Rectificado en cinco ejes para herramientas de corte

A primera vista, parece curioso ver ruedas de refrigerante y múltiples de refrigerante en lugar de herramientas de corte en el “cambiador de herramientas” automático de una máquina-herramienta CNC.

Luego usted nota que esta es una máquina rectificadora de herramientas de corte, una Helitronic Vision de Walter (una compañía United Grinding con sede en Fredericksburg, Virginia). La capacidad de cambiar “juegos de rectificado”, tan rápido como cambiar escariadores, machuelos o roscas en un centro de mecanizado, le da a esta máquina rectificadora tanta versatilidad y productividad como la asociada a un centro de mecanizado vertical u horizontal.

Las características de un cambiador automático de ruedas, un sistema de sonda a bordo y la carga robótica de pallets son esenciales para el taller que posee esta rectificadora, porque mezclar trabajos de taller de rápida respuesta con trabajo repetido de alto volumen es una ventaja competitiva.

Estas características permiten un cambio rápido y un alistamiento simplificado, de modo que los trabajos de corrida corta pueden incluirse en ciclos de la máquina de manera eficiente. Otras características permiten que la máquina opere sin luces para la producción económica de trabajo repetido de alto volumen.

Ventajas competitivas en taller de respuesta rápida

El taller, True Cut Tool Co. está ubicado entre unos maizales cerca de New Carlisle, Ohio (pocos kilómetros al norte de Dayton). Es principalmente un fabricante de herramientas de corte especiales.

Casi todas estas herramientas son diseñadas exclusivamente para aplicaciones específicas en las industrias automotriz, médica, aparatos domésticos y accesorios de plomería. Los propietarios de True Cut consideran que su competencia principal es el tiempo y los cronogramas, en lugar de otros proveedores de herramientas de corte.

Ellos salen para vencer los cortos tiempos de entrega que les prometen a los clientes, quienes están contra sus propios cronogramas de producción exigentes y presionando las fechas de entrega.

“Tenemos que tener una capacidad de rectificado avanzada para hacer esto”, dice Larry Nicodemus, fundador de True Cut y vicepresidente de la compañía.

Él y sus cuatro hijos (Kendall, Scott, Zane y Chad) conforman el equipo de gerencia. Los cuatro hijos también son parte del equipo de producción, cada uno con un área especial en la cual ellos operan las máquinas o supervisan de cerca a los empleados que lo hacen. Kendall, el hijo mayor y ahora el presidente de la compañía, tiene un hijo que trabaja en el taller. Alrededor de 17 personas (familia incluida) están empleadas en True Cut.

A primera vista, también parece curioso ver a Larry, Kendall y Scott con barbas anticuadas. La esposa de Larry, una visitante frecuente del taller, usa una boina y  un vestido largo de estilo muy plano con una corta capa a los hombros. La explicación para su apariencia es simple.

La familia Nicodemus pertenece a la Antigua Iglesia Alemana Bautista de Hermanos. Esta comunidad, la cual comparte sus raíces con las ramificaciones Amish y Mennonite, del mismo movimiento religioso de 400 años, enfatiza en la sencillez y simplicidad en el estilo de vida y de vestir, de modo que nada los distraiga de su devoción por servir al Señor como lo dicta la Escritura.

Tradicionalmente, los mayores ordenados en la iglesia usan la barba como una señal de madurez en la fe y dedicación al servicio de la iglesia.

No parece haber contradicción entre la apariencia plana y simple a la cual se adhiere la familia Nicodemus y la forma en la cual ellos administran y operan el taller. El servicio humilde, honesto y honorable a los clientes (y empleados) es el corazón del modelo de negocio de la compañía.

Como explica Larry, producir herramientas de corte de alto desempeño y alta precisión para una entrega a tiempo sería imposible sin un compromiso con la tecnología avanzada de rectificado y mecanizado. Eso es simple.

Este compromiso con la tecnología se remonta a 1972, cuando Larry comenzó la compañía como un negocio de reafilado de herramientas estrictamente con rectificadoras y equipos manuales. A medida que su habilidad y conocimiento crecieron, él condujo el taller hacia la producción de herramientas de corte especialmente diseñadas para aplicaciones específicas.

