Mecanizado flexible: la guerra contra la rigidez
Mecanizado flexible: la guerra contra la rigidez
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Cuando se habla de manufactura flexible se hace referencia al trabajo metalmecánico, pero este concepto se ha extendido tanto que para que actualmente un proceso de producción pueda ser competitivo, debe ser flexible.
Más aún, como explica Carlos Flores, académico de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Rafael Landívar (URL) de Guatemala, hoy se dispone de celdas de manufactura, líneas de producción integradas y automatizadas capaces de permitir cambios rápidos de herramienta, y así poder satisfacer la demanda del cliente, de forma rápida y eficaz.
“Una producción flexible debe cumplir con sistemas, métodos, estrategias, equipamiento, que se adquieren con el fin de incrementar las capacidades de producción y, en consecuencia, reducir costos”, explica Hugo Romero Cruz, ingeniero de Proyectos de Hi-Tec CNC.
La aparición de nuevos sistemas de control, gracias a los avances de la informática, fue permitiendo una mejoría en la eficiencia de la producción, desde el diseño del producto, la maquinaria y herramienta, la planeación del proceso, disponibilidad de materiales, control de la producción, etcétera. El avance en el control numérico hizo una gran diferencia en la tecnología de los años 80 respecto de la actual.
En un inicio los centros de mecanizado fueron el resultado en la búsqueda de la flexibilidad de las máquinas, ya que integraron varias operaciones distintas sin tener que mover las piezas de trabajo de una máquina a otra; sin embargo, hoy hay centros de torneado, fresado multiejes, taladrado con cambio rápido y máquinas multitarea, por mencionar algunas.
Para Héctor Núñez, ingeniero de Soporte Técnico de Main Casa, una característica principal de los equipos de maquinado flexible es que cuentan con la interfaz de programación para un sistema robótico, ya sea de alimentación y recolección de partes y una estación de programación, donde los programas para las máquinas CNC y robot sean transmitidos desde un ordenador y/o servidor a través de una red alámbrica.
Hace años se utilizaban las líneas transfer, donde cada máquina hacía un maquinado diferente hasta terminar una pieza, de modo que con este tipo de máquinas se ganaba en volumen y velocidad, la desventaja era que los cambios o modificaciones a la pieza eran muy costosos o llevaban mucho tiempo o se necesitaba otra línea, ya que se trataba de estaciones fijas.
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La industria automotriz en esa época –recuerda Salvador Icazbalceta Valle, gerente general de Heller Machine Tools de México– por mencionar un ejemplo, cambiaba sus plataformas cada cuatro o cinco años. En los tiempos actuales hay una diversidad de productos, hay necesidad de más tipos de piezas, entonces, llegaron las máquinas tipo un centro de mecanizado donde se puede realizar cualquier tipo de operación en una sola máquina, simplemente se cambian las herramientas.
Al final, de lo que se trata es de eliminar o al menos reducir todas aquellas acciones que no agregan valor, que alargan los procesos y generan un costo adicional innecesario, pues en el mecanizado, según detalla Roberto Hernández, experto en Manufactura Esbelta y fundador del Instituto Lean en México, solo el 5% del tiempo es el que agrega valor, el resto son operaciones innecesarias.
“Shigeo Shingo dice, y tal vez en las máquinas CNC baja un poco, pero dice que del 100% de tiempo que se requiere para cambiar de una pieza a otra, solamente el 5% es el que aplica para realmente hacer la operación de corte, o sea, el quitar la pieza hecha y poner la nueva que es realmente lo que agrega valor es el 5%, todo lo demás son operaciones periféricas que regularmente en las empresas se hacen a máquina parada y lo que él propone es que la máquina nunca se debe de parar”, comenta el especialista.
Po su parte, Romero Cruz, de Hi-Tec CNC, detalla que siempre que exista una optimización, una mejora en eficiencia y que se obtenga un ahorro en costos, será una operación flexible, lo cual tiene relación con la filosofía del Sistema de Producción Toyota (SPT), manufactura lean, mejora continua, etcétera.
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La manufactura flexible, a decir de Carlos Flores, nace de la necesidad continua de mejora que se establece en empresas japonesas como Toyota, donde logra imponerse este concepto, no solo como un modelo de producción sino una forma de excelencia de fabricación.
