Los OEM de máquinas conocen el momento

Sep 22, 2023

La inteligencia artificial y la automatización ayudan a modernizar el mecanizado

A medida que el mundo de la fabricación se transforma fuera del taller mecánico, las cosas internas también deben cambiar. Por lo tanto, los proveedores de máquinas herramienta están haciendo todo lo posible para ayudar a los talleres a adaptarse a los últimos requisitos de producción y consideraciones económicas. Además de actualizar la tecnología en una variedad de formas, estas empresas están ayudando a los clientes en la transición a la automatización avanzada de sus operaciones de mecanizado.

Algunas actualizaciones de máquinas-herramienta se están produciendo como resultado de un fuerte impulso de los usuarios. Por ejemplo, los fabricantes de vehículos eléctricos y otros están solicitando sistemas regulares con velocidades de husillo y caballos de fuerza más altos, según Tim Thiessen, vicepresidente de ventas y marketing de Okuma America Corp., un fabricante de máquinas herramienta en Charlotte, NC "Hay aplicaciones que entrar en el mecanizado de velocidad (muy alta), más de 35 000 rpm, pero no me refiero a eso", dijo. "Estoy diciendo que lo que ha sido el punto óptimo dentro de la norma del mecanizado de alta velocidad está subiendo".

Si bien Okuma podría ofrecer típicamente máquinas de 75 hp con velocidades de husillo de hasta 10 000 rpm, muchos clientes ahora solicitan husillos de 18 000 rpm a 100 o 150 hp, señaló. "Sería una cosa si estuviéramos considerando esa aplicación de nicho, pero estoy viendo que se vuelve cada vez más común dentro de la industria".

Según Thiessen, los clientes de Okuma quieren más potencia en la máquina para poder acelerar a altas velocidades de husillo en cuestión de segundos. Y quieren velocidades de husillo más altas para aumentar las tasas de avance y reducir los tiempos de ciclo, generalmente cuando se mecaniza aluminio o titanio, agregó.

Además de hacer que las máquinas sean más capaces, los proveedores intentan que sean más fáciles de usar. Una forma es incorporando el control conversacional, una tecnología basada en texto que permite a los usuarios ingresar información de programación en respuesta a elementos en menús simples que aparecen en las pantallas de control.

Por ejemplo, DMG Mori USA Inc. en Hoffman Estates, Illinois, ofrece lo que llama ciclos tecnológicos, una opción de control conversacional diseñada para simplificar la programación avanzada para operaciones como el biselado de engranajes. En lugar de crear el programa necesario fuera de línea, los ciclos de tecnología "permiten que se ingresen ciclos de programación complejos en la máquina herramienta", dijo Gerald Owen, gerente general de ingeniería nacional de DMG. También les permiten a los operadores hacer ajustes a los programas sobre la marcha, agregó.

DMG es uno de varios fabricantes de máquinas que ofrecen tales funciones. "Combinar y simplificar lo que antes eran funciones de muy alto nivel y (brindar) una interfaz más simple y fácil para ellas es una tendencia en toda la industria", dijo Owen.

Otras características avanzadas de la máquina-herramienta aprovechan los desarrollos en el tan discutido campo de la inteligencia artificial. Por ejemplo, Smooth Ai Thermal Shield de Mazak Corp., Florence, Ky., se incluye con todas las máquinas más nuevas de Mazak para compensar la distorsión térmica de los componentes de la máquina debido a las fluctuaciones de temperatura causadas por el funcionamiento de la máquina o el medio ambiente. En la versión automática, los sensores recopilan continuamente datos de temperatura, que se almacenan y analizan mediante un software que aprende de los datos para que pueda realizar ajustes en los parámetros del proceso cuando sea necesario para evitar que los cambios relacionados con la temperatura en la máquina afecten la calidad de la pieza.

"La idea es mantener la máquina estable durante todo el día o el proceso de mecanizado", dijo Jared Leick, gerente del grupo de productos del centro de mecanizado de Mazak. "Y el objetivo es asegurarse de obtener todas las piezas buenas de la máquina".

