Incremento de función de los tornos con husillos extra

Incremento de función de los tornos con husillos extra

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Éranse una vez, tornos que mecanizaban partes redondas. Todavía lo hacen.

Sin embargo, los fabricantes de máquinas-herramienta se dieron cuenta de que, a menudo, las partes torneadas requerían por lo menos algo de trabajo de fresado o taladrado. Con la parte ya sujetada en el torno, y con un torno CNC capaz de hacer los movimientos que puedan alimentar las herramientas rotativas de manera efectiva, era lógico incrementar las capacidades de los tornos mediante husillos extra para el trabajo con herramientas rotativas. Las que alguna vez fueron máquinas dedicadas al torneado también se convirtieron en máquinas de fresado y taladrado.

De hecho, las máquinas más efectivas para coordinar torneado, fresado y taladrado, todo en un solo alistamiento, se convirtieron en centros de corte de metales flexibles, de una sola parada y operación múltiple. Con todo el mecanizado que ellos podían realizar, debería ser lógico renombrarlos como "centros de mecanizado" tan sólo si ese nombre no hubiera sido ya adoptado. Un torno alimentado por barra, que tiene la capacidad de herramientas rotativas y un subhusillo opuesto al husillo principal, puede alimentar material en bruto por un extremo, y mecanizar todas las caras y características de una parte elaborada sin que el operador tenga que intervenir. Más aún, puede producir pieza tras pieza todo el tiempo que dure la barra. Muchos talleres ahora mecanizan de esta forma. Un fabricante particularmente experimentado en mecanizar de esta manera es Jesel Valvetrain Innovation.

Jesel, con sede central en Lakewood, New Jersey, fabrica componentes de árboles de levas enfocados a la demanda en aplicaciones de autos de carreras. Los componentes que pueden ser estampados para un motor de auto normal, ellos pueden mecanizarlos a partir de acero sólido. Hace 14 años la compañía era un primer usuario del torno de Mori Seiki, modelo DL-15 CNC, con capacidades de herramental vivo. Con los años, las máquinas evolucionaron y el taller continuó aprendiendo cómo aplicarlas más efectivamente. Ahora, el área de manufactura de esta planta cuenta con 11 máquinas CNC de torneado/fresado, la mayoría de las cuales son máquinas modelo DL-10, una versión más avanzada de la máquina que la planta comenzó a usar primero.

Una pieza que la compañía elaboró recientemente ilustra qué tan lejos ha llegado esta práctica de la planta en relación con tales máquinas. La parte es casi un hito, no sólo para la planta sino también para la evolución en general del mecanizado en tornos con herramental vivo. La pieza, un rodillo de levas en la cámara, tiene una forma de caja que sugiere vagamente dos comas o dos orejas unidas. Originalmente, la planta asumió que esta pieza sería mecanizada en cinco alistamientos en centros de mecanizado. Dado el valor de la parte y los volúmenes en que se realizaría, un proceso como tal podría justificarse fácilmente. Sin embargo, Ray Frattone Senior, director de manufactura de la compañía, sugirió una solución diferente. Parte del papel de Frattone es encontrar nuevas formas de manufacturar las piezas que produce la compañía de forma más efectiva en términos de costo. Haciendo esta tarea, ha trabajado ampliamente con el equipo de torneado/fresado. Se percató de que el rodillo de levas es lo suficientemente compacto como para ser mecanizado a partir de una barra sólida. Específicamente, podría ser mecanizado de una barra en aleación de acero 4140 de 1.125" de diámetro. Alimentar esta barra a través del alimentador de barras LNS de la máquina Mori Seiki no sólo permitiría mecanizar la parte completa, sino también mecanizar una serie de piezas sin atención.

El ingeniero de manufactura Mark Cubbedge trabajó en el proceso para esta pieza. De hecho, descubrió que había suficiente capacidad en las dos torretas de 12 posiciones del DL-150 para acomodar todas las herramientas necesarias de fresado y taladrado a fin de mecanizar la parte de esa manera. En resumen, había suficientes posiciones de herramientas para mecanizar la parte completa. El alistamiento de esta pieza incluye una herramienta de tronzado para separar la parte de la barra pero, además de eso, cada posición de herramienta individual usada para mecanizar esta pieza sostiene un husillo de herramienta rotativa.

