puede procesar una gama de formas y tamaños de piezas; sin embargo, su efectividad depende de cómo se diseñen la alimentación de entrada, salida y pinza. Los tiempos de configuración dependen de estos mismos factores, pero es probable que sean significativamente más largos en un sistema casero que en un "producto" de automatización.

Cargador Robot-en-una-Caja

Robot-en-una-caja (RIB) es una nueva categoría de automatización que está ganando terreno rápidamente en el mercado. Un RIB combina un robot industrial con un sistema de seguridad integrado, pinzas, alimentación de entrada y salida flexible y una interfaz estándar a máquinas CNC populares. Los RIB suelen venir preprogramados y tienen una interfaz de usuario simple que un operador puede aprender en solo un par de horas. Un RIB típicamente tendrá un sistema de alimentación de entrada/salida más flexible que un sistema de cargador pórtico. Los RIB suelen ser portátiles, permitiendo a un taller adaptar la automatización a la mejor máquina para el trabajo. Varios proveedores de RIB han hecho del tiempo de configuración bajo y sistemas de alimentación flexibles una prioridad de ingeniería. Debido a esto, los RIB generalmente tendrán una ventaja sobre los cargadores pórtico en un entorno de alta variedad y bajo volumen.

RIB con MultiGrip

MultiGrip es una nueva tecnología de sujeción diseñada específicamente para el mercado de automatización de alta variedad y bajo volumen. Esta sujeción está disponible en el VBX-160, un RIB fabricado por VersaBuilt Robotics. Aunque inicialmente desarrollado para fresadoras verticales, este producto de sujeción ha encontrado su camino en aplicaciones de torno y aporta capacidades únicas sobre las pinzas robot tradicionales. Uno de los problemas con las pinzas de tres mordazas tradicionales es que no siempre son adecuadas para recoger una variedad de formas. Aunque funcionan bien con discos redondos, pueden no ser adecuados para ejes largos o cualquier pieza que no tenga una superficie redonda para sujetar.

La pinza robot MultiGrip no recoge piezas como una pinza tradicional. En su lugar, recoge mordazas MultiGrip mecanizables y usa estas mordazas para recoger piezas. Las mordazas pueden mecanizarse fácilmente para adaptarse a una variedad de formas de piezas: ejes, discos y una variedad casi infinita de formas geométricas. El robot puede entonces cargar la pieza en una pinza o mandíbulas de plato existentes muy parecido a un cargador robot tradicional. Este sistema es esencialmente un cambiador de herramientas automático para el robot, reduciendo los tiempos de configuración.

Opcionalmente, el torno puede configurarse con mandíbulas intermedias MultiGrip. En esta configuración, el VBX-160 puede cargar las mordazas y la pieza directamente en el plato del torno para procesamiento. MultiGrip actúa entonces como un cambiador de herramientas automático para el robot y un cambiador de mandíbulas de plato automático para el torno. El VBX-160 puede eliminar otro paso de configuración y permite que el sistema procese múltiples números de pieza en una sola carga. Para aplicaciones de alta variedad y bajo volumen, el sistema puede cargarse al final de un turno con hasta cuatro números de pieza diferentes y procesará automáticamente las piezas, incluyendo la selección de los programas adecuados en el CNC, para que los operadores encuentren una carga de piezas completadas por la mañana.

Un VBX-160 con MultiGrip puede procesar ejes de hasta 6 pulgadas (152 mm) de diámetro y 15 pulgadas (381 mm) de largo y discos de hasta 10 pulgadas (254 mm) de diámetro y 6 pulgadas (152 mm) de alto.

En general, el panorama de fabricación CNC está cambiando. Los clientes exigen piezas más complicadas a los talleres CNC, con plazos de entrega cortos y tamaños de lote pequeños. Al mismo tiempo, la mano de obra para configurar y ejecutar máquinas CNC se vuelve más difícil de encontrar. Hacer las inversiones correctas en herramientas, sujeción y automatización permite a los talleres satisfacer mejor las necesidades de sus clientes, reducir la dependencia de la mano de obra difícil de encontrar y aumentar el crecimiento y la rentabilidad de sus negocios.