Catálogo de herramientas de corte estandarizado para maquinado

Si usted fuera por una biblioteca pública o una librería buscando la clase de libro que quiere leer, probablemente la primera cosa que haría sería decidir si necesita ir a la sección de ficción o no ficción.

Si es a la de ficción, entonces podría decidir ir a la sección de ciencia ficción en lugar de ir a la sección de misterios de asesinatos. A continuación, usted podría buscar clásicos de ciencia ficción en lugar de los nuevos bestsellers. Finalmente, usted podría ir al estante de Julio Verne. Ahí está: “20,000 Leguas de Viaje Submarino”.

Generalmente, encontrar la herramienta de corte correcta para un proceso de mecanizado sigue un proceso de selección similar, comenzando con características amplias y bajando a niveles más específicos y subtipos.

Digamos que la última opción sea un cortador específico para fresado con insertos de carburo recubiertos, con rompevirutas para acero inoxidable, de un fabricante de herramientas de corte en particular. Los catálogos de herramientas digitales estandarizados creados por los fabricantes de herramientas de corte ayudarán a los talleres a hacer la elección de forma más rápida y con mayor confianza.

No hace mucho, los planeadores de proceso y programadores CNC tenía que usar catálogos de papel y tinta de los fabricantes de herramientas de corte para encontrar y especificar componentes de herramientas de corte. A menudo, para completar un ensamble de herramienta útil tenían que consultarse muchos catálogos – uno o dos para encontrar el inserto recomendado, otros para encontrar los cuerpos del cortador y el portaherramientas–.

Además de requerir tiempo y habilidad, este proceso manual involucraba bastantes conjeturas. ¿Los componentes seleccionados aún estaban disponibles por parte del proveedor? (los catálogos podían estar desactualizados). ¿Algunos de estos componentes estaban almacenados actualmente en la caja de herramientas? ¿Este ensamble ya está en el magazín de herramientas de la máquina CNC? Si es así, ¿los filos de corte aún están nuevos o próximos a necesitar reemplazo? ¿Qué valores de velocidad y avance debería ingresar el programador al sistema?

Por supuesto, hoy el proceso de selección de herramientas puede ser altamente automatizado usando datos digitales. Esto lo hace no sólo más rápido sino más preciso y efectivo. También se eliminan la mayoría o todos los cálculos manuales y las suposiciones. Mejor aún, las decisiones más rápidas dan como resultado menor tiempo de alistamiento, tasas de remoción de material más productivas, mejor utilización de los activos de manufactura y menores costos en general.

Los sistemas avanzados permiten acceder a la información de la herramienta de corte que esté en la base de datos en línea y que incluyen el último (literalmente, al minuto) conocimiento del proceso de los fabricantes de herramientas de corte. La meta es garantizar que la selección y aplicación de la información de las herramientas de corte lleve a un proceso de mecanizado optimizado para cualquier máquina-herramienta en las instalaciones del usuario.

Será posible transmitir los resultados reales del usuario a una base de datos generalizada mantenida remotamente en recursos de computación compartidos (una nube), donde estos resultados pueden combinarse con resultados similares de muchos otros usuarios.

Este volumen masivo de información relacionada con la herramienta de corte puede ser analizada para discernir tendencias y patrones que pueden llevar a un consejo más efectivo en la selección de herramientas y de los parámetros de mecanizado. Esta es la promesa de Big Data y Big Data Analytics.

Todos estos desarrollos dependen de la capacidad de compartir información digital de la herramienta de corte. Esta es una gran razón por la que los fabricantes de herramientas de corte y los desarrolladores de aplicaciones están formulando estándares que especifican un formato común para los datos de las herramientas de corte, de modo  que sean útiles en las computadoras. Liderando estos estándares está el ISO 13399 (Representación e Intercambio de Datos de Herramientas de Corte).

Para complementar este estándar, el cual dicta las convenciones de códigos para definir, nombrar y dimensionar cortadores y componentes relacionados, estas compañías también están trabajando en un Catálogo de Herramientas Genérico (GTC), el cual estandariza cómo se clasifican los ítems de herramental de una forma lógica y jerárquica.

El GTC también define un formato para “empaquetar” los datos de las herramientas de corte de modo que las aplicaciones de software puedan ubicar los datos en sitios predesignados. Más allá de eso, el GTC especifica información adicional que, si faltara, haría difícil para el usuario encontrar lo que es relevante y necesario. Por ejemplo, los íconos gráficos, imágenes y modelos 3D pueden ser incluidos como parte del paquete GTC.

