Máquinas transfer: más flexibles de lo que se cree

Pensadas para maquinar piezas en un solo eje de manera secuencial y en alto volumen, los fabricantes de sistemas transfer están desarrollando configuraciones más complejas para responder a la demanda de manufactura de lotes cada vez más pequeños.

Las máquinas transfer permiten realizar múltiples tareas sobre una misma pieza de manera secuencial con una gran productividad. En las máquinas transfer tradicionales, cada estación de mecanizado tiene su propio husillo que realiza una tarea especí­fica a la vez y un sistema de transferencia va moviendo piezas fijadas de una estación a otra. Dependiendo del espacio disponible en planta, el sistema de transferencia de piezas se puede diseñar en varias configuraciones. La más común es la manera circular, en la que una mesa indexable central mueve las piezas alrededor de un eje horizontal y las estaciones de mecanizado se encuentran en la periferia del cí­rculo. La siguiente configuración más común es la lineal, en la que una banda transportadora, debidamente adaptada para soportar las fuerzas del mecanizado, mueve linealmente las piezas de estación en estación. Una tercera variante, es la de un disco central que agarra y transporta las piezas, cuyo eje es horizontal.

Las máquinas transfer tradicionales son especialmente eficientes para la fabricación de piezas de muy alto volumen de producción (en el orden de millones de unidades al año) como en partes automotrices, accesorios hidráulicos o neumáticos que requieren una gran cantidad de mecanizados individuales de baja complejidad como agujeros, roscados o rimados. Tí­picamente se trata de mecanizados en los que se requiere controlar un solo eje a la vez. Existen diseños de máquinas transfer que pueden realizar tareas más complejas como torneados, fresados e incluso tareas de ensamble. Para esto, ciertos fabricantes generan cabezales especialmente diseñados para cada operación, en los que con un solo motor y un sistema de engranajes el husillo puede manejar varias herramientas de corte que actúan simultáneamente sobre la pieza a diferentes velocidades. Esto permite por ejemplo que, en una sola estación, se realicen dos, tres o más agujeros de diferentes diámetros, usando un único motor.

Las máquinas más recientes de este tipo utilizan tecnologí­as como motores directos o motores lineales que minimizan los tiempos muertos e incrementan la productividad. Usando estos sistemas para fabricar ciertos accesorios hidráulicos de baja complejidad, se pueden lograr volúmenes de producción que superan las 6000 piezas por hora.

Además de la principal ventaja por la que se usa una máquina de este tipo, que es la de la reducción de costo por pieza en lotes de muy gran tamaño: los sistemas transfer permiten trabajar piezas complejas con una muy buena precisión a alta velocidad de producción. La precisión se alcanza básicamente debido a que se reduce la incertidumbre cuando se compara con el posicionamiento individual de cada pieza en una secuencia de máquinas independientes. De igual manera, el sistema de transferencia de piezas que están colocadas sobre un carrusel o una banda lineal permite mover fácilmente partes de gran peso o volumen entre las estaciones, reduciendo tiempos muertos comparado con moverlas de una máquina a otra. Esto disminuye también el personal necesario para la operación, y consecuentemente, los costos. Las transfer ahorran también mucho espacio en planta, debido a que se tiene solamente un gran marco que soporta todas las cargas. En la mayorí­a de los casos, estas máquinas trabajan con un solo sistema de alimentación de fluidos de lubricación y de corte, al igual que un solo sistema central de refrigeración y de transporte y desecho de virutas. Todo esto las hace más prácticas a la hora del mantenimiento, en comparación con un lote de centros de mecanizado independientes.

Entre las desventajas que tiene este tipo de maquinaria está el alto costo inicial. Por supuesto se trata de maquinaria que debe estar diseñada individualmente para cada necesidad, requiriendo una gran experiencia por parte del equipo de puesta en marcha para que todas las etapas de mecanizado actúen de la manera más eficiente posible. Como en toda lí­nea de producción, la confiabilidad de cada proceso es clave, dado que la falla de una sola de las etapas de mecanizado detiene toda la máquina. Esto hace que todos los componentes de estas máquinas estén concebidos para trabajar en turnos 24/7 sin pausa. Un valor agregado que los fabricantes suman en la factura final con toda razón.

Lotes cada vez más pequeños

Una tendencia mundial es que los grandes fabricantes de industrias como la automotriz, están dejando de pedir piezas en cantidades de cientos de miles o millones por cada contrato, y los están cambiando por pedidos mucho más pequeños basados en demanda de más corto plazo. Esto exige cambios constantes y requiere de una flexibilidad en la producción que con este tipo de máquinas es evidentemente limitada. Tradicionalmente han sido diseñadas desde cero para realizar tareas fijas sobre piezas predeterminadas. Cualquier cambio que se quiera hacer sobre una pieza, altera todo el proceso y requiere gran inversión de recursos.

Para contrarrestar esto, los fabricantes de maquinaria transfer a nivel mundial vienen ofreciendo productos que permiten cambiar la configuración de los husillos, rotar los ángulos de incidencia de las herramientas, cambiar las distancias de desplazamiento de los ejes y posicionar piezas de distintos tamaños. Estas nuevas máquinas mezclan en muchos casos el principio de transferencia de partes de una estación de mecanizado a otra, con el de las máquinas multieje que operan al mismo tiempo sobre la pieza, al tener estaciones con centros de trabajo CNC de varios ejes, cabezales para hacer mecanizados especiales, además de sistemas de agarre y posicionamiento rotativo indexado de piezas. Estas son las llamadas máquinas transfer flexibles.