La IA también juega un papel clave en el funcionamiento de la función de monitoreo del estado del husillo de Mazak. El propósito de esta característica es "evitar que un husillo se agarrote o falle mientras corta", dijo Leick. "No querrá cortar una pieza de $ 10,000 y (que) un husillo se agarrote o se detenga y tenga que desechar la pieza".

Desarrollado en asociación con la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Cincinnati, el monitoreo del estado del husillo se basa en algoritmos que comparan la vibración y la frecuencia de los cojinetes del husillo en funcionamiento con gráficos que muestran los valores de vibración y frecuencia obtenidos al probar husillos reales. El equipo de desarrollo registró datos derivados de husillos buenos, husillos defectuosos y husillos que estaban a punto de desgastarse.

"La idea es monitorear su husillo en tiempo real y enviar una (señal) al operador si hay algún problema para evitar que su husillo falle mientras está maquinando", dijo Leick.

Otro desarrollo importante en la industria de las máquinas herramienta es la aparición de alternativas superversátiles a las máquinas dedicadas para operaciones individuales, que podrían denominarse máquinas herramienta todo en uno. Un ejemplo sería una máquina de fresado y torneado que también puede manejar rectificado, biselado de engranajes y metrología avanzada.

"Esa es la tendencia de la industria", dijo Owen de DMG, que fabrica este tipo de máquinas. "En lugar de máquinas que solo hacen una cosa, finalmente estamos viendo la evolución de las máquinas herramienta hacia una plataforma integral que lo hace todo".

Las ventajas del mecanizado todo en uno incluyen una mayor precisión de la pieza debido a la menor cantidad de configuraciones, así como la necesidad de menos máquinas diferentes en el taller. Si una sola plataforma puede servir como un torno, una fresadora de tres ejes y una rectificadora, por ejemplo, un taller que requiere las tres tecnologías de máquinas no necesita una máquina separada para cada tecnología que ocupa un espacio valioso en el piso, señaló Owen. . En cambio, el taller puede arreglárselas con una sola máquina multifunción, o puede ocupar el mismo espacio que ocuparían tres máquinas de una sola tecnología con tres máquinas multifunción para expandir enormemente sus capacidades.

Las máquinas todo en uno de hoy pueden incluir más que solo múltiples funciones de mecanizado. Owen señaló que también pueden ofrecer funciones que tradicionalmente realizan los sistemas periféricos, como la metrología avanzada. "Los avances de los últimos cinco años en metrología en máquinas herramienta pueden ser una gran ventaja para los clientes", dijo. En lugar de comprar una máquina de medición por coordenadas separada, por ejemplo, "básicamente puede convertir su máquina en una CMM. Puede usar cámaras y láseres para medir piezas que le darán los mismos resultados que una CMM".

Por otro lado, Owen señaló que las capacidades de mecanizado de una unidad todo en uno pueden no coincidir con las de una máquina diseñada para una operación específica.

"Diría que una rectificadora tradicional siempre será un poco más precisa que una máquina herramienta", dijo. Entonces, probablemente haya un punto en el que se deba emplear una máquina rectificadora dedicada, reconoció, y agregó que esto podría ser cuando se requieren precisiones a nivel de micras.

Una máquina herramienta multifunción moderna también puede estar equipada con un sistema de fabricación aditiva de metal. Hoy en día, estas máquinas híbridas se pueden ver principalmente en las industrias aeroespacial y automotriz, según Eric Wold, gerente regional de ventas de Mitsui Seiki USA Inc., Franklin Lakes, NJ. como si estuviera todavía en su infancia.

Para ilustrar cuán útiles pueden ser las máquinas herramienta híbridas, Wold señala a un cliente que repara impulsores. Esta mano firme pule la parte dañada de un impulsor, luego suelda a mano el material nuevamente en el impulsor y finalmente pule a mano el nuevo material en la forma adecuada.

"Es un trabajo un poco sucio y no paga muy bien, por lo que tienen una alta rotación de mano de obra", señaló.