Este reporte da una visión más cercana del GTC y su estado actual. También muestra cómo el GTC encaja en aplicaciones avanzadas para selección de herramientas de corte de los fabricantes líderes de las mismas.

Finalmente, discute cómo los datos de las herramientas de corte están emergiendo como uno de los elementos más críticos de los sistemas integrados conectados que implementan los conceptos de manufactura controlada por datos. En otras palabras, los datos de las herramientas de corte se están volviendo la sangre en las venas del Internet Industrial de las Cosas en las plantas de manufactura metalmecánica. La cuarta revolución industrial (llamada generalmente Industry 4.0) no puede proceder sin usar estos datos al máximo.

Llenando la brecha con el Catálogo de Herramientas de Corte Genérico

El GTC fue desarrollado como un complemento al ISO 13399. No contradice o reemplaza este estándar, pero ayuda a los proveedores de herramental y a los desarrolladores de aplicaciones a usar este estándar de forma más efectiva en un ambiente digital. El GTC provee un formato digital para clasificar herramientas de corte y hace accesibles los datos auxiliares sobre ítems de herramental. Hace que los datos de herramientas de corte sean más fáciles de acceder, buscar, emparejar y compartir.

El ISO 13399 es un estándar internacional diseñado para darle a la industria un lenguaje común para describir los productos de herramientas de corte en un formato digital. Especifica un formato universal para los datos que identifican y describen los componentes de las herramientas de corte. También especifica el significado para los términos usados para denominar las partes, características y parámetros relacionados con las herramientas de corte, y provee una abreviación única y precisa para cada término en su vocabulario. También se definen las dimensiones críticas para cada ítem de herramienta de corte, y los valores numéricos para que dichas dimensiones sigan un formato establecido.

Ya que el ISO 13399 especifica un formato digital interpretable por una computadora para los datos que describen los productos de herramientas de corte, simplifica el intercambio de estos datos entre proveedores de herramientas y aplicaciones de software. La información sobre los productos de herramientas de corte de un fabricante se “ve” igual a la información de otro fabricante que también cumple con este formato estándar. El software de computadora que puede usar esta información no tiene que tener un traductor o una interfaz personalizada para los datos de cada fabricante para poder hacer que esos datos puedan usarse en una aplicación.

Cuando los datos que cumplen con la ISO 13399 se almacenan en un formato accesible a la aplicación de software, la transferencia de esta información es instantánea y automática. No hay necesidad de un programador que busque los datos manualmente, interprete su significado, encuentre el código y la clave en los números. Este intercambio de datos permite que la aplicación de software trabaje de forma diferente y sea más completa y precisa. Por ejemplo, construir una librería de herramientas de corte para un sistema CAM se simplifica enormemente cuando todas las entradas en esa librería ya pueden adquirirse en un mismo formato.

De manera similar, a medida que se desarrollan aplicaciones de software que usan datos estandarizados de herramientas, los usuarios pueden esperar un proceso mejorado para reordenar las herramientas, un costeo más preciso del consumo de la herramienta y otras eficiencias. Una vez los datos de las herramientas de corte estén disponibles digitalmente, las aplicaciones desarrolladas para recomendar los avances y velocidades de mecanizado serán más robustas y completas.  

Debido a que la ISO 13399 provee un formato neutral no privado, puede ser adoptado por todos los fabricantes de herramientas de corte. El estándar está compuesto de varios documentos oficiales llamados “partes”.

Cada parte trata con un tema específico: atributos, modelos 3D, planos y demás. Como muchos nuevos estándares, ISO 13399 es un trabajo en progreso, sujeto a revisiones y mejoras. Muchos fabricantes de herramientas de corte ya han adoptado la ISO 13399 y están convirtiendo sus códigos internos de producto conforme al estándar. Sandvik Coromant, Kennametal, Iscar, Mitsubishi Materials, entre otros, están completando este proceso de conversión. Se estima que ahora están disponibles más de 100,000 ítems de herramientas de corte con sus datos en formato ISO 13399.

Sin embargo, este estándar no incluye una estructura de clasificación jerárquica detallada. Una herramienta con código ISO 13399 no indica qué clase de herramienta es (un cortador para fresado, una herramienta de torneado, una herramienta de tronzado o lo que sea que pueda ser). Para otra vez usar la analogía de la librería o biblioteca, cada sede o almacén de cadena que tenga “20.000 Leguas de Viaje Submarino” ahora puede usar el mismo código para este título, pero ese código no le dice si es ciencia ficción, biografía, historia o algún otro tipo de trabajo literario.  