De la misma forma, a medida que creció la capacidad del taller, lo hizo su base de clientes, la cual ha llegado a confiar en True Cut para las herramientas personalizadas de rápida entrega y la producción de altos volúmenes de herramientas especiales, que no son suministradas por otros proveedores.

Producción de herramientas de corte especiales para aplicaciones específicas

Por ejemplo, True Cut produce cientos de herramientas de ranurado para moldes de neumáticos. Estas son entregadas a varios fabricantes de neumáticos reconocidos bajo pedido. El taller también repara y vuelve a rectificar los cortadores que produce.

La rectificadora CNC Helitronic Vision  del taller representa su última inversión en tecnología avanzada de rectificado. Esta máquina CNC de cinco ejes ejemplifica varias observaciones importantes sobre la forma en que este taller tiene éxito.

Primero, esta máquina cumple los requerimientos del taller de una capacidad de rectificado multieje con tolerancias estrechas. Segundo, el taller saca ventaja de esta capacidad siendo inteligente al utilizar completamente su flexibilidad y automatización.

Tercero, el taller apalanca la capacidad de la máquina aplicándola a sus propios diseños innovadores de herramientas. Las herramientas de corte que produce True Cut en la máquina Vision duran más y se desempeñan mejor, no sólo porque son bien hechas sino también porque los sutiles elementos de diseño están basados en un profundo entendimiento de los procesos de corte.

“Detalles como el espesor de apoyo en un pistón o el espesor de margen cilíndrico pueden hacer una diferencia significativa. Sabemos que unas pocas milésimas pueden significar de una forma u otra 20 a 60 por ciento más vida de la herramienta para el cliente”, explica Kendall.

Rectificado de formas complejas y geometrías: un vistazo a la capacidad multieje

Manejar las operaciones en la Vision es la principal responsabilidad de Scott, el segundo hijo mayor. Su escritorio de trabajo/estación de programación está ubicado justo al frente de la máquina. La capacidad multieje le permite rectificar formas complejas y completar la mayoría de herramientas en un solo alistamiento.

El CNC de la máquina ofrece un poder computacional de alta velocidad para coordinar los movimientos simultáneos de los ejes, necesarios para producir contornos intrincados, formas de flauta inusuales y geometrías complejas.

El cambiador automático de ruedas es una de dos características importantes que llaman la atención en cada lado de la máquina. El cambiador de ruedas tiene 12 estaciones para juegos de rectificado, los cuales constan de una o dos ruedas de rectificado montadas en un eje.

Cada estación también sostiene el múltiple de refrigerante para ese juego de rectificado específico. Varias boquillas de refrigerante en cobre del múltiple están ubicadas para entregarle refrigerante a la rueda para máxima efectividad. La interfaz HSK-50 del eje de ruedas de rectificado se ajusta con el husillo de rectificado.

Las conexiones hidráulicas autosellantes y cargadas por resorte en el múltiple del refrigerante bloquean los puertos de refrigerante en la cara del husillo cuando el eje entra en el agujero del husillo. El tiempo rectificado-a-rectificado para un cambio de rueda es de unos 15 segundos.

“Siempre que sea posible, montamos dos ruedas de rectificado diferentes en un eje. Esto aumenta la capacidad del cambiador de herramientas y a menudo nos permite saltar un cambio de rueda. El programa CNC simplemente reposiciona la segunda rueda para operaciones adicionales”, dice Scott.

Este es un buen ejemplo de cómo pensar inteligentemente y sacar más ventajas de una característica de máquina para obtener productividad adicional. Otro ejemplo es el enfoque de Scott para manejar los juegos de rectificado. Él almacena tanto ejes montados con ruedas y múltiples como el taller le permita. El total actual es cercano a 350.

“Yo guardo juegos completos en una cabina de la máquina. Esto significa que casi siempre tengo un juego de rectificado preensamblado que puedo reemplazar en el cambiador de ruedas para ciertos trabajos u operaciones cuando se necesita”, explica.

Esas tácticas mantienen el tiempo de alistamiento muy bajo, una de las claves para realizar muchos trabajos de una y dos piezas en esta máquina de forma eficiente.