Se puede decir –complementa el académico de la URL– que se fundamenta en algunos pilares básicos como la eliminación de desperdicios, mejora continua y participación consciente del trabajador en la operación, mejoramiento de la calidad, reducción de costos e inventario y mejor manejo de productos.
De modo que una máquina flexible, es la que ayuda a eliminar tiempos de parada de la máquina, como un centro de mecanizado donde el usuario puede cambiar su pieza día a día, configurar una máquina que pueda cortar un material, un hierro, un acero, pero a la vez puede cortar aluminio.
“Para un material duro necesitas bajas revoluciones y mayor torque para maquinar aluminio necesitas más revoluciones y no tanto torque, entonces, si quieres flexibilidad mete un motor que pueda manejar en un punto medio esas dos características y ahí vas a tener flexibilidad. Y antes, cuando no estaba esta tecnología o comprabas una máquina para material duro o comprabas una máquina para material blando”, menciona Icazbalceta Valle.
Según explica Héctor Núñez, de Main Casa, la industria automotriz es el principal usuario de los sistemas de manufactura flexible, debido a la demanda de consumo, que obliga a este sector a elaborar cada vez más productos, por lo que para esta industria es primordial acortar sus procesos.
Otra es la industria aeronáutica, en cuyas partes figuran geometrías que requieren ser mecanizadas con más de dos máquinas por su estricto diseño y en las cuales se debe de tener especial cuidado con la intervención de la mano del operador por la generación de electricidad estática y/o la grasa que se sitúa en la piel.
Este concepto de flexibilidad, si bien se ha consolidado en esos sectores, también se puede ver en la actualidad en la industria de maquinaria para construcción como Caterpillar o John Deere.
“En México no hay una planta de ensamble de estas máquinas, lo que hay para este tipo de industria son máquinas para producir componentes, pero en esos componentes hay diversidad de materiales y características y es cuando utilizamos máquinas flexibles, así el cliente no tiene que comprar un tipo de máquina para cada tipo de pieza. En un centro de mecanizado, por ejemplo, para tener flexibilidad dependes del número de herramientas que le puedas meter y de la capacidad del programa que tenga el equipo y de la rigidez”, afirma el gerente general de Heller Machine Tools de México.
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Sin embargo, el maquinado flexible no solo se refiere a la máquina, sino también al equipamiento y/o accesorios que se le instalen como sistemas de cambio rápido de sujeción, sistemas de cambio rápido de herramientas, automatizaciones, etcétera, lo que es notoriamente más redituable cuando es aplicado a líneas de producción con altos volúmenes de producción, de acuerdo con Hugo Romero Cruz.
Y para hacer la diferencia con las celdas de manufactura flexible (FMC, por sus siglas en inglés), estas son un conjunto de máquinas herramienta, con un nivel de automatización que realizan un proceso de manufactura más largo con o sin intervención del factor humano. También están los Sistemas de Manufactura Flexible (FMS) que si bien tiene varias definiciones se puede decir que es un grupo de máquinas dedicadas a un solo propósito o un conjunto de FMC’s.
Una sola máquina, diversos materiales
Para hablar de las máquinas flexibles para lotes pequeños, tiempos de entrega cortos y complejidad de componentes, Heller cuenta con el modelo H4500, capaz de maquinar material duro y blando en una sola máquina, desde piezas pequeñas, medianas y grandes, explica Salvador Icazbalceta.
Esta máquina ofrece una amplia gama de equipamiento debido a su alto grado de estandarización, lo que resulta en opciones casi ilimitadas de aplicación individual. Esto incluye un magazine de herramientas con 50 lugares de almacenamiento. Tiene una capacidad de carga de 1,400 kg por palet, con control de Fanuc 31i-B y la versión de husillo Enforced Eco, que proporciona 38 kW de potencia, 242 Nm de torque y velocidad de husillo de 12,500 rpm.
En México, actualmente hay 12 de estas máquinas instaladas, todas en empresas del sector automotriz.
Del mecanizado modular al multitasking
Para Hugo Romero, de Hi-Tec, actualmente están disponibles en el país una variedad de tecnologías de último nivel; sin embargo, en su opinión hablando de máquinas flexibles las más destacadas son Fuji DLFn Serie, HAAS UMC-750ss, Tong Tai Vu-5, Nakamura NTRX-300.
