Mecanizado en máquina transfer con CNC de FANUC

Producción en serie con máquinas flexibles

Las máquinas transfer de ANGER combinan las ventajas de los centros de mecanizado con las líneas de transfer 

ANGER MACHINING se ha labrado por sí sola el prestigio de ser pionera en tecnología de sistemas de mecanizado de series controlados por CNC. Estas denominadas máquinas transfer, consideradas una combinación de un centro de mecanizado y una línea de transfer, son impresionantes por su producción en serie que combina alto rendimiento y flexibilidad. Ejemplos de ello son las dos máquinas HCXchange 2000 controladas por un CNC de la serie 31i de FANUC que se han entregado al proveedor de la industria de la automoción Magna.

ANGER MACHINING GmbH, radicado en Traun, Austria, es un fabricante de sistemas de mecanizado de alta velocidad. Con su concepto de series desarrollado en 1984, la empresa ha establecido nuevos niveles de productividad y se ha consolidado con éxito en el mercado mundial. Roland Haas (ingeniero mecánico), responsable de ingeniería de ANGER, explica brevemente qué hace que su tecnología sea especial: "Hemos implementado el concepto de una línea de transfer en una sola máquina". La pieza se carga en un útil de fijación y, a continuación, se mueve a velocidad de vértigo de un cabezal estacionario al siguiente. Los tiempos entre chips son extraordinariamente cortos, en el caso ideal de solo 0,3 segundos. Las piezas que se mecanizan se pueden mover de forma lineal y rotativa en todos los ejes espaciales y, de este modo, mecanizarse desde seis ángulos.

Enfocado a reducir el tiempo de inactividad

Todas las herramientas se recogen mediante cabezales de mecanizado especiales y cabezales múltiples montados en hasta cuatro de las caras del área de mecanizado del centro. En estas máquinas de alta producción, los tiempos de inactividad provocados por los cambios de herramientas han pasado a la historia. En las flexibles máquinas ANGER, los cambios de herramientas se llevan a cabo en paralelo durante el proceso de mecanizado. Esto acorta los tiempos de ciclo y aumenta la productividad en un espacio mucho más reducido si se compara con un centro de mecanizado tradicional.

Aproximadamente entre 20 y 40 estaciones, la máquina gestiona todas las tareas de mecanizado requeridas. Pero, además, lo hace con la máxima precisión, pues la herramienta permanece exactamente en la misma posición en el portaherramientas. Como la fijación solo se tiene que realizar una vez, se reducen los errores de fijación y posicionamiento manual. Así, las máquinas transfer de ANGER permiten lograr tolerancias de posición fiables en los procesos de 0,015 mm y tolerancias de diámetro de IT 5 y valores de redondez de hasta 0,001 mm.

La ligereza de los pesos que se mueven reduce el desgaste de los componentes del sistema y permite características transversales enormemente dinámicas con velocidades de mecanizado de hasta 90 m/min y aceleración de 1 g. El nivel de rigidez superior se proporciona mediante las plataformas de las máquinas, reforzadas con hormigón armado para reducir las vibraciones que, según las especificaciones de la máquina, pueden pesar hasta 25 toneladas métricas.

Desde gafas hasta automóviles

Las máquinas transfer de ANGER son la opción idónea especialmente cuando se requieren cantidades de 150.000 a 500.000 unidades anuales de piezas iguales o con diseños similares. Al principio de su andadura, las máquinas de alto rendimiento de ANGER se destinaban principalmente a la industria de fabricación de gafas. Al reducir los tiempos de inactividad gracias al mecanizado con varias herramientas, ofrecían un método eficiente para el fresado totalmente automatizado de las monturas de las gafas a partir de bloques de plástico.

Cuando el mecanizado quedó desplazado en este mercado por la calidad creciente de la tecnología de moldeo por inyección, las máquinas de ANGER empezaron a usarse en el sector de los teléfonos móviles donde, por ejemplo, se utilizaban para el fresado de los chasis de los teléfonos móviles Ericsson. Pronto su enfoque se desvió de la industria de la telefonía móvil hacia la industria del automóvil, donde se requerían cantidades de unidades parecidas de las mismas piezas. Al principio, se trataba principalmente de ejes y componentes cúbicos de aluminio. Mientras, con la introducción de los modelos de máquinas ANGER HCS y HCP, se amplió la línea de aplicaciones a los cilindros de ABS y muchos otros componentes pequeños y complejos.

Máquinas HCX: trayectorias transversales más amplias y mayor rigidez

Las máquinas de ANGER no han dejado de evolucionar. A partir de la serie HCP surgió el modelo HCX, que conserva el principio básico de cabezales estacionarios y pieza móvil, pero cuya tecnología se ha rediseñado por completo. La innovación más evidente es el marco de fijación, en el que se pueden montar libremente y reorganizar con toda facilidad las unidades de cabezales de mecanizado.