La manera como Jesel utiliza los tornos de herramental vivo cumple así una jornada completa. Estas máquinas ahora se usan y valoran, no como tornos con algo de capacidad extra, sino como centros de producción de un solo alistamiento. Como la parte del rodillo de levas ilustra, esta máquina les agrega valor a los procesos, incluso cuando la geometría de la parte está lejos de ser redonda, es decir, cuando esencialmente no se requiere trabajo tradicional en torno.

Sacrificios
Dos números de partes de rodillos de levas se mecanizan en el DL-150. La mayor de las dos partes mide aproximadamente 0.75 x 0.80 x 2.5 pulgadas. Aparte del tratamiento térmico y el afilado, toda la manufactura se desarrolla en esta máquina con un ciclo que requiere menos de 10 minutos.

Tanto el husillo principal como el subhusillo trabajan simultáneamente durante el curso de este ciclo. El husillo principal sostiene la parte para el fresado de desbaste, el fresado de acabado y el taladrado. El subhusillo toma así la parte para completar el fresado de la forma y también desarrolla algo de ranurado, todo mientras el husillo principal comienza a mecanizar la próxima pieza. El empleo del término ‘husillo’ en este contexto es algo impreciso, por supuesto, ya que los husillos se usan como ejes rotativos en este proceso, en lugar de girar la parte para torneado. Dada la forma como se usa la máquina, referirse al "mandril principal" y el "mandril secundario" es más adecuado.

El software CAM de Gibbs and Associates suministra el patrón de herramientas. Cubbedge dice que un plug-in de desbarbado de Gibbs ha demostrado ser particularmente valioso. El software programa el movimiento preciso de una herramienta con nariz esférica de diámetro pequeño a lo largo de las esquinas agudas de la parte. En el mandril secundario, este desbarbado ayuda también a combinar el trabajo de la primera y segunda sujeciones, en superficies mecanizadas continuas y sin costuras. La efectividad de este desbarbado en la máquina ha sido vital para generar una parte lista para usar con poco esfuerzo adicional después del mecanizado.

Tanto Frattone como Cubbedge afirman que el mecanizado en torno con herramental vivo no es perfecto. Llevar la parte del material en bruto hasta casi terminarla en un solo manejo de alimentación de barra puede parecer tremendamente eficiente, pero en realidad este tipo de máquina presenta sacrificios que deben reconciliarse. Aunque la máquina es lo suficientemente versátil, pues no tiene que limitarse a partes torneadas para agregar valor, no necesariamente es precisa para cualquier parte que quepa en el espacio de material alimentado en barra. Comparada con la opción de mecanizar la parte en múltiples alistamientos en un centro de mecanizado, los retos que Jesel enfrenta para realizar la parte en un torno, incluyen los siguientes:

