Cómo seleccionar el alimentador de barras apropiado

¿Por qué una compañía selecciona un tipo de alimentador de barras y no otro para una máquina de tornear? Quizás esté contenta con las recomendaciones del distribuidor que le vendió la máquina. O tal vez posee una batería de máquinas de barras, equipadas con cierto tipo de alimentador y sólo busca uniformidad. O tomó la decisión después de un completo análisis del tiempo de carga de las barras, del tiempo de alistamiento y de otros factores que afectan la productividad.

El alimentador de barras ideal es aquel que mejor satisface las necesidades del usuario para sus circunstancias particulares, y esas circunstancias probablemente son tan variadas como el número de talleres especializados en torneado. Para probar este punto hemos reunido varios ejemplos de talleres que operan alimentadores de barras. Con el propósito de cubrir el mayor tipo de alimentadores de barras, nos centramos en un caso particular de alimentador en cada taller, en lugar de tratar de catalogar todos los alimentadores de barras del taller o de ir al detalle sobre las principales operaciones del taller.

Usted puede haber comprado recientemente un nuevo torno CNC de husillo simple, una máquina de roscar o alguna otra máquina de barras, o quizás busca hacer su próxima adquisición de una máquina de barras. Esperamos que las consideraciones que este artículo plantea puedan resolver algunas de sus preguntas y lo ayuden a escoger el mejor alimentador de barras para esa nueva máquina.

Empezando por lo básico
La empresa Camcraft, fabricante de piezas torneadas de precisión, opera un gran número de tornos CNC de producción de husillo simple, incluida una batería de una docena o más de máquinas de cabezal Index deslizante.

Varios de los tornos CNC de Camcraft están equipados con alimentadores Hydrobar hidrodinámicos de seis tubos, fabricados por LNS America. Este tipo de alimentador de barras tiene tres o seis tubos, cada uno de los cuales puede acomodar un diferente rango de tamaños de barras (diámetros). Los tubos giran en un tambor alrededor de un eje central, como las cámaras de las balas de un revólver, y el operador del torno rota el tambor para alinear el tubo apropiado al tamaño de barra que va a ser utilizado en el husillo del torno. El tubo sólo puede alojar una barra de 12 pies de largo y, cuando la barra es consumida, el operador debe pivotar el alimentador de barras hacia fuera del husillo, cargar una nueva barra en el tubo desde el frente, reposicionar el alimentador de barras con el husillo y reiniciar el torno.

Los alimentadores hidrodinámicos de barras, con su apariencia de cañón, parecen fuera de lugar por la apariencia rectangular de los otros alimentadores de barras del taller. Pero las apariencias engañan y, de hecho, los alimentadores hidrodinámicos de barras son considerados más eficientes para los trabajos que acostumbran hacer, que cualquier otro tipo de alimentador de barras.

"La mayoría de nuestros tornos CNC son máquinas de producción que trabajan más bien grandes cantidades de piezas, y nosotros equipamos esas máquinas con alimentadores tipo magazine de 12 pies de capacidad para asegurar que nunca habrá interrupciones de producción por falta de material de alimentación –explica Marc Bossert, gerente de ingeniería de Camcraft–. Sin embargo, utilizamos algunos tornos CNC, principalmente para trabajos de una cantidad pequeña de piezas, con tiempos de ciclo relativamente largos, y esos tornos están equipados con alimentadores hidrodinámicos. Una barra puede durar una o dos horas y el trabajo puede requerir únicamente dos o tres barras. Sólo se necesitan entre uno y dos minutos para cargar una nueva barra, de tal manera que el breve intervalo en el que el torno está inactivo mientras se carga la nueva barra en el alimentador, no tiene mucho impacto en la eficiencia de la operación".

Además de su adaptabilidad a las operaciones de bajo volumen, el alimentador hidrodinámico cambia de un trabajo a otro relativamente rápido. "Usted decide cuál de los seis tubos se acomoda mejor al tamaño de barra que se va a trabajar, rota el tambor hasta ese tubo, inserta un alineador apropiado en el husillo del torno, carga la primera barra, la alimenta al husillo, y ya está listo para trabajar –explica Bossert–. Así de rápido puede trabajar. El tiempo de alistamiento en un alimentador tipo magazine puede ser considerablemente más largo. Hay muchos más ajustes por hacer y más calibraciones que deben modificarse".