Un ejemplo muy interesante de máquinas transfer flexibles es el de las Winema. Estas basan su principio de traslado de partes en un disco central, de eje horizontal, con hasta 10 posiciones para agarrar partes. Cada estación puede tener hasta tres husillos controlados por CNC para poder trabajar la pieza por tres lados distintos. Además de los procesos tradicionales de taladrado, roscado y torneado externo o interno (siendo la herramienta la que rota en este caso), la empresa ofrece herramientas para hacer trabajos especiales como insertar piezas adicionales como tornillos, resortes, cuñas, etc. La idea es alimentar la máquina con material en crudo a la entrada y lograr un producto funcional y prácticamente terminado a la salida.

Ya en la zona de mayor flexibilidad, precisión y complejidad de las piezas fabricadas, se encuentran las máquinas transfer rotativas de la casa suiza Mikron. Estas máquinas pueden tener hasta 30 herramientas trabajando simultáneamente en todas las piezas (tamaños de hasta 80 x 80 x 80 mm o piezas cilí­ndricas de hasta í˜ 65 x 100 mm) que están en la máquina. Cada una de sus 12 estaciones puede ser trabajada por tres husillos simultáneamente. Igualmente, puede configurarse para que la sujeción de cada una de las partes se haga en una mesa individual con ejes B y C interpolables. Con esto, estas máquinas pueden tener incluso trabajo de 5 ejes en cada estación. Al agregarle a esto que la máquina tiene un diseño de muy alta rigidez, en los que los ciclos de fuerzas suceden en distancias muy cortas y balanceadas, se alcanzan precisiones en las piezas que rondan los +/- 2 micrómetros. Esto es soportado por un diseño térmico que extrae muy rápidamente el calor producido por el trabajo de tanto herramental trabajando en un espacio relativamente pequeño.

Este tipo de máquinas ofrece la posibilidad de tener estaciones de inspección metrológica del trabajo, al igual que tiene pensado desde el comienzo tener una estación para la localización de un robot para el cargue y descargue rápido hacia y desde la máquina.

Los usuarios que pagan por estas soluciones siempre están en la búsqueda de ganar cualquier fracción de segundo y encuentran maneras de reducir también los tiempos de configuración de un proceso, de tal forma que pueden fabricar económicamente menores cantidades de piezas similares, donde los cambios entre un tipo y otro son relativamente pequeños. Normalmente a esto se le llama familias de piezas. En casos de éxito se pueden lograr cambios de pieza en menos de tres horas de trabajo. Algo impensable con las máquinas transfer tradicionales.

Debido a que los sujetadores de piezas están hechos en muchos casos especí­ficamente para un tipo de pieza único, se vuelve crí­tico para los fabricantes y los usuarios pensar en formas de agarrar las piezas con sistemas y geometrí­as lo más estandarizadas posible. De igual forma, el trabajo hoy en dí­a se centra en lograr reducir los tiempos de configuración de los sistemas de alimentación de material en barra, cuando el cambio de pieza requiere otro tipo de perfil. Cuando se logra manejar el cambio de productos eficientemente, puede hablarse de hacer corridas económicamente rentables en transfers flexibles de menos de 10,000 piezas.

El desarrollo de los CNC y los diferentes componentes de las máquinas ha hecho que se sobrepongan los lí­mites tradicionales entre tipos de máquina. Hoy en dí­a hay máquinas multieje, con dos o más mandriles que pueden mecanizar dos o más piezas al mismo tiempo, con torretas de herramientas independientes que pueden mecanizar el producto simultáneamente. De igual forma, hay máquinas transfer “flexibles” que en una sola estación pueden operar sobre la pieza con varias torretas CNC en hasta 5 ejes al mismo tiempo. Es cuestión de hacer los cálculos de costos de producto de manera muy juiciosa, ya teniendo en cuenta que la flexibilidad de las transfer permite realizar tareas de cambio rápido de configuración para las que tradicionalmente no se les tení­a en cuenta. Incluso, como se ve a continuación, la tecnologí­a de fabricación hacia la Industria 4.0 optimiza aún más los tiempos de ciclo para cambios de producto en este tipo de maquinaria.

Transfer 4.0

Un fabricante de máquinas transfer austriaco ya ofrece tecnologí­as relacionadas con la producción digital inteligente, en los que asegura que puede fabricar tirajes relativamente pequeños de piezas (desde 10,000 unidades) de manera rentable con su sistema 2PLUS que le permite tener una gran variabilidad de su producción en tiempos muy cortos de configuración, incluso sin intervención de una persona. Este sistema maneja automáticamente toda la información del proceso. Las piezas de trabajo se siguen mediante código QR. Las herramientas y los sistemas de sujeción se codifican por medio de chips RFID.

El robot que maneja la carga y descarga de la máquina tiene un puerto estandarizado de comunicación con la máquina. Así­, este puede buscar el sistema de agarre, la pieza en crudo y la entrega ya configurada al sistema de transporte y agarre de la máquina. De aquí­ en adelante, la máquina trabaja de manera totalmente automatizada, configurando el proceso según los datos de fabricación indicados para cada combinación de pieza, herramienta y sistema de sujeción. Así­, tanto los sistemas de agarre de la pieza, como las herramientas de corte y los husillos se adaptan de manera automática, mediante un procedimiento llamado por el fabricante como micro-ajuste fino. Con ello se logran tiempos de viruta a viruta de cerca de un segundo, reduciendo tiempos muertos drásticamente, incluso si la alimentación de piezas se realiza de manera caótica. Esto es un cambio de juego completamente radical para las máquinas transfer. Desarrollos muy interesantes para seguir de cerca.