Cuándo mantener, reconstruir o reemplazar su centro de mecanizado horizontal

Muchas máquinas herramienta están construidas para durar. Sin embargo, llega un momento en la vida de cada máquina herramienta cuando se necesita hacer algo para mejorar su capacidad operativa.

Examinemos algunas de las decisiones que los talleres deben tomar sobre centros de mecanizado horizontales (HMC) envejecidos, incluyendo mantenimiento pesado, actualizaciones, reconstrucciones y reemplazar la máquina con un modelo nuevo.

Lo primero que debe decirse sobre el cuidado de horizontales también se olvida con demasiada frecuencia: debe hacer mantenimiento preventivo (MP) desde el principio. Los fabricantes de máquinas herramienta proporcionan pautas. A veces, como es el caso de Doosan Machine Tools America, Pine Brook, N.J., hay literalmente un gráfico en la máquina. Naturalmente, estos horarios varían dependiendo de cuánto esté corriendo la máquina, pero incluso un taller de trabajo de un solo turno con una máquina nueva necesita prestar atención al MP, dijo Ragen Hunsucker, gerente de servicio para Tulsa, Oklahoma-based Machine Tool Specialties, un distribuidor de Doosan que cubre Oklahoma, Kansas y el suroeste de Missouri. Desafortunadamente, agregó, muchas empresas experimentan una "lucha de poder entre mantenimiento y producción", y la necesidad de "piezas, piezas, piezas" gana al punto de que no hacen mantenimiento durante años.

Para su crédito, la mayoría de los principales fabricantes de máquinas y sus socios de distribución ofrecen realizar MP para sus clientes, pero la adopción es irregular. Jeff DeLaughter, propietario de Machine Tool Specialties, dijo que las corporaciones más grandes son más propensas a firmar un contrato de MP, aunque las demandas de producción aún pueden hacer que sea una lucha para programar el trabajo realmente. Y en cuanto a talleres medianos y pequeños, el número que sigue un plan de mantenimiento recomendado es "casi cero".

Bernie Otto, director de soporte técnico en Methods Machine Tools Inc., Sudbury, Mass., dijo que hay dos tipos de clientes que se inscriben en programas de MP. El primero es una empresa que no tenía uno y fue "quemada demasiadas veces" por costosas averías de máquinas cuando menos se lo podían permitir. El segundo es una empresa que reconoce de antemano que "están gestionando piezas de equipo únicas que son difíciles de reemplazar", especialmente si necesitan estas máquinas para producir a niveles más altos. Citó a un cliente de Methods que corta un material muy abrasivo e inusual en una máquina especializada que debe mantenerse funcionando. "Invierten en un programa consistente de mantenimiento preventivo. Cada seis meses limpiamos las áreas alrededor del tornillo de bolas y guías, verificamos el flujo de lubricación, y verificamos la funcionalidad general de la máquina."

Otto observó que la pandemia empujó a muchos técnicos de mantenimiento a jubilarse temprano. "Así que estamos viendo un aumento en contratos de servicio porque [los clientes] no tienen gente de mantenimiento left", dijo. "Todos los viejos se jubilaron. Los recién llegados podrían poner lubricante en la máquina, pero en Methods, nos estamos preparando para hacer programas más completos. Cada vez más clientes están empezando a darse cuenta de que si estructuran y organizan su servicio, pueden planificar el tiempo de inactividad mejor. Podemos arreglar muchos más problemas pequeños por adelantado antes de que se conviertan en problemas realmente grandes."

Tareas y pruebas a medida que su máquina envejece

El vicepresidente de servicio de Doosan, YB Lee, señaló que un alto porcentaje de usuarios de HMC operan 24/7, o cerca de eso, con altos estándares de tiempo de actividad. Lee dividió el mantenimiento de rutina en tareas trimestrales, semestrales y anuales, siendo estas últimas cosas como quitar las cubiertas de guías y limpiar virutas, limpiar el tanque de refrigerante, cambiar el fluido hidráulico, verificar el nivel de la máquina, ajustar el juego, y verificar la carrera del husillo.

