Obstáculos para la operación sin luces en el mecanizado de precisión

¿Qué es el mecanizado sin luces y qué tan realista es?

Mecanizado sin luces es un método de automatización de la fabricación para minimizar o eliminar la cantidad de interacción humana necesaria. Esta idea de reemplazar a los humanos con un dispositivo o proceso que hará el mismo trabajo más rápido, mejor o más barato no es nueva.

En los últimos años, el atractivo de la robótica y la automatización ha seguido creciendo, incluso en el campo del mecanizado de precisión. La producción totalmente automatizada de luces apagadas, con su potencial para una mayor productividad, mayor rendimiento, ahorro de energía y costos de mano de obra reducidos, es probablemente el sueño de todos los propietarios de talleres mecánicos.

Pero la realidad es un desafío, especialmente en el mundo del mecanizado de precisión. Incluso con operaciones que afirman ofrecer una producción totalmente automatizada y sin luces, es un poco una fantasía decir que cualquier servicio de mecanizado de precisión "funciona solo" todo el día y toda la noche.

Criterios para el mecanizado viable sin luces

Cualquier operación de fabricación de luces apagadas, ya sea en el mecanizado de precisión CNC o algún otro método de producción, debe tener algunos fundamentos establecidos para tener éxito:

• Toda la maquinaria, incluidas las herramientas, los periféricos y la programación, debe funcionar en conjunto a la perfección. El equipo debe ser capaz de soportar un funcionamiento continuo, idealmente con la capacidad de autocontrol y autocorrección o apagado si surge un problema.
• Lo mismo se aplica a los mecanismos que se utilizan para alimentar el material en el equipo, suministrar refrigerante, eliminar los desechos y descargar los productos terminados.
• Y contrariamente al sueño de "no se requieren humanos", el monitoreo remoto por parte de una persona, nuevamente, con la capacidad de corregir problemas menores o apagar el sistema en caso de un problema importante, es una ventaja adicional.

Quizás lo más importante, determinar si una máquina es capaz de funcionar continuamente sin luces requiere averiguar si ofrece el más alto nivel de confiabilidad. El objetivo es un Cpk de ≥1,67, es decir, la capacidad para que el 99,9999 % de las piezas cumplan los requisitos.

Esa es (literalmente) una tasa de falla permitida de solo una en un millón.

E incluso si una máquina puede manejar la operación de luces apagadas, el punto de referencia aceptado generalmente es que las luces apagadas solo son una solución viable si ofrece un retorno de la inversión en dos años.

Dónde se utiliza hoy en día la operación Lights Out

Hay muchas aplicaciones en las que la robótica es una gran ayuda, incluso si solo se automatiza una parte del proceso de fabricación. En todo, desde la elaboración de cerveza hasta el empaque, desde los centros de FedEx hasta los almacenes de Amazon y el manejo de equipaje en el aeropuerto, la automatización juega un papel importante en dos circunstancias:

• Dondequiera que ofrezca una confiabilidad en un millón

O

• Donde existe la capacidad de autocorregir el proceso de una manera rentable

Algunos ejemplos comunes

Las operaciones de empaquetado automatizadas utilizan derivación integrada de pasar/no pasar para garantizar la calidad durante la operación de apagado de luces. Por ejemplo, una cámara puede verificar que el producto que sale de la línea sea bueno y la máquina puede apartar el producto malo o apagarse si ocurre un problema.

La soldadura robótica por puntos por resistencia se usa ampliamente para operaciones continuas en la industria automotriz. (Puede leer más sobre la soldadura por puntos de resistencia en nuestro sitio web). De hecho, es probablemente la imagen en la que más piensa la gente cuando imagina robots trabajando en una línea de producción.

Sin embargo, a diferencia de la fabricación de una caja de cartón, este tipo de operaciones requiere un nivel de control de calidad diferente. Después de todo, no se puede desviar muy bien un automóvil completo porque una soldadura es mala. ¿Cómo se comprueba que un electrodo no falló en algún lugar de una línea de montaje muy larga y compleja?

Aplicaciones Prime para automatización

En Japón, FANUC Corporation ejecuta lo que se considera lo último en fabricación automatizada y sin luces. Tiene robots que operan las 24 horas, los 7 días de la semana en un complejo gigante de 22 fábricas para producir otros robots para clientes como Tesla Motors y Apple. Según el vicepresidente de FANUC Robotics America, Gary Zywiol, "no solo se apagan las luces, también apagamos el aire acondicionado y la calefacción".