¿Limitado de espacio?
La mayoría de talleres utiliza más barras de 12 pies que de otros tamaños menores. El flujo es mejor y se consume menos tiempo en cambios de barras. Pero, ¿qué pasa cuando un taller no encuentra espacio para un alimentador que maneje barras de 12 pies? Generalmente, compra un alimentador de barras de longitud de husillo. Ese fue el caso de Bryco Machine, un taller de torneado de precisión. Bryon Bettinardi, presidente de Bryco, empezó su negocio hace 18 años en un pequeño taller de 1.524 m². Cuando el negocio creció, se adicionaron varias máquinas de barras CNC de Mori Seiki, pero el campo reducido no dio mucho espacio para instalar alimentadores de 12 pies de capacidad. Bettinardi resolvió el problema de espacio equipando sus máquinas de barras CNC con alimentadores Quik Load de longitud de husillo, fabricados por LNS America.

El alimentador de longitud de husillo es una unidad tipo magazine que acepta múltiples barras de 4 pies y las alimenta automáticamente, una después de la otra, en el torno CNC. La operación del alimentador de longitud de husillo es completamente automática. Una vez el operario carga un número de barras en la bandeja inclinada de la unidad, queda libre para realizar diversas tareas, como la carga de otros alimentadores, la operación de una máquina secundaria opcional, la inspección de piezas, etc.

Los alimentadores de barras también resuelven un problema común con los alimentadores de longitud estándar (12 pies de capacidad). Los talleres requieren trabajar sus máquinas de barras lo más rápido posible para alcanzar altas tasas de producción. Sin embargo, en la medida en que la velocidad de rotación de una barra de 12 pies de longitud aumenta, la barra tiende a ondularse y a vibrar, lo que afecta adversamente los resultados del mecanizado. "El problema es, probablemente, mayor con el material (barras) que con el alimentador –explica Bettinardi–. Aun cuando tenemos nuestras barras rectificadas sin centros y enderezadas y tratamos de trabajar a 10.000 rpm con las barras de 12 pies, el más mínimo doblez causa una gran cantidad de ondulación. Para asegurar la producción de piezas libres de defectos debemos reducir la vibración, y para hacer esto tenemos que reducir la velocidad de nuestras máquinas. Sin embargo, utilizando barras de 4 pies de longitud en el alimentador compacto de barras, podemos reducir el problema de vibración, lo que nos permite trabajar a más altas revoluciones", anota Bettinardi. Y señala otra ventaja del alimentador de longitud de husillo: "Los cambios en nuestros alimentadores de 12 pies de capacidad de tipo magazine pueden ser largos, pero podemos hacer cambios frecuentes durante la marcha con el alimentador de longitud de husillo, de tal manera que la máquina continúa en operación.

Otra característica importante del alimentador de longitud de husillo es su habilidad de manejar barras de grandes diámetros –barras que ningún otro alimentador puede acomodar–. La empresa Pacific Bearing Co. fabrica la línea Simplicity de rodamientos lineales autolubricados. Muchos de los blancos para los componentes de los rodamientos de la compañía son alistados en un trío de tornos CNC servidos por alimentadores de barras tipo magazine de 12 pies de capacidad. Sin embargo, la compañía tiene otro torno CNC, utilizado para tornear piezas más grandes, servido por un alimentador de barras de longitud de husillo Quik Load de LNS America.

"Usamos el torno CNC con alimentador de longitud de husillo, para todos nuestros trabajos mayores de 2 –explica Chris Mabie, ingeniero de Pacific Bearing–. Trabajamos mucho con los tiempos de ciclo en nuestras líneas de blancos para componentes de rodamientos, pero usualmente producimos cantidades mucho menores en nuestro torno más grande, por lo que los tiempos de ciclo no son tan críticos. Para el número de piezas grandes que producimos, el alimentador de barras de longitud de husillo satisface muy bien nuestras necesidades de producción. Los alimentadores de barras de longitud de husillo, también tienen la alternativa de alimentar longitudes grandes de barras de grandes diámetros. Cuando se presenta alta vibración, tenemos que reducir la velocidad del husillo, desacelerar todas las herramientas y perdemos tiempo de ciclo. Pero cuando trabajamos en el torno CNC grande con el alimentador de barras de longitud de husillo, toda la barra de 4" está contenida en el husillo de la máquina y entonces realmente podemos aumentar la velocidad de giro de husillo".

Tipo magazine
Los alimentadores de barras tipo magazine de 12 pies de capacidad lo tienen todo: rápidos tiempos de ciclo, utilización eficiente de las barras, bajo costo de mano de obra (un operador puede cargar varias máquinas), y la habilidad de trabajar sin atención por largos períodos. Cuando las circunstancias permiten su uso, es el alimentador ideal para los tipos de tornos CNC que encontramos en los talleres visitados. Aunque el precio inicial de compra de estos alimentadores es relativamente alto, los usuarios no han tenido dificultad en justificar la compra.

Ya hemos descrito el uso que Camcraft hace de los alimentadores hidrodinámicos para pequeños lotes; sin embargo, la mayoría de los tornos de producción CNC de los talleres están equipados con alimentadores tipo magazine de 12 pies de capacidad, fabricados por Iemca. "Nuestros tornos CNC Citizen (y otros), son máquinas de producción rápida que representan una inversión considerable –afirma Marc Bossert, de la empresa Camcraft–. No podemos soportar los costos de tener estas máquinas inactivas a la espera de material de trabajo. Cuando el torno ha utilizado una barra, el alimentador tipo magazine de 12 pies carga automáticamente la barra siguiente, de tal manera que el mecanizado continúa casi sin ninguna pausa. No hay operadores esperando el momento en que la máquina quede sin material de trabajo. La operación continua se convierte en un número mayor de piezas terminadas al final del día. Como el operador carga al tiempo una docena de barras o más, en el alimentador de magazine, puede atender varias máquinas simultáneamente y aún le queda tiempo para otras actividades. De hecho, la operación automática del alimentador de barras se presta para una operación no atendida durante los intermedios, de noche, en vacaciones e incluso los fines de semana, si así lo decidimos".

Chris Mabie, de la empresa Pacific Bearing, está de acuerdo con las opiniones de Bossert. "La compañía tiene tres tornos CNC de producción para tornear componentes de su línea de rodamientos lineales. Cada torno está dedicado a un rango limitado de tamaños (1 a ¾ de pulgada, 1 a 1 5/8 de pulgada, y 2 a 1 5/8 de pulgada) para minimizar el número de cambios requeridos para el mecanizado de diferentes piezas, y cada uno es servido por un alimentador de barras Cyclone, tipo magazine de 12" de capacidad fabricado por Alpine Automation Inc. Un operador puede mantener las tres máquinas. Una vez la máquina esté lista y el alimentador de barras cargado con 10 o 15 barras de 1", una máquina puede trabajar durante 4 o 5 horas sin intervención. Estamos totalmente orientados en mantener bajos los ciclos de tiempo y la operación no atendida, donde es posible reducir los costos. Los alimentadores de barras tipo magazine nos ayudan a cumplir estos objetivos. La carga automática de barras proporciona tiempos de producción totalmente predecibles, lo que hace más fácil cumplir nuestros programas de producción. Con el alimentador de barras de magazine se puede calcular de una manera precisa el tiempo que va a tardar un trabajo. Simplemente se multiplica el tiempo de ciclo por pieza, por el número de piezas por barra, por el número de barras requeridas para el trabajo, se suman entre 15 y 20 segundos por barra, y se sabe a qué hora terminará el trabajo. Antes, cuando trabajábamos en modo no atendido durante los fines de semana, era mi responsabilidad venir a recargar los alimentadores de barras. El tiempo de trabajo era tan predecible que yo tenía que venir la noche del sábado justo a tiempo para encontrar la última barra en la máquina y el impulsador listo para retraerse y empujar la siguiente".

Adicionalmente a esta capacidad automática de carga de barras, el alimentador de magazine de 12 pies resuelve los problemas de control de calidad y aseo de las instalaciones que durante décadas han trabajado con cargadores manuales de barras. Con los cargadores manuales, la carga de una nueva barra exige realizar una fuerza que en ocasiones hace que la barra golpee el tope y rebote un poco. El resultado puede ser una pieza de menor longitud, que no dejará muy contento al cliente. El cargador tipo magazine mejora el método viejo monitoreando la posición actual de la barra para asegurar que el extremo esté en el punto correcto.

Luego está el asunto de los remanentes de barra. Las máquinas de barras utilizan toda la barra, con excepción de un corto remanente que debe ser removido antes que la siguiente barra sea cargada. De otra forma, el remanente puede mezclarse con las piezas buenas y ser contado como una pieza defectuosa. El alimentador tipo magazine recupera automáticamente el remanente llevándolo a la parte de atrás y depositándolo en un recipiente para evitar que sea incluido con las piezas buenas.

Una de las mayores ventajas de los alimentadores de barras tipo magazine es su impacto en la utilización del material. Cuando se cargan barras de 12 pies en un cargador de longitud de barra estándar se utiliza la barra completa, con excepción de un pequeño remanente. Pero al cortar la barra en cuatro partes para usarla en cargadores de longitud de husillo, se aumenta el número de remanentes y se reduce el flujo de piezas.

¿Qué tan importante es esto? Bryco Machine produce piezas de precisión de pequeño diámetro en 13 tornos CNC Citizen de cabezal deslizante, servidos por cargadores de barras LNS tipo magazine, de 12 pies de capacidad. El presidente de Bryco, Bryon Bettinardi, ha notado una mayor competencia de firmas que han adquirido máquinas de cabezal deslizante, con la consecuente caída de los precios. "Necesitamos optimizar el uso del material para permanecer competitivos y nuestros cargadores de barras tipo magazine nos ayudan a hacerlo".

También para multihusillo
Hasta este punto hemos discutido el uso de alimentadores de barras para tornos CNC de un solo husillo, pero también hay alimentadores de barras que hacen más eficientes los tornos multihusillo. La empresa Amtec Precision Products, ubicada en Elgin, Illinois, es una productora de clase mundial de piezas torneadas de precisión para las industrias automotriz, hidráulica, de electrodomésticos, militar y otras. La compañía se precia de ser el único proveedor de casi todos sus clientes. Diseña un proceso de manufactura para cada trabajo, que involucra un grande e impresionante arreglo de equipo de torneado de precisión.

Las máquinas de tornear de Amco incluyen aproximadamente 90 máquinas de barras multihusillo Gildemeister con capacidades entre 0,375 y 4" (la lista de equipos de la compañía identifica más de 300 máquinas-herramienta primarias, además de numerosas máquinas secundarias).

Muchas de las máquinas de barras multihusillo tienen carretes convencionales de stock y tubos de barras que deben ser cargados manualmente. Andrew Hain, vicepresidente ejecutivo de Amtec, explica el problema con la alimentación manual: "Cuando uno de nuestros más viejos Gildemeister queda sin material, él mismo se apaga". El operador debe ir al frente de la máquina, retirar el extremo de la barra (remanente) y botarlo. Luego debe ir a la parte de atrás de la máquina y cargar una nueva barra en el tubo de alimentación. Cargar la nueva barra no es una tarea fácil: debe guiarse a través de los resortes de compresión del tubo y empujarla a través de la pinza del alimentador de barras hasta hacer contacto con el tope.

"Cargar una nueva barra en los tubos de alimentación le toma al operario entre 6 y 8 minutos –anota Hain–. La máquina está inactiva mientras el operario hace esta operación, y debe hacerse entre 12 y 14 veces en un día. Esto representa casi una hora de pérdida de tiempo de producción de cada máquina por día. Queríamos automatizar la operación de carga de barras para eliminar la pérdida de tiempo de producción. Una opción era comprar un alimentador de barras tipo magazine que se acoplara a la parte posterior de la máquina multihusillo y que cargara las barras en los tubos de alimentación existentes. El problema con esta solución es el aumento de la longitud de la máquina, cerca de 15 pies. Dada la gran cantidad de máquinas involucradas, las limitaciones de espacio excluyeron esta opción. La solución se inclinó hacia un alimentador de barras tipo magazine, fabricado por Pietro Cucchi America, que reemplaza el carrete de stock de la máquina multihusillo. El alimentador se fija directamente a la parte posterior de la máquina, formando un arreglo compacto".

El alimentador de barras de la máquina multihusillo tiene casi todas las características del alimentador de barras tipo magazine para máquinas de un solo husillo, descrito anteriormente. El operador puede cargar de 20 a 30 barras en el alimentador, y la unidad alimenta automáticamente la máquina multihusillo. En lugar de empujar las barras en los tubos de alimentación, el operador ahora tiene libertad de atender otras tareas. El alimentador extrae automáticamente los extremos de las barras y un sistema de monitoreo posiciona la barra con precisión para el mecanizado, que elimina el problema usual de las piezas cortas.

Según Hain, el alimentador de barras para multihusillo proporciona 90 minutos adicionales de tiempo de trabajo por máquina/día. "Cuando adquirimos una nueva máquina multihusillo, se compra sin carrete de stock y debe ser instalada con un alimentador de barras tipo magazine".

¿Cuál es el mejor tipo de alimentador de barras? Como ya lo mencionamos, es el que mejor se acomode a las circunstancias del usuario. No hay un alimentador que sea el mejor para todas las aplicaciones, se deduce del hecho de que todos los talleres que visitamos utilizan varios tipos de alimentadores.

Si piensa comprar una máquina nueva y desea saber qué clase de alimentador adquirir, este artículo no habrá hecho su decisión tan fácil como llenar una lista de chequeo. Sin embargo, debe estar en posibilidad de identificar algunas de las necesidades que los talleres que visitamos tuvieron en cuenta al tomar sus decisiones de compra. Ojalá que lo mencionado le ayude a tomar las suyas.

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