Surgen más ejemplos de un pensamiento inteligente del taller cuando se discute la otra característica notoria, el autocargador en el otro lado de la máquina. El autocargador acomoda cuatro pallets de 200 mm que pueden presentarse secuencialmente a un dispositivo robótico que carga el husillo de la pieza de trabajo automáticamente. Aquí, de nuevo, la ingenuidad local mejora esta automatización.

Automatización y flexibilidad en taller de mecanizado: caso de éxito con la carga robótica de pallets

Por ejemplo, Scott ha diseñado pallets que sujetan de 100 a 110 blancos de carburo para las herramientas de ranurado que el taller provee a fabricantes de moldes de neumáticos y otras compañías que ranuran moldes o marcan troqueles. Los pallets fueron producidos en el taller según sus especificaciones.

A medida que se reciben los pedidos para estas herramientas, él carga los pallets y almacena el cargador durante el día para el procesamiento desatendido por la noche.

Ya que los pallets sujetan blancos del mismo tamaño de vástago, pueden procesarse juntas diferentes configuraciones de ranuradores (los programas de patrón de herramienta correspondientes son coordinados por el CNC).

Los lotes con más de un tamaño de vástago requieren cambiar manualmente la boquilla en el husillo de la pieza de trabajo, lo cual hace Scott luego de varias horas para continuar la operación desatendida.

La máquina de rectificado no es una isla

Deben tocarse dos puntos importantes más sobre la rectificadora Vision. Por un lado, la máquina es parte de un “paquete” que incluye un sistema de inspección automático y un software de diseño de herramientas de corte especial.

Por el otro, como todas las máquinas de rectificado de True Cut, la Vision se beneficia de operaciones de torneado y fresado CNC que son cuidadosamente diseñadas para obtener lo máximo de la capacidad de rectificado.

True Cut adquirió la rectificadora Vision junto con una Helicheck Walter en una oferta especial del constructor. La Helicheck es una máquina de inspección y medición óptica que mide diámetros de herramienta incluso de 0.004 pulgadas (0.1mm) y radios de filo incluso de 0.0002 pulgadas (5 micras). “Primero consideramos la Helicheck porque pensamos que sería una opción útil, pero ahora vemos que es un complemento esencial para la rectificadora”, dice Larry.

Es especialmente valiosa para agilizar alistamientos en trabajos de corrida corta, porque las dimensiones del blanco de la herramienta pueden medirse y descargarse al CNC de la Vision a través de un cable de fibra óptica para dar las separaciones al programa CNC.

Las ruedas de rectificado también se inspeccionan en esta máquina para verificar la precisión dimensional e identificar puntos altos o bajos. Estos datos también son descargados automáticamente. Por supuesto, las herramientas terminadas son inspeccionadas rutinariamente en esta máquina, pero principalmente para la documentación requerida por algunos clientes.

Aunque se adquirió por separado poco tiempo después, el software de diseño de herramientas también es una parte esencial del paquete integrado de Vision, como se instaló en True Cut.

El software, llamado Helitronic Tool Studio, le permite a Scott revisar y ajustar los diseños de cortador antes de generar complejos patrones de rectificado para la Vision y transmitirlos al CNC. Su estación de trabajo está justo al lado de la máquina, de modo que prácticamente no hay retrasos entre sus esfuerzos de programación fuera de línea y los resultados del rectificado.

Este software incluye características de especial interés para los diseñadores de herramientas de corte. Por ejemplo, la forma, el ángulo y la orientación de las flautas de espiral pueden manipularse fácilmente y mostrarse como un sólido 3D. Esas herramientas de diseño de software son críticas.

Kendall, ingeniero jefe de diseño de herramientas en True Cut, concuerda. “Ellas nos permiten capturar los diseños de cortador que nosotros creamos para solucionar los problemas del cliente”, dice. Él hace el trabajo de diseño inicial en el Autocad Inventor, el cual le permite crear un modelo sólido 3D que puede ser importado al Tool Studio.

“Nosotros diseñamos una gran cantidad de herramientas con pasos, como brocas y rimas, que combinan operaciones que estarían separadas de otra forma. Sabemos cómo mezclar ángulos de salida y filos de corte, añadir las reducciones posteriores correctas y aplicar acabados súper finos donde se requieran para hacer una herramienta de larga duración y que ahorre tiempo. No podríamos producir estas herramientas eficientemente si no pudiéramos hacer el trabajo CAD y CAM de manera efectiva”. 