El GTC fue desarrollado para llenar esta clase de brecha en el sistema de intercambio de datos de herramientas de corte creado por la ISO 13399. La estructura jerárquica de GTC (una serie de niveles de lo general a los subtipos cada vez más específicos) permite organizar las bases de datos sobre herramientas de corte por uso o aplicación. Esto también hace que las bases de datos sean más fáciles de buscar de diferentes formas. En resumen, clasificar las herramientas de corte ayuda a los usuarios a encontrar la herramienta correcta para la operación de mecanizado deseada.

Otro aspecto del GTC es un conjunto de especificaciones que formaliza el intercambio de datos auxiliares y que pueden simplificar significativamente esta búsqueda y hacerla más flexible.

El GTC ahora permite que los íconos de herramientas de corte (símbolos distintivos, reconocibles para tipos de herramientas y componentes), gráficos y planos, sean empaquetados junto con los datos ISO 13399 y sean mostrados por la aplicación. Más aún, el GTC permite la transferencia de datos en un paquete GTC, sea que dicho paquete conste de un catálogo completo de un proveedor o de un solo ítem de herramienta de corte. Esto mejora el número de clases de aplicaciones que puede acceder y usar los datos de herramientas de corte.

El desarrollo del GTC fue iniciado por Sandvik Coromant y Siemens PLM, pero Kennametal e Iscar se unieron muy temprano a ese esfuerzo. Estas compañías fueron rotundas en mantener el resultado genérico y neutral de la marca, guardando el modelo seguido por ISO 13399.  De manera encomiable, estas empresas solicitaron la entrada de otros proveedores de herramental, proveedores de software CAM y la comunidad de usuarios finales.

GTC 1.0 fue completado en abril de 2014 y posteriormente adoptado por varios proveedores de herramientas y desarrolladores de aplicaciones. Una definición del GTC 2.0 está avanzando.

Actualmente, está siendo refinado y revisado por Sandvik Coromant, Iscar, Kennametal, Siemens PLM, Cimsource y MachiningCloud. La estructura de este comité de revisión asegura que el GTC permanezca neutral con las marcas y su imparcialidad facilita su implementación. Yendo más allá, se espera que el GTC se vuelva eventualmente parte del estándar ISO 13399. Mientras tanto, está proporcionando su utilidad para el propósito deseado.

Como un catálogo tradicional, solo que mucho mejor

Si mira en la tabla de contenido de un catálogo de productos típico de un fabricante de herramientas de corte, probablemente encontrará que este libro, más o menos grueso, tiene capítulos y quizás subcapítulos. Los capítulos principales quizás sean familiares, lógicos y fáciles de entender. Los títulos de los capítulos pueden ser fresas, herramientas de torneado, brocas y demás.

En “Fresas”, usted puede encontrar subcapítulos como “Cortadores para Fresado de Roscas”, “Fresas para Planeado” y demás. De la misma forma, bajo “Fresas para Planeado”, puede haber una sección para “Fresas para Planeado Indexables”, junto con secciones para otros tipos de cortadores para fresado.

Para hacer el GTC tan fácil de usar y entender como el catálogo de papel y tinta, los desarrolladores adoptaron los mismos nombres comúnmente usados para sus niveles de clasificaciones de herramientas. Esta estructura jerárquica, de hecho, semeja las tablas de contenido en los catálogos de producto de un fabricante de herramientas de corte.

Naturalmente, no todos los catálogos de herramientas de diferentes fabricantes tendrán tablas de contenido tan parecidas. Aunque los títulos de los capítulos principales pueden ser los mismos o similares, el número de capítulos principales, subcapítulos y secciones puede ser muy diferente, porque las ofertas de cada compañía seguramente son diferentes.

Obviamente, una compañía que no fabrica brocas no tendrá un capítulo para brocas. Y dos compañías que ofrezcan fresas para planeado con insertos indexables pueden tener tipos, estilos y formas de insertos muy diferentes en sus ofertas. Como resultado, estas partes de las tablas de contenido respectivas serán muy diferentes, pero este método permite que cada proveedor de herramientas de corte le presente al usuario su estructura jerárquica como ellos vean que es mejor.