Hunsucker dijo que una vez que un HMC tiene unas 10,000 horas, Doosan también comienza a usar un megohmímetro para detectar posible ruptura en los devanados del motor o degradación de cables (ruptura del aislamiento en los cables que van a los motores). También advirtió que las guías de caja requieren más atención que las guías lineales. "Con guías lineales, no es tan crítico prestar atención a las guías, el sistema de lubricación, los distribuidores de aceite, y ese tipo de cosas como lo sería en una máquina de guías de caja." Pero las guías de caja ofrecen rigidez superior y amortiguación de vibración, haciéndolas populares para corte pesado. (Doosan ofrece ambos tipos de HMC.)

Si ha mantenido el MP, y salvo fallos obvios de componentes, ¿cómo sabe si es hora de considerar una revisión mayor, o quizás reemplazar un HMC? Bill Malanche, COO de Mitsui Seiki USA, Franklin Lakes, N.J., dijo que no es algo que pueda programar realistamente. En su lugar, "el tiempo de inactividad de la máquina y la tasa de desecho son probablemente una mejor indicación de cómo está la máquina", ofreció. "Por supuesto, las piezas malas pueden ser causadas por varios factores, pero si tienes un proceso de producción probado y verdadero y estás empezando a ver deterioro en cosas como rectitud, perpendicularidad y precisión de componentes, entonces tienes una idea de que algo está empezando a fallar."

Otto hizo eco exactamente de este punto, diciendo "en muchos sentidos, la pieza de trabajo es el pulso de la máquina horizontal. Si ves inexactitudes en tus piezas, o estás obteniendo malos acabados, eso suele ser una indicación de que la máquina está teniendo algunos problemas. Podría ser cualquier cosa desde solo un componente desgastado como una guía lineal. Podría ser Turcite deteriorado en una máquina de guías de caja. Podrían ser barras de tracción débiles. Podría ser un mecanismo de sujeción de palet débil.

"Hay algunas pruebas sencillas que la mayoría de los maquinistas pueden realizar para acotar el área que puede estar causando el problema", continuó. "Por ejemplo, 'pon una herramienta en el husillo, quita las llaves, y gírala para ver si tienes algún juego hacia adentro o afuera en la máquina, lo que podría indicar que la barra de tracción se está debilitando. Algunas personas incluso ponen un destornillador en el husillo para hacer palanca un poco. Si se mueve, los resortes de la barra de tracción probablemente están gastados."

Otra prueba simple es colocar un indicador en el husillo y luego tocar el dispositivo mientras intenta mover el palet manualmente. "Si se mueve, lo más probable es que tengas juego en uno de tus ejes y probablemente tendrás que llamar a un técnico de servicio."

En la misma línea, Hunsucker dijo que una prueba de barra esférica regular es un método rápido y fácil de "detectar problemas de precisión antes de que ocurran, o a medida que ocurren gradualmente." Y, para bien o para mal, es más fácil convencer a un cliente para hacer una prueba periódica de barra esférica que para inscribirse en MP. Después de establecer una línea base, las pruebas periódicas proporcionan instantáneas de la precisión geométrica de la máquina. En cada etapa, el cliente puede juzgar si el grado de error es aceptable o causa de preocupación. Podría decidir, por ejemplo, que aunque la máquina se está saliendo de tolerancia, la mantendrá funcionando porque las piezas aún son aceptables. Por otro lado, un taller aeroespacial podría ver los mismos datos y concluir que el riesgo de producir piezas malas es ahora lo suficientemente alto como para justificar una evaluación completa y probable trabajo de reparación.

Si una máquina que había estado funcionando bien ahora es inaceptablemente inexacta, Malanche recomendó contratar a un contratista calificado o al fabricante de la máquina herramienta para "reinstalar" la máquina antes de considerar reparaciones mayores como reemplazar tornillos de bolas. "La máquina ha estado moviéndose de ida y vuelta por años y la cimentación se asienta. Esto causa que la máquina se tuerza. Queremos liberar ese torque. ... No tengo que mover la máquina, pero la voy a liberar de los cojinetes de inercia, ponerla de nuevo donde estaba, y básicamente reinstalarla, realinearla, hacer una nueva calibración láser, ese tipo de cosas." En la experiencia de Malanche, esto resuelve el problema más de la mitad del tiempo si los errores en cuestión no son enormes. "Por ejemplo, toma una máquina que ha estado manteniendo décimas por años, la chocaste y ahora mantiene una milésima. Podrías ser capaz de arreglar esto con recomisionamiento."