La automatización también se utiliza en todo tipo de procesos hostiles al ser humano. Esto incluye pasos de fabricación en los que hay problemas de calidad o seguridad, así como en los que un ser humano no puede trabajar al ritmo acelerado de una máquina, como la soldadura por puntos de automoción descrita anteriormente.

Por lo tanto, cuando el entorno de trabajo o la tarea es de alta temperatura o alta velocidad o cuando se trata de sustancias tóxicas, la robótica es una gran ventaja.

Desafíos para apagar las luces en el mecanizado de precisión CNC

Es todo muy intrigante. Pero aunque no estamos en contra del mecanizado automático, seguimos siendo escépticos sobre su viabilidad en el taller de mecanizado de precisión, donde la automatización continua sin supervisión sigue siendo un desafío.

Materiales utilizados

Por ejemplo, en nuestro mundo, la capacidad de realizar un mecanizado sin luces depende no solo de la geometría de la pieza, sino también del material que se utiliza. Por lo general, un material más blando, uno que no desgaste la herramienta tan rápidamente como un material más duro o que no cree muchas virutas fibrosas que se envuelvan alrededor de la herramienta, es un mejor candidato para tareas de luces apagadas.

Eso significa que con un material más suave apropiado, puede configurar su máquina a las 5 p. m. para que funcione toda la noche y, por la mañana, regresará a una canasta llena de piezas que están dentro de la tolerancia, sin ninguna herramienta rota o desgastada.

Sin embargo, nadie recomienda un material más duro como el acero inoxidable para el mecanizado de precisión CNC sin luces. Esto se debe a que un material tan duro y resistente puede desgastar o romper rápidamente las herramientas. O llegará por la mañana a muchas piezas que no cumplen con las especificaciones, desperdiciando la cantidad de material que cargó en la máquina y causando estragos en su programa de entrega.

Tolerancias requeridas

Las tolerancias son otra consideración importante. Si tiene una tolerancia de ±0,005” (0,127 mm) y un material confiable, el mecanizado de precisión sin luces no es un problema. Pero si tiene una tolerancia de ±0,0005" (0,0127 mm) o menos, se está buscando problemas.

Esto se debe a que, dependiendo del material, el proceso desgastará la herramienta. Si tiene un diámetro exterior (DE) de 0,0002" (0,00508 mm) y ejecuta el proceso sin supervisión, es probable que sus piezas no cumplan con las especificaciones por la mañana debido al desgaste de la herramienta.

Materiales-que-hacer-y-no-hacer-en-el-mecanizado-sin-luces

Ciertos materiales son naturalmente más apropiados para el mecanizado de precisión CNC sin luces. Por ejemplo, se pueden usar latón, aleación de aluminio 6061 y ciertos plásticos que no tienden a producir virutas largas y fibrosas, que pueden enredarse alrededor de la herramienta.

Incluso se puede intentar el acero inoxidable 303 para el mecanizado sin luces. Sin embargo, primero tendría que programar el equipo para que funcione durante unas horas para probar la tolerancia de retención y verificar el desgaste de la herramienta.

Algunos materiales no son absolutamente apropiados para la producción de luces apagadas. Esto incluye el favorito de la industria de dispositivos médicos, el acero inoxidable 304, que es difícil de mecanizar, produce virutas fibrosas y arroja rebabas. Además, los aceros inoxidables 316, 17-4 y la mayoría de los demás aceros inoxidables son difíciles de mecanizar y pueden dañar sus herramientas.

Las superaleaciones no se pueden mecanizar completamente, y el titanio nunca, JAMÁS, debe dejarse desatendido. (Hemos visto videos de una máquina que se incendia por las chispas que emiten las piezas de titanio, ¡algo que estuvo muy bien, pero que definitivamente no se recomienda!)

Otros Tropiezos en la Oscuridad

Para el mecanizado de precisión de miles y miles de piezas, la gama de máquinas de tornillo suizo CNC actualizadas de Metal Cutting podría respaldar la producción de luces apagadas, ya que podemos cargar el alimentador de barras y configurar la máquina para que funcione automáticamente. Dependiendo del diámetro, podemos cargar hasta doce barras de 0.630″ (16 mm) de diámetro; con los diámetros iniciales estándar más pequeños de 0,090” (2,25 mm), podemos cargar aún más.