La estructura de clasificación del GTC trabaja de la misma forma. En pocas palabras, da nombres a las clases y subclases principales de herramientas de corte y define qué herramientas van en cada clase, según las propiedades relevantes para esa clase. Esta parte del GTC es la jerarquía de componentes de herramientas de corte.

Los niveles genéricos de la jerarquía son neutrales al proveedor y no cubren valores numéricos para propiedades, dimensiones o detalles sobre conexiones o interfaces. Cada clase incluye un plano que muestra las dimensiones clave de esta clase. También se dan íconos gráficos para cada uno de los niveles. Al usar estos íconos, las aplicaciones que se construyen sobre el GTC presentan una apariencia gráfica similar, ayudando así a los usuarios que trabajan con más de una aplicación.

Finalmente, en el nivel del ítem de producto, todos los datos deben estar según el estándar ISO 13399 (y otros estándares ISO aplicables) para dar el formato. Este estándar tiene provisiones para la forma como se referencian los archivos relacionados como modelos 3D, planos 2D y otros documentos. Sin embargo, el GTC añade los íconos, junto con las referencias para los planos y figuras. 

En amplia medida, el GTC va un paso más allá al incluir una “especificación del paquete” que les permite a los fabricantes de herramientas de corte adaptarse a un formato común para las versiones digitales de sus catálogos de herramientas.

Esta parte del GTC les dice a los proveedores como “empaquetar” la información de su catálogo de la misma forma, de modo que los usuarios finales y los desarrolladores de aplicaciones de terceros puedan acceder y presentar la información de los catálogos de los proveedores de forma más uniforme.

Esencialmente, esta parte del GTC describe una estructura para crear carpetas, archivos y tipos de datos (.txt, .jpg, .xml y demás). Por ejemplo, los archivos de datos de producto van en una carpeta que debe ser etiquetada product_data_files. De igual forma, los gráficos de producto van en una carpeta que debe etiquetarse product_pictures.

Los nombres de las carpetas y los archivos son lógicos y entendibles, y usan términos que son familiares, manteniendo el espíritu y filosofía general del GTC. Los detalles y especificaciones para estas carpetas y archivos se detallan en esta parte de la documentación GTC (de cierta forma, esto es como decirle a las librerías cómo organizar sus estantes y qué poner en cada repisa, de modo que un visitante sepa qué esperar cuando busca un trabajo literario en particular). Por ejemplo, una carpeta GTC etiquetada product_3d_models_detailed se especifica para modelos detallados 3D que pueden usarse como ilustraciones altamente realistas, mientras que una carpeta etiquetada product_3d_models_basic es para modelos simplificados que una aplicación puede usar de forma más eficiente para rutinas de prevención de colisiones u otros cálculos. Tener carpetas separadas ayuda a los desarrolladores de aplicaciones a realizar software que haga diferentes tareas de forma efectiva.

Con estas dos partes del GTC (es decir, la jerarquía de clasificación y la especificación de paquetes), los fabricantes de herramientas de corte que usan ISO 13399 pueden seguir este viejo adagio: Tener un sitio para todo, y tener todo en su sitio –en términos digitales, por supuesto–. Lo mejor es que todo está en un formato que facilita el intercambio de datos y la comunicación en un ambiente controlado por datos, mientras se les permite a los proveedores de herramientas retener la exclusividad en sus ofertas e innovaciones.

Ahora veamos algunos ejemplos representativos de cómo la ISO 13399 y el GTC complementario brindan valor a los usuarios en este ambiente.

El GTC en el taller metalmecánico

Debido a que el GTC está diseñado para ayudar a los fabricantes de herramientas de corte a tener disponible la información sobre sus ofertas de productos como recursos en línea (por ejemplo, cuando el usuario está ejecutando una aplicación en un computador de escritorio o dispositivo móvil conectado a Internet), un vistazo a unas cuantas aplicaciones de estas da un enfoque útil del valor del GTC.

Adveon por ejemplo, fue desarrollado por Sandvik Coromant como una biblioteca de herramientas abierta para software CAM y otros usos. Ya que la plataforma es abierta, el usuario puede trabajar con conjuntos de datos de herramientas de corte de varios proveedores, asumiendo, por supuesto, que los datos se ajustan a la ISO 13399 y están vinculados a la plataforma.

Desde el lanzamiento de Adveon, el usuario tiene la opción de seleccionar los catálogos de herramientas disponibles en los cuales el software hará la búsqueda y descargará los datos de las herramientas de corte. El GTC provee la estructura de clasificación para soportar una amplia variedad de funciones de búsqueda.

