Producción sencilla de partes automotrices con tornos mejorados

El problema
Los extremos de las barras de acople en las varillas de dirección traseras de Ford cuentan con una junta de rótula, la cual requiere redondearse con alta precisión y repetibilidad. “Necesitábamos mantener precisiones de ±0.001” para este trabajo y esto estaba realmente presionando los límites de lo que un torno estándar es capaz de mantener”, explicó Stuart Lockhart, supervisor de Ingeniería de Manufactura en la División de Sistemas de Suspensión y Unión Automotriz de TRW en St. Catharines, Ontario, Canadá. “Y ya que nuestros cuatro tornos aquí sólo tienen encoders rotativos en motores conectados a tornillos de bolas para posicionamiento, también teníamos problemas de retrocesos y expansión térmica que eran inaceptables”.

Allí fue cuando comenzó la conversación con Elliott Matsuura Canada, una organización bien establecida que atiende las industrias de mecanizado de alta tecnología con ventas y servicio. “Queríamos no sólo incrementar la precisión de los tornos de TRW, sino también evitar en las máquinas la ecuación del crecimiento térmico del tornillo de bolas”, explica Jim Earl, ingeniero senior de Servicio CNC en Elliott. “Tengo 28 años de experiencia en mi trabajo y sé que las mejoras con escalas lineales Heidenhain servirían como una fuente de medición directa y confiable, ya que ellas compensan varias imperfecciones de la máquina.

Earl explica que cuando las máquinas confían en un encoder rotativo sobre el motor para determinar el posicionamiento de la máquina, el usuario depende del resto de la máquina –el tornillo de bolas y tuerca de bolas– para tener una integridad mecánica perfecta. Aquí, el motor debe operar un cierto número de revoluciones para mover la herramienta a una cierta distancia. Con altas velocidades de recorrido y altas tasas de aceleración/desaceleración, se generan fuerzas significativas en el tornillo de bolas que se reflejan en expansión térmica del mismo (a través de fricción), lo cual cambia la posición de la tuerca de bolas que se mueve a lo largo del tornillo. En estos tornos, este cambio de posición significa que el cortador está en el sitio incorrecto y, por eso, corta sin precisión. Una escala lineal ajustada apropiadamente mide el movimiento real final, manteniendo el cortador donde necesita estar.

TRW ha estado usando regularmente sus cuatro tornos CNC de 30 caballos de potencia (con torretas de 12 estaciones para herramental) por cerca de cinco años, antes de que el trabajo de las varillas de dirección traseras apareciera en escena. Y mientras que el trabajo en estos tornos ha sido exitoso, también ha sido necesario realizar ajustes constantemente por parte de los operadores y han existido problemas comunes con el desperdicio.

Según Lockhart, estos problemas eran especialmente notables cuando se llegaba al calentamiento diario de los tornos; así, los husillos inevitablemente crecían a medida que la máquina se calentaba. Los tornillos de bolas cambiaban con el calor lo cual afectó la precisión. Y si el operador necesitaba hacer una pausa y permitía que la máquina se enfriara, eso cambiaba el proceso completo otra vez. Los ajustes del operador eran comunes y el desperdicio inevitable. Y con el nuevo trabajo de las varillas de dirección traseras para Ford, los requerimientos ahora serían más altos. “La expansión térmica del tornillo de bolas era un problema”, comenta Lockhart, “y teníamos que encontrar una forma de solucionarlo”.

Pero los métodos y los costos para hacerlo necesitaban ser evaluados y racionalizados por TRW. Los estudios de capacidad fueron hechos y se determinó que valía la pena seguir adelante. “Decidimos que valía el costo para obtener la precisión extra de nuestros tornos, así como reducir la cantidad de desperdicio que posiblemente generaríamos”, afirma Lockhart. “También era muy importante para nosotros lograr una capacidad de proceso de 1.67PpK (Índice de Desempeño de Proceso) o mayor, asegurando que teníamos un proceso estable”. Lockhart autorizó los ajustes de la escala para asegurar el éxito del proyecto de Ford.

La solución
Los cuatro tornos de TRW fueron provistos de herramental en las instalaciones de Elliott en Oakville, Ontario, Canadá. Un sistema de escala lineal absoluta de Heidenhain fue integrado en cada torno, a través de un marco personalizado. La interfaz eléctrica a los controles fueron completados y los parámetros ajustados. “Nosotros usamos los encoders absolutos LC 493 de Heidenhain en los tornos de TRW dada la confiabilidad comprobada de los productos de Heidenhain”, explica Earl. Las escalas serie LC 400 son de una variedad de línea delgada sellada que provee un valor de posición absoluta verdadera sin ningún recorrido previo requerido. “En todos los años que llevo en este negocio, no recuerdo que hayamos usado alguna escala de otro fabricante”, comenta Earl. “Las escalas son confiables y el servicio que obtenemos de Heidenhain es simplemente muy bueno”.

Lockhart coincide con la recomendación de Earl: “usamos las escalas Heidenhain en otras máquinas en nuestras plantas TRW con suficiente éxito, de modo que confiamos en esta elección”.

El proceso de mejora en Elliott tomó sólo unos pocos días. Las pruebas que siguieron a la instalación mostraron la mejora que TRW estaba buscando. “Los resultados eran justo lo que esperábamos”, dice Lockhart. Los estudios de capacidad de proceso desarrollados en Elliott y, nuevamente, cuando las máquinas fueron instaladas en TRW mostraron que la capacidad de proceso había mejorado al punto que excedían el requerimiento mínimo de TRW de 1.67 PpK. “Esto era inalcanzable sin las escalas lineales Heidenhain”, afirma Lockhart. El trabajo de Ford iba a ser un éxito.

“Estas mejoras también finalizaron haciendo estos tornos aún más fáciles de usar para los operadores, ya que la necesidad de un ajuste constante se eliminó”, dice Earl. “Gracias a las mejoras, ya no hay más problemas con el calentamiento o enfriamiento de las máquinas. Ahora son más precisas y están listas para tornear”.