Como alternativa a este procedimiento manual, Mitsui Seiki ofrece una máquina que puede eliminar el área dañada de un impulsor con un proceso sustractivo y luego reconstruirla con un sistema aditivo que utiliza un láser para fusionar capas sucesivas de metal en polvo. Cuando se completa el proceso de aditivo capa por capa, el nuevo material se mecaniza en la forma final.

"Es esencialmente un proceso automatizado", dijo Wold. "Es posible que un operador cargue manualmente las piezas en la máquina, pero no hay varias personas que trabajen manualmente las piezas".

En el lado negativo, las capacidades de una máquina herramienta híbrida no son baratas. Un híbrido Mitsui Seiki que pueda manejar el trabajo del impulsor costará a los compradores siete cifras, según Wold. Sin embargo, añadió, teniendo en cuenta la alta tasa de rotación de empleados que se produce cuando el trabajo se realiza manualmente, el retorno de la inversión en un híbrido puede demorar menos de dos años.

En cuanto a las nuevas construcciones, Thiessen de Okuma señala que una máquina herramienta híbrida puede ser una buena opción para fabricar una pieza hecha de dos materiales diferentes. Considere una pieza que sea principalmente de acero inoxidable pero que incluya una característica hecha de un material exótico como Inconel.

"¿Envías eso para que lo fabriquen, o mecanizas (el acero) y luego le pones una porción de aditivo de Inconel encima?" preguntó Thiessen. "Sería una gran ventaja de tiempo poder mantener eso en una máquina. Aunque toma un poco de tiempo colocar el (Inconel), no es necesario sacar la pieza de la máquina y colocarla en un camión".

Luego está el hecho de que los componentes que requieren un material costoso como Inconel en un área determinada no necesitan estar hechos completamente de ese material. "Digamos que es una pieza de 20" [508 mm] de diámetro", dijo Thiessen. "Si puedo hacer una función de Inconel y el cuerpo (principal) de la pieza puede ser de acero inoxidable o acero normal, me he ahorrado mucho."

Una máquina herramienta híbrida puede completar el proceso aditivo y luego mecanizar el material agregado para lograr la forma y las dimensiones finales. O si una pieza lo requiere, dijo Thiessen, un híbrido puede alternar entre procesos aditivos y sustractivos, agregando algo de material y luego mecanizando el material agregado varias veces.

Okuma ofrece una opción aditiva principalmente con su torno multitarea y centros de mecanizado vertical de cinco ejes. Para producir máquinas herramienta híbridas, la empresa se ha asociado con Trumpf GmbH, que proporciona la tecnología aditiva. En el híbrido vertical de cinco ejes de Okuma, por ejemplo, se monta un cabezal láser Trumpf junto al husillo. "Cuando quieres utilizarlo, se abre una pequeña caseta de perro y sale la cabeza del láser", dijo Thiessen.

La mala noticia para los compradores potenciales es que el láser casi duplica el precio de la máquina herramienta, advirtió Thiessen. Por lo tanto, dijo, un híbrido "no es algo que simplemente comprarías y verías si puedes encontrarle un uso más adelante".

Además de hacer avanzar la tecnología dentro de sus máquinas herramienta, los proveedores están ayudando a los clientes interesados ​​en dar a sus máquinas una ayuda tecnológica desde el exterior mediante la automatización de sus procesos. Si bien el inicio de la pandemia provocó que se hablara mucho sobre la automatización industrial, sigue siendo un tema candente en los círculos de la industria incluso cuando la amenaza de COVID retrocede.

"Con la falta de maquinistas e ingenieros calificados, e incluso la falta de mano de obra no calificada, creo que el nivel de automatización continuará creciendo exponencialmente", predijo Wold de Mitsui Seiki.

Para las operaciones de mecanizado, Wold dijo que esto significa más que solo carga y descarga automatizada de máquinas. "Podría tener un robot que construya ensamblajes de herramientas, mida herramientas y las equilibre", dijo, así como un robot que construya accesorios y coloque piezas en ellos. "Luego está la automatización de cómo transporta herramientas, piezas y accesorios a la máquina herramienta.