“Lo interesante de esto es que ninguna de estas máquinas se especializa en el mismo tipo de aplicación o proceso, cada una tiene enfocado un sector de mercado distinto”, expresa.
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La Fuji DLFn Serie permite el cambio o adición de módulos para la eficiencia extrema, en total se pueden combinar hasta 10 módulos para formar un máximo de línea de 14 ¾ pies (4.5 m), ocupando menos de la mitad de espacio en una línea de mecanizado convencional. Realiza operaciones de torneado, taladrado, fresado, desbardado. Cuenta con monitor de control Unicorn.
También la máquina universal de Haas UMC-750ss es una de estas tecnologías para el mecanizado flexible. Tiene 5 ejes con cono ISO 40, recorridos de 762x508x508 mm y una mesa rotativa basculante de doble apoyo integrada, accionamiento vectorial de 30 CV (22.4 kW). Está equipada con un husillo a 8,100 rpm accionado por acoplamiento directo y viene de serie con un cambiado de herramientas de montaje lateral de 40+1 posiciones.
Es una solución para reducir la cantidad de amarres necesarios y aumentar la precisión al mecanizar piezas complejas con varias caras: 3+2 caras y mecanizado simultáneo de 5 ejes.
La mesa rotativa basculante de 630x500 mm ofrece +110º y -35º de inclinación y 360º de rotación para voltear las herramientas con comodidad y aceptar piezas grandes; incorpora ranuras en T y un agujero piloto de gran precisión para tener la máxima versatilidad de utillajes.
El centro de torneado multitarea Nakamura Tome NTRX-300 es otro de los modelos de máquinas flexibles, ya que permite maquinar piezas completas en una sola operación y tiene una sistema de carga y descarga automático.
Tiene husillos gemelos opuestos, uno de 8” A2-6 de 25 HP y otro de 10” A2-8 de 30HP. La máquina tiene también un husillo robusto de 25 HP con 12,000 rpm y capacidades completas de 5 ejes y un sistemas de control Fanuc 31I A5 que permite tener un área de maquinado más grande y aplicaciones más versátiles.
El NTRX-300 puede mecanizar áreas de 10” cuadradas en la cara de una parte sin que requiera una rotación del eje C; esto debido a que el eje X tiene una capacidad de 5” debajo del centro de desplazamiento, y el eje Y tiene una capacidad de 10”.
El torno fresadora
El modelo TMXMY/S de Hurco es un torno fresadora multi-ejes, cuya principal ventaja es la facilidad con se programa y opera. Su servo-torreta Duplomatic con 12 estaciones de herramientas está diseñada para un rápido y preciso posicionamiento de la herramienta.
Permite el fresado simplificado en eje Y para mecanizar troneras con paredes rectas y fondos planos o llevar a cabo operaciones de mecanizado descentradas con tan solo dar un clic en la pestaña para indicar que desea usar el eje Y para operaciones axiales o radiales, barrenos o contornos. Otras características a destacar son un diámetro grande para torneado para trabajar con diversas aplicaciones y tamaños de parte, cuenta con sistema de Trasfer DXF, verificación de gráficos en 3D, compensación automática de radio de nariz de las herramientas, programación conversacional y en ISNC (código G).
Justificar la inversión
Los especialistas coinciden en que para saber si este tipo de máquinas herramienta son adecuadas para un usuario se requiere conocer la complejidad de las piezas a fabricar, los volúmenes de producción y la capacidad de inversión.
“Primero hay que ver el tipo de material, ver si la máquina tiene las características suficientes para producir esa pieza. Es decir, escogemos la máquina para la pieza, no al revés, y en segundo lugar, está la productividad que está buscando el usuario y el costo por pieza. En suma, escoger bajo la configuración correcta para maquinar la pieza; dos, dimensionalmente que la máquina pueda con la pieza, es decir, el tamaño, y tres, la productividad de la máquina”, afirma Salvador Icazbalceta, de Heller Machine Tools de México.
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- SOFTWARE: DASSAULT-SYSTEMES
- SOFTWARE: MASTERCAM
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- METROLOGÍA: RENISHAW
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