Actualizaciones inteligentes

Digamos que tu máquina mantiene las tolerancias requeridas, pero necesitas más rendimiento. Todos los entrevistados para este artículo dijeron que actualizar el control casi nunca tiene sentido. Pero Otto, también gerente de producto de Methods para máquinas OKK y Kiwa, dijo que otras dos actualizaciones deberían recibir consideración seria.

"Podemos instalar en campo pools de palets adicionales para permitir que la máquina corra más horas desatendidas con una mayor mezcla de piezas. Y podemos agregar capacidad de herramienta adicional a una máquina para que pueda manejar múltiples piezas que están en cola." De hecho, Otto dijo, alrededor del 60 % de las ventas multi-palet de Methods para Kiwa y OKK son para máquinas que originalmente estaban equipadas con un arreglo estándar de dos palets. Eso es porque, aunque a los talleres a menudo se les promete un contrato para "40,000 piezas, el pedido inicial será por 3,000. Los clientes han descubierto que es más sabio esperar antes de ir all-in en el sistema de automatización más grande."

La mayoría de los horizontales están equipados con dos palets que giran 180°, cambiando entre la zona de trabajo y la estación de carga/descarga. Methods y otros proveedores ofrecen opciones de automatización que llevan palets adicionales hacia y desde el lado de carga del cambiador rotativo de la máquina. Otto describió pools independientes con un número fijo de palets sirviendo a una máquina, una torre sirviendo a una máquina (un enfoque de ahorro de espacio que se está volviendo popular), y sistemas lineales usando un robot para servir una o múltiples máquinas. DeLaughter dijo que Doosan construye sus sistemas de palets lineales de modo que puedes agregar hasta seis máquinas con el tiempo, "y expandir tus palets junto con ello, siempre y cuando empieces con la base adecuada." Y Otto agregó que "la mayoría de estos sistemas tienen un programador, algunos de los cuales pueden manejar desafíos complejos en el enrutamiento de trabajos diversos."

Otto hizo referencia a un cliente que recibió un contrato de emergencia para hacer piezas de respiradores durante la pandemia de COVID-19 al mismo tiempo que había perdido la mitad de su personal debido a la enfermedad. Methods tiene kits de automatización para retrofit rápido en campo, y equipó el taller con un pool de palets de seis estaciones para un Kiwa KH-45 existente, más un nuevo Kiwa KH-4500 con otro pool de palets de seis estaciones. Ambas máquinas usan los mismos palets.

"En un par de semanas pasó de correr unas seis horas al día, porque eso es todo lo que obtienes de un operador, a unas 16 horas. Finalmente llegó a unas 22 horas al día, ligeramente atendido", dijo Otto. "Tomamos los mismos trabajos exactos, velocidades, avances, todo lo que hacía antes. Todo lo que hicimos fue agregar dos pools de palets y eso extendió sus días y duplicó su producción con el mismo número de personas."

Aumentar el mecanizado desatendido a menudo requiere aumentar la capacidad del cambiador automático de herramientas, especialmente si estás automatizando una variedad de trabajos. Otto explicó que "diferentes fabricantes tienen diferentes formas de expandir sus carruseles de herramientas", y algunos están diseñados para hacerlo fácil desde el principio. Por ejemplo, Methods puede simplemente agregar almacenes a una máquina OKK, y en algunos casos ir de 60 a 170 herramientas. "Podemos hacer retrofit en campo del cambiador de herramientas de un Kiwa de 120 a 240 herramientas en aproximadamente un día y medio."

Otto sugirió varias otras actualizaciones que a menudo resultan rentables, como agregar un palpador (para configuración más fácil y automatizada), y un extractor de niebla para mejorar salud y seguridad. Mejor filtración de refrigerante y un transportador de virutas también podrían ser necesarios si has aumentado el rendimiento. Y "actualizaciones de software para monitorizar cargas de herramienta y cosas así" pueden ser muy útiles.

Decisión difícil: Reparar, reconstruir o reemplazar?

Si tu HMC tiene un problema mayor, te enfrentas a una elección difícil: repararlo, reconstruirlo o reemplazarlo? Y no es puramente una cuestión del costo en efectivo para cada opción. Por un lado, incluso si puedes reconstruir la máquina vieja por significativamente menos que una nueva, tienes que considerar para qué podrías estar usando ese espacio y los beneficios que la tecnología más nueva traería.

Klaus Miller, vicepresidente de ventas en Absolute Machine Tools Inc., Lorain, Ohio, reportó que muchos clientes están reemplazando HMCs de 15 a 20 años porque están gastados y son mucho más lentos en todos aspectos que la tecnología más nueva.