Como describe Roland Haas: "Para la HCX, llevamos a cabo un desarrollo completo de la mecatrónica y utilizamos todo el espectro de simulación virtual". En primer lugar, los desarrolladores calcularon y compararon la opción de las columnas móviles con los soportes de grupos "box-in-box" y optaron por esta última solución. Con distintos partners continuaron desarrollando el concepto. Respaldados por un sistema de simulación mecatrónico, optimizaron los distintos componentes a lo largo de varias iteraciones del desarrollo. Roland Haas lo explica con mayor detalle: "Mejoramos la rigidez en áreas decisivas, a la vez que redujimos el material en los lugares donde se desplaza la masa. También simulamos y optimizamos el comportamiento del control en todos los ejes. Solo después de obtener luz verde en todas las simulaciones se construyó el prototipo de la HCX". Para la serie, ANGER optimizó por último sus nuevas máquinas respecto a su vida útil, sencillez de ensamblaje y facilidad de mantenimiento.

Además, el ingeniero de maquinaria introdujo un sistema CAM que, inmediatamente después de recibir un pedido, permite simular el proceso de mecanizado correspondiente. "De esta forma, podemos diseñar los cabezales de manera que se garantice la ausencia de colisiones", aclara Roland Haas. No podemos olvidar que ANGER trabaja como contratista general. Esto significa que no solo entrega la máquina, sino también el proceso de mecanizado completo con un tiempo de ciclo predeterminado. El proyecto se entrega al cliente llave en mano, listo con el programa de CNC, el certificado de calidad estadística y la automatización.

En 2014, tuvo lugar un nuevo hito en la historia de la empresa con el lanzamiento al mercado de la ANGER FLXBL. Estas máquinas transfer son flexibles, estandarizadas y modulares, diseñadas para mecanizar piezas de precisión con volúmenes de producción entre medios y grandes. La ANGER FLXBL se puede reconfigurar de manera fácil y rápida y permite mecanizar gran variedad de piezas de distintos volúmenes en sucesivos ciclos secuenciales de vida de producto. Gracias a su flexibilidad, para el operador del sistema esto significa la máxima protección posible de su inversión, combinada con las ventajas de la tecnología demostrada de la máquina transfer.

Magna: producción de piezas en serie de alta precisión

Dos máquinas ANGER HCXchange 2000 (básicamente precursoras de la ANGER FLXBL) se entregaron en 2011 a uno de los mayores proveedores de la industria del automóvil del mundo, el grupo austrocanadiense Magna, cuya sede europea se encuentra en Oberwaltersdorf, a solo dos horas y media de Traun (Austria). En las instalaciones de producción de la localidad de Lannach en la región austriaca de Styria, se mecanizan carcasas de ejes de compensación para motores de gasolina en las dos máquinas Anger, a razón de 300.000 unidades al año. Cada máquina puede producir la pieza terminada completa con una sola configuración. Una célula de automatización central con el robot entre ambas máquinas proporciona las preformas y coloca las piezas mecanizadas acabadas en una cinta transportadora. Esta solución, que ocupa el mínimo espacio y ofrece el menor coste por unidad, representa la solución de mecanizado más económica para la planta de Lannach de Magna Powertrain. También cumple el requisito de cambio de herramientas flexible para otros componentes. Las piezas requieren tareas de mecanizado complejas y exigen unas especificaciones con requisitos estrictos de precisión con respecto a los orificios de los puntos de contacto de los cojinetes, las imágenes de las bridas, los valores de planeidad y los puntos de referencia. Los 35 pasos del proceso de mecanizado se llevan a cabo en una HCXchange con un tiempo de ciclo de 114,25 segundos por pieza, incluida la carga totalmente automática. Mediante el uso de herramientas con múltiples cabezales, la cantidad de elementos individuales en términos de orificios y roscas es incluso mayor.

Tecnología de control y accionamiento de FANUC

Magna solicitó las dos máquinas ANGER HCXchange con tecnología de control y accionamiento de FANUC. La colaboración no era nueva para ANGER, pues hasta hace aproximadamente cinco años instalaba principalmente componentes del líder del mercado mundial de CNC. Roland Haas lo explica: "En aquel momento, trabajábamos mucho con el mercado norteamericano, que requería sobre todo controles de FANUC. La cooperación con FANUC era muy positiva para nosotros. Los gastos generales en las áreas de servicio y mantenimiento eran mínimos y los productos presentan una fiabilidad absoluta. Por desgracia, la recesión sufrida por Norteamérica y su industria del automóvil provocó la desaparición de la cooperación con FANUC. Así pues, en ANGER estamos encantados de que el grupo Magna nos haya pedido que equipemos las máquinas ANGER HCXchange con FANUC, ya que ahora volvemos a contar con este partner tan sólido y fiable".