Monitoreo requerido

Sin embargo, la naturaleza del mecanizado de precisión CNC es que durante un turno normal de ocho horas, aún necesita a alguien que esté a su lado para monitorear la carga y asegurarse de que todo funcione correctamente. Por lo tanto, incluso en los talleres mecánicos de precisión que dicen que se quedan sin luces, puede estar bastante seguro de que habrá alguien allí para asegurarse de que nada salga mal.

Problemas de carga de barras

El mecanizado de precisión también plantea desafíos en la carga automática de barras. En primer lugar, siempre debe tener en cuenta la tolerancia del diámetro del material que va a mecanizar. Además, el hecho de que tenga un cargador de barras no significa que vaya a cargar el material correctamente, y hay una curva de aprendizaje en prácticamente todos los proyectos que se emprenden.

Por ejemplo, cuando se trabaja con piezas de menor diámetro, si la máquina no está perfectamente configurada, puede intentar cargar dos barras de material a la vez, con muy malos resultados.

Mantener la herramienta limpia

Otro requisito es que el proceso de apagado de luces debe incluir aire a alta presión o algún otro método de alta calidad para mantener el área de trabajo libre de virutas para que no vuelvan a cortar y desafilen la herramienta. También debe pensar en cómo descargar las piezas terminadas, teniendo en cuenta lo delicadas que pueden ser esas piezas, para asegurarse de que no se dañen después del mecanizado.

Fiabilidad de Lights Out en el mecanizado de precisión

No nos malinterprete:no estamos diciendo que la producción de luces apagadas sea una imposibilidad en el mecanizado de precisión CNC. Pero sí requiere reunir y obtener aportes de todas las partes interesadas y proveedores en la etapa de planificación, para asegurarse de que tenga:

• El material perfecto
• El tamaño y la geometría de la pieza adecuados
• Cpk ≥1.67 en el equipo
• Tolerancias que no sean tan estrictas que no sea factible una confiabilidad del proceso del 99,9999 %

Incluso el mecanizado más preciso tendría dificultades para ofrecer una fiabilidad entre un millón en la herramienta, el cargador de barras, el suministro de refrigerante y las tolerancias estrictas. Pero si se cumplen todas esas condiciones, se puede calcular la producción de luces apagadas.

Por ejemplo, aquí en Metal Cutting, podemos probar qué máquina, herramienta y material lograrán los resultados especificados en un proceso de corte de luz. O podríamos probar un proceso semiapagado, en el que programamos una máquina para que produzca piezas adicionales, no en funcionamiento continuo durante la noche, sino en medio turno adicional fuera del horario laboral.

El problema del ROI en el mecanizado de precisión

Para los fabricantes que fabrican el mismo producto una y otra vez, es factible obtener un retorno de la inversión dentro del punto de referencia de dos años para la producción de luces apagadas. Sin embargo, el mecanizado de precisión CNC consiste en gran medida en la fabricación de muchas piezas diferentes en un plazo más corto.

Eso significa que para muchos talleres de máquinas de precisión, simplemente no hay tiempo para probar si sus operaciones se pueden ejecutar sin problemas. Además, dos años es mucho tiempo para que estos talleres esperen para ver el ROI, lo que hace prohibitivo el costo del mecanizado sin luces...

Aquí en Metal Cutting, todos los días cotizamos nuevos proyectos de talleres mecánicos que requieren entre 200 y 20 000 piezas. Si bien tenemos trabajos que duran años, no solemos tener proyectos que se ejecuten continuamente durante dos años. Por lo tanto, es raro que todos los planetas se alineen y que tengamos tiempo para explorar las opciones para la producción de luces apagadas.

Al final, el mecanizado de tolerancia estrecha tiene tantas variables que no puede garantizar una confiabilidad de uno en un millón, por lo que aún no es adecuado para la producción total. Aún así, independientemente de los desafíos que pueda implicar su proyecto, la tecnología de automatización seguramente seguirá desempeñando un papel cada vez mayor en la producción de piezas pequeñas.

Mientras tanto, para obtener consejos sobre cómo crear las mejores especificaciones para sus piezas pequeñas, descargue nuestra guía gratuita, Cómo ajustar su solicitud de cotización para su máxima ventaja:Preguntas frecuentes sobre el abastecimiento de piezas pequeñas.