Transportar herramientas hacia y desde la máquina herramienta suena como un trabajo bastante simple, pero creo que en los talleres es difícil encontrar personas que hagan eso. Pero un carro robótico simple puede programarse para encontrar su camino a través del taller hasta la máquina herramienta correcta".

Wold señaló que el retorno de la inversión en este tipo de automatización llega con bastante rapidez, pero el costo inicial puede ser elevado. Calcula el costo de un sistema básico para cargar tarimas en una máquina herramienta pequeña entre $50 000 y $75 000. Para máquinas más grandes con grupos de tarimas muy grandes que fabrican piezas costosas las 24 horas del día, dijo: "Creo que está hablando de millones de dólares" en costos de automatización iniciales.

Por otro lado, señaló, "un empleado realmente no tiene un costo inicial. Es más un costo que se repite con el tiempo. Así que creo que el desafío para muchas empresas es analizar el ROI (de la automatización) y no el costo inicial".

Mitsui Seiki no fabrica sistemas de automatización para sus máquinas. Con la firma enfocada en la construcción de máquinas herramienta, "nos gusta asociarnos con empresas que son especialistas en automatización", dijo Wold. "Creo que funciona mejor para el usuario final".

Un fabricante de máquinas herramienta que también fabrica equipos de automatización es Grob Systems Inc. en Bluffton, Ohio. Derek Schroeder, gerente de ventas de máquinas universales de la compañía, ve que la automatización de máquinas herramienta se vuelve más flexible. En lugar de sistemas capaces de mover un palé de un solo tamaño, por ejemplo, Schroeder dijo que algunos fabricantes de automatización están produciendo sistemas que pueden manejar varios tamaños de palés, así como celdas que manejan tanto palés como piezas de trabajo.

Un ejemplo de un tipo de automatización más flexible es el nuevo PSS-T300 de Grob. Además de retirar y cargar automáticamente paletas de diferentes tamaños, este sistema de almacenamiento de paletas en torre puede funcionar con dos máquinas diferentes.

Otra nueva oferta de automatización del proveedor es la celda de robot de visión GRC-V, que está diseñada para emparejar una sola máquina Grob con un robot Fanuc industrial de seis ejes. Como sugiere el nombre, la celda está equipada con un sistema de visión que le permite encontrar y cargar diferentes piezas para facilitar los cambios frecuentes de piezas.

Por lo general, una celda de robot se dedica a una sola pieza durante un largo período de tiempo, dijo Schroeder. Sin embargo, con el GRC-V equipado con cámara, "podría colocar un tipo diferente de pieza cada día o cada turno y aun así tenerla cargada robóticamente".

Las celdas de robot dedicadas a una sola pieza también pueden tener pinzas que son difíciles de ajustar para adaptarse a diferentes tamaños de piezas. Para cambiar de una pieza de 10" [254 mm] de ancho a una de 16" [406 mm] de ancho, por ejemplo, "alguien tendría que desatornillar la pinza, mover los dedos y volver a enseñar las (posiciones) dentro de la celular", dijo Schroeder. "Ese cambio requiere tiempo y una persona bastante hábil".

Por lo tanto, Grob también ha presentado un sistema de ajuste automático de pinzas. En lugar de realizar manualmente los cambios requeridos en una pinza, explicó Schroeder, un controlador de celda que usa este sistema lleva la pinza a un soporte de ajuste dentro de la celda, donde los dedos se mueven automáticamente a las posiciones correctas para recoger una pieza de diferente tamaño.

Una vez que está en funcionamiento, por supuesto, un proceso automatizado es más fácil para el personal del taller que uno manual. Pero, ¿qué tan fácil es llegar a ese punto?

"Creo que existe la percepción de que es muy difícil lidiar con los robots", dijo Wold. Pero los buenos ingenieros mecánicos que programan máquinas CNC en talleres no encontrarán que ese sea el caso, insistió. "Una vez que se pongan al día con un robot, le dirán que es mucho más fácil que programar CAM en un CNC".

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