Además de la implementación del sistema CNC de la serie 31i de FANUC, el principal foco de atención inicial se centró en que el sistema de accionamiento de las máquinas se configurase de acuerdo con el sistema "box-in-box". Una funcionalidad especial, por ejemplo, requiere movimientos transversales en sentido horizontal, lo que se logra mediante dos husillos de bolas que funcionan en paralelo. En este caso, se trataba de elegir la configuración correcta y garantizar un ajuste fiable del control. Por último, se requiere una precisión de posicionamiento del orden de µm.

Otro desafío consistía en integrar los motores de terceros, porque el concepto de máquina de ANGER implementa servomotores de eje hueco de su propiedad. Además, las máquinas estándar ANGER HCX utilizan 4 ejes. Había que implementar un quinto eje en el útil de fijación por solicitud del cliente. Como describe Roland Haas: "Para el pedido de Magna, tuvimos que desplegar un accionamiento de par dual por primera vez. Pero pudimos gestionar el ajuste y la optimización de este accionamiento en colaboración con FANUC".

Fabricante de controles ofrece conocimientos especializados como servicio

Para solucionar los problemas de los accionamientos y controles, se requerían conocimientos especializados que FANUC proporcionó a través de su filial alemana, en combinación con la asistencia adicional de Japón. Roland Haas está satisfecho: "Nos visitaron los mismos especialistas en controles de FANUC que ya conocían el producto perfectamente de antes. Nos ofrecieron una auténtica asistencia de primer nivel".

En cuanto al control, las especificaciones para ciclos únicos o especiales son limitadas. En cambio, ANGER se asegura de que, siempre que sea posible, todas las operaciones de mecanizado y los movimientos transversales se puedan programar con comandos sencillos y funciones estándar, a fin de lograr ciclos rápidos. Por este motivo, la función de previsión del control y su rapidísimo tiempo de ciclo de PLC son factores decisivos para ANGER en su lucha por arañar unas décimas de segundo.

También había requisitos muy exigentes de programación del PLC, debidos sobre todo a los dos cambiadores de herramientas dobles por máquina. FANUC asumió estas tareas de programación. Según Roland Haas, para ANGER era de suma importancia poder obtener estos conocimientos especiales directamente de FANUC como servicio. Opina que los fabricantes de series son los que más se benefician de la fiabilidad de la tecnología de control y accionamiento de FANUC. Y añade que, después de la implementación y las pruebas, todo ha continuado funcionando durante mucho tiempo. Si alguna vez fuera preciso sustituir algún componente, se gestionaría de un modo sumamente práctico.

Interfaces activas para un uso intuitivo

En lo que se refiere a uso intuitivo, ANGER puede contar con FANUC.  El fabricante de máquinas ha realizado una inversión importante en una interfaz hombre-máquina (HMI, Human Machine Interface) que proporciona la mayor comodidad posible y ofrece al usuario distintos modos de visualización. Por ejemplo, las fotos integradas indican exactamente dónde se ha producido el error y cómo solucionarlo. Sabemos que las interfaces específicas del cliente como esta no han sido uno de los puntos fuertes de los controles de FANUC hasta ahora, pero esto ha cambiado. Roland Haas lo confirma: "Por su parte, FANUC proporciona opciones de visualización sumamente útiles para nosotros pero, sobre todo, para los operarios de las máquinas". ANGER especificó cómo debía ser el aspecto de las pantallas. El servicio de implementación de estas últimas corrió a cargo de FANUC.

ANGER MACHINING GmbH: Máquinas para producción en serie flexible

Esta empresa de ingeniería de maquinaria internacional radicada en Traun, Austria, se ha especializado en el desarrollo de máquinas transfer. Se trata de sistemas de mecanizado de alta velocidad que se emplean sobre todo en la industria del automóvil para mecanizar piezas en serie con especificaciones de alta precisión. Las aplicaciones principales son piezas de motores, cajas de cambios y chasis de aluminio o acero. La empresa, fundada en 1982, se ha consolidado con éxito en el mercado mundial, con tres filiales en Alemania, Estados Unidos y Japón, además de numerosos socios de ventas y servicio.

Entre otras aplicaciones, las máquinas transfer de ANGER se utilizan para mecanizar cuerpos de válvulas de sistemas de transmisión automática y de doble embrague, carcasas de transmisión de automóviles, bancadas, carcasas de árboles de levas y ejes de compensación, así como otros componentes de precisión con forma de prisma o ejes de motores y árboles de transmisión.

Entre sus clientes, se cuentan fabricantes internacionales de automóviles como Daimler y VW, además de proveedores líderes de esta industria como ZF, Magna, Mahle, ThyssenKruppPresta, INA Schaeffler, Bosch o Linamar Group, y numerosas empresas de fundición a presión.