"Algunas máquinas de esa antigüedad tienen husillos accionados por correa capaces de correr solo 8,000 a 10,000 rpm", dijo Miller, "versus los husillos integrales de hoy corriendo a 15,000. El tiempo de cambio de herramienta en las máquinas más viejas es probablemente cinco a seis segundos —al menos el doble de lo que verías hoy."

Lo que es más, a los clientes a menudo se les obliga a reducir aún más las velocidades en las máquinas más viejas. "Tengo muchos clientes corriendo sus máquinas de 15-20 años a la mitad de rapido porque la máquina no puede tomar rapido completo más." Encima de eso, dijo Miller, "los horizontales de 400 mm más viejos eran cerdos, eran enormes. Grandes y cuadrados, mucha chapa, con un cambiador de herramientas construido al lado y un transportador de virutas extendido atrás cinco o seis pies extra. Ahora todo está encerrado y realmente compacto."

Lee dijo que los HMC de Doosan están diseñados para operar 40 horas por semana durante 20 años sin requerir una reparación mayor, lo que se alinea con el mercado de talleres de trabajo. "Pero", agregó Lee, "los clientes horizontales a menudo corren 24/7. Esos clientes necesitarán trabajo de reparación mayor en cinco a siete años." Sin embargo, incluso después de solo cinco años, señaló Lee, pueden aumentar su productividad en 15 a 25 por ciento —o hasta 30 por ciento dependiendo de la aplicación— al conseguir una máquina nueva. Así que un cliente de alto volumen, que probablemente también tiene altos estándares de tiempo de actividad requerido, debería reemplazar una máquina gastada. Por otro lado, dijo Lee, tienen clientes de talleres de trabajo que han estado corriendo sus HMCs por 40 años. "Así que depende de la utilidad", dijo.

Malanche notó que las máquinas Mitsui Seiki están construidas para durar 75,000 horas. Recordó visitar a un cliente automotriz que poseía 25 máquinas pero no mantenía ninguna más allá de cinco años.

"Realmente le gustaba nuestro equipo y estaba extremadamente satisfecho con el tiempo de actividad, confiabilidad y calidad de pieza. Pero me dijo llanamente que la idea de tener cualquier máquina ocupando espacio en su instalación por más de cinco años, independientemente de su condición, era impracticable. El caballero me explicó que los avances en tecnología con respecto a velocidad y producción cambiarían significativamente año a año. Y una máquina herramienta capaz de hacer, digamos, 40 m/min en velocidad de avance rápido hoy, sería capaz de hacer 60 m/min en cinco años. Así que la salida de las máquinas ocupando espacio iba a aumentar solo por avances en tecnología. ¿Por qué tener máquinas produciendo el 100 % de las piezas necesarias si puedes tener el mismo número de máquinas produciendo el 133 %?"

Hay algunos argumentos para reparar o incluso reconstruir un HMC más viejo. Primero, si la máquina es sólida pero necesita una reparación específica (p.ej., reemplazo de tornillo de bolas), muy bien podría valer la pena hacerlo. Si quitar y reemplazar la máquina sería extremadamente disruptivo, podría ser mejor reconstruirla en el piso del taller. Lo mismo se aplica si la entrega de un reemplazo tomaría demasiado tiempo.

Cuanto más cara la máquina, más atractiva parece reconstruirla. Como lo dijo Hunsucker, "una máquina de guías de caja con cabezal engranado ... son difíciles de reemplazar. Es bastante costoso rehacer las guías y la cinta de guías, pero también es bastante fácil para un técnico entrenado. Mientras la electrónica no sea antigua, reconstruir estas máquinas y ponerlas de nuevo en producción es una opción viable."

Hay una cuarta opción, agregó Hunsucker: reutilizar la máquina. Por ejemplo, si una máquina ya no mantiene tolerancias ajustadas, aún puedes repararla lo suficiente para mantenerla funcionando y usarla para desbaste.

Finalmente, si has decidido invertir en nueva tecnología, pregunta por una recompra. Si tu máquina no es un desastre total, tu amable distribuidor local encontrará un nuevo hogar para ella, y ahorrarás algo de dinero en la máquina nueva. DeLaughter dijo que toman una máquina en intercambio aproximadamente la mitad del tiempo.