De la misma forma, el torneado y fresado CNC van mano a mano como tecnologías de soporte críticas para la avanzada capacidad de rectificado. El mecanizado CNC es el dominio de los hijos Chan y Zane, quienes operan un torno CNC y una fresadora CNC, respectivamente.

Estas máquinas están alojadas en un edificio aparte, inmediatamente atrás de las instalaciones principales, donde se ubican las rectificadoras. Ambos entienden, intuitivamente, que las tareas de torneado y fresado que ellos hacen son principalmente operaciones de pre-rectificado.

Estas máquinas son usadas ampliamente para cortar por desbaste blancos HSS. “Qué tan bien preparemos los blancos marca una diferencia en la eficiencia para nuestras operaciones de rectificado y finalmente en la calidad de la herramienta de corte terminada”, apunta Chad.

Por ejemplo, los blancos deben ser torneados con precisión en el centro para entregar condiciones de material planas para las rectificadoras. Las operaciones de fresado de Zane están alineadas de forma similar para mejorar los resultados del rectificado.

Por ejemplo, él programa el fresado de formas tipo flauta de modo que provean un soporte fuerte para los segmentos de carburo o CBN que serán soldados en sitio antes del rectificado final.

“Yo no quiero ningún exceso que sobresalga del segmento y pueda debilitar los filos”, explica. Él añade que los valores exactos que él ingresa varían entre cada característica de diseño y están basados en la experiencia con el desempeño de la herramienta en el campo. Es mucho más arte que ciencia.

Verdadera resistencia

Es una prueba para la efectividad del enfoque de True Cut que cualquier miembro de la familia Nicodemus puede citar un trabajo de emergencia que el taller fue capaz de diseñar, producir y entregar un cortador especial en cuestión de días, o incluso de un día a otro.

Tan notorio como pueden ser estos heroicos esfuerzos, ellos no taparían el verdadero indicador de la resistencia clave del taller. Este es, la capacidad del taller de analizar una parte de un cliente y diseñar una herramienta de corte que solucione un problema particular, o, como es a menudo el caso, varios problemas al tiempo.

Un ejemplo puede ser una herramienta de pasos que taladra, avellana y hace chaflanes en una sola operación y produce todas estas características con una estrecha tolerancia y un acabado superficial fino. El diseño también debe ofrecer larga vida y permitir múltiples pulidos. Kendall considera que estos son los retos más satisfactorios.

“Podemos tener una o dos herramientas de muestra para el cliente en unos pocos días. Mientras que ellos comienzan la producción, nosotros verificamos los resultados, encontramos algunas mejoras nuevas y obtenemos una mejor versión para el cliente unos pocos días después”, afirma. 

Estas complejas herramientas son candidatas principales para la producción en la rectificadora Vision. “Hemos aprendido a usar ruedas súper abrasivas, tipo cuchilla, que pueden ser maniobradas en cinco ejes para obtener fusiones y espacios que sería imposible producir de otra forma. Esto libera nuestra capacidad de ser imaginativos y creativos en el diseño de herramientas”, dice Kendall.

La intensidad del enfoque que lleva a True Cut a producir herramientas de corte es extraordinaria. Sin embargo, no es obsesiva ni incontrolable. Larry, como buen padre, cuida que el deber con la familia, la iglesia y la comunidad no se ponga de lado en nombre del negocio. Él es estricto con mantener cerrado el taller los domingos. Todo el tiempo se refuerza el comportamiento respetuoso en el taller, pero de un modo amable.

Basado en las Escrituras, Larry cita el Capítulo 17 en el Evangelio de Juan, en el cual Jesús hace la distinción entre estar en este mundo y ser del mundo. Como ven las cosas Larry y su familia a la luz de esta enseñanza, el taller está en este mundo, de modo que ellos buscan conducir su negocio como Jesús condujo el suyo en este mundo, es decir, al servicio de los demás.

Su modelo de negocio (y su compromiso con la tecnología) está en línea con este ideal. Ahora, como Jesús proclamó a sus seguidores, ellos no son de este mundo sino que pertenecen a un reino que está fuera de él. Para la familia, esta separación simplemente se expresa y se afirma plenamente viviendo de forma sencilla y vistiendo modestamente. Esa es su visión de la gracia.