De los resultados de la búsqueda, el usuario puede descargar una selección de ítem de herramental y los archivos asociados. Gracias a las especificaciones del GTC, estos archivos y datos aparecerán en un formato uniforme y tendrán una apariencia similar, sin importar el catálogo del que provienen.

Los datos descargados son almacenados en “Mis ítems”, el área en la cual el usuario arma una biblioteca de ítems de herramental a partir de los cuales pueden crearse ensambles de herramientas. El usuario crea, almacena y mantiene ensambles de herramientas existentes como modelos digitales completos en el área “Mis ensambles”.

Los modelos de ensambles de herramientas de corte pueden usarse para poblar las librerías de herramientas en sistemas CAM que provean una característica o módulo de biblioteca de herramientas en su software. Usar los modelos para una aplicación de plataforma abierta será más sencillo, más rápido y más confiable que las opciones manuales.

Para los talleres de máquinas que tienen varios sistemas CAM con una biblioteca de herramientas, también es posible descargar datos de herramental a estos sistemas adicionales. Idealmente, el taller puede usar una biblioteca de herramientas de plataforma abierta, tal como Adveon, para mantener un listado maestro de ensambles de herramental disponibles para todos sus requerimientos de programación de CN, en lugar de construir y mantener bibliotecas separadas en cada sistema CAM.

La Biblioteca de Recursos de Manufactura (MRL) de Siemens PLM es igualmente capaz de leer datos del catálogo GTC / ISO 13399, seleccionar los componentes de herramienta usando un proceso guiado de búsqueda por componente y crear ensambles de herramientas, los cuales incluyen una representación del ensamble en modelo 3D.

Gracias a que la MRL puede incluir varios catálogos de proveedores de herramientas de corte, el usuario puede mezclar y emparejar componentes de diferentes proveedores en el mismo ensamble de herramientas.

La MRL está integrada con NX CAM, de modo que los usuarios de este software pueden seleccionar ensambles de herramientas para una generación precisa del patrón de herramientas y para la detección de colisiones, mientras usan su interfaz de usuario regular NX. Los usuarios también pueden utilizar el ensamble de herramienta para crear hojas de alistamiento de herramientas y cuentas de materiales en NX. El acceso NX CAM a los ensambles de herramientas en MRL puede hacerse en la nube, lo cual permite compartir la misma biblioteca de ensambles de herramientas entre varios sitios.

Kennametal también cree que los clientes deberían poder acceder a los datos de herramental en el software de su elección. Para acceder a información esencial de las herramientas de corte en los procesos de diseño y manufactura, Kennametal les está dando a los clientes catálogos de producto en el formato GTC.

Novo, la aplicación de administración y recomendación de herramientas de la compañía, soporta la creación de catálogos, de manera que pueden importarse al software MRL de Siemens, por ejemplo. Moverse con el GTC ayuda a la comunidad de manufactura para integrar información de herramental de Kennametal en los procesos de desarrollo de producto de principio a fin, dice un vocero de la compañía.

Se necesita mayor demanda del usuario

En el concepto, se tienen muchos beneficios con la integridad, precisión y validez (actualidad) de los ensambles de herramental derivados de sistemas de bibliotecas de herramientas de plataforma abierta. Por ejemplo, descargar modelos 3D mejorará los resultados de la simulación de mecanizado y la optimización del proceso en CAM.

Estas bibliotecas, ciertamente, motivarán un mayor uso de las capacidades de programación avanzadas. De la misma forma, los planos 2D pueden incorporarse fácilmente y rápidamente en las hojas de alistamiento de herramental y en otros documentos digitales que fluyen a través de las redes del taller en un ambiente sin papel.

También es importante notar que los desarrolladores de estas bibliotecas de herramientas de plataforma abierta tienen estrategias para incluir recomendaciones de velocidad y avance como parte de los datos que estarán disponibles de los catálogos digitales de herramientas de corte. Sobra decir que esto es un área compleja y sensible que merece observación dadas las promesas que implica.

Para ser claros, nuestra industria aún está en las etapas tempranas de estos desarrollos. Los modelos de negocio por los cuales estarán disponibles las bibliotecas de herramental y los catálogos de herramientas subyacentes aún están en formación. Adveon, por ejemplo, está disponible para proveedores CAM como una aplicación de software independiente bajo suscripción. Varios