  • Tiempo de alistamiento. El torno de herramental vivo del taller tiene un total de 24 posiciones de herramientas en sus dos torretas. Un típico centro de mecanizado vertical pequeño tendría más capacidad de herramientas en su magazín, y un centro de mecanizado horizontal de producción tendría considerablemente más capacidad de herramientas. Por eso, en centros de mecanizado las herramientas pueden mantenerse en sitio dentro de la máquina hasta que sean necesitadas. En contraste, en el torno de herramental vivo, el herramental tiene que cambiarse del todo para cada pieza nueva. El cambio de herramental total es demorado, por lo que las partes necesitan trabajarse en grandes cantidades antes que pueda amortizarse el tiempo de alistamiento. Esto no es un problema para las piezas del rodillo de levas, porque Jesel procura hacer estos lotes por semanas, con el fin de completar su inventario. Sin embargo, el requerimiento de tiempo de alistamiento de las herramientas impediría que esta misma parte sea realizada en un lote pequeño o en un trabajo de justo a tiempo, a menos que la máquina pudiera de alguna forma dejarse preparada y dedicarse por completo a lotes de pieza de ese mismo género.
  • Problemas de sujeción. Otra ventaja que ayuda a Jesel a implementar procesos inusuales con efectividad es que el diseño y la manufactura ocurren en la misma planta. La coordinación entre manufactura y diseño fue esencial para producir esta pieza de una manera eficiente, porque el mandril en el subhusillo necesitaba una forma segura sobre la cual sujetarse. Para ello, la parte fue rediseñada; sin embargo, aún con esto, la fuerza de sujeción es limitada. La parte mecanizada de manera parcial es suficientemente flexible, y una gran fuerza de sujeción con un mandril podría afectar la precisión. En el subhusillo, por lo tanto, la parte se sujeta en un mandril de mordazas suaves con una fuerza de sujeción moderada, y la agresividad de las operaciones de mecanizado es correspondientemente limitada.
  • Riesgo de vibración con ruido. Además de la fuerza de sujeción limitada, otro factor es aún más significativo para determinar qué tanto se puede recortar el proceso. En este caso, las herramientas rotativas ofrecen invariablemente una saliente larga, porque las herramientas necesitan suficiente espacio para alcanzar las mordazas del mandril. Estas herramientas de longitud extendida poseen un riesgo incrementado de deflexión y vibración ruidosa que limita la profundidad de corte, particularmente en una aplicación como esta, que mecaniza acero. Antes que este proceso pudiera ponerse en producción, el personal de Jesel tuvo que probar y sintonizar el proceso cuidadosamente para asegurar que los pases críticos de mecanizado no produjeran vibración con ruido de una forma tal que comprometiera las estrechas tolerancias. Aún así, algunas herramientas se desgastan con mayor rapidez que en un proceso más rígido, comenta Cubbedge. Una herramienta específica de fresado necesita cambiarse después de trabajar cada diez piezas.

Beneficios
A pesar de eso, también las herramientas pueden desgastarse rápidamente durante un proceso en el centro de mecanizado. Un proceso que involucra centros de mecanizado también tendría que sincronizarse, hasta cierto punto, para asegurar que las precisiones críticas se alcancen. El hecho de que Jesel se haya comprometido con el proceso en un torno de herramental vivo es el testimonio suficiente de que estos retos pueden superarse. De hecho, estos obstáculos son pequeños comparados con los riesgos que una serie de alistamientos en centros de mecanizado puede presentar en el mecanizado de la misma parte, según el personal de Jesel.

Uno de esos riesgos es el error. Todo nuevo manejo tiene el riesgo de error relacionado con el alistamiento. En un proceso con cinco alistamientos, el valor añadido por cuatro operaciones precisas de mecanizado podría perderse si, en el quinto, la cara de la parte presenta algún error, de manera que se deba desechar la parte. La máquina de fresado/torneado evita este peligro al eliminar el manejo con el proceso de una sola parada y al mantener las relaciones de característica a característica, todo el tiempo, a lo largo de la geometría de la parte.

En otras palabras, para la parte del rodillo de levas, Jesel seguirá con el tiempo de alistamiento para cambiar herramientas, porque esto es más fácil de manejar que el tiempo de carga/descarga, tomando partes de operación a operación en centros de mecanizado. El taller también aceptará la necesidad de evitar y manejar el ruido con vibración, porque esto es mucho mejor que el potencial de error impredecible y el desperdicio en un proceso que involucra muchos manejos.

Finalmente, el personal de Jesel se acostumbrará al hecho de que su máquina de torneado opere por días y semanas sin hacer mucha labor de torneado. El taller continúa madurando su idea de cómo usar máquinas versátiles de manera efectiva. Además, la experiencia de trabajar eficientemente esta pieza de centro de mecanizado en un torno de herramental vivo les ha dado una visión valiosa. En el futuro, muchas partes que son presumiblemente "trabajos de centros de mecanizado", serán vistas de una forma diferente.

© Reproducido de Modern Machine Shop con autorización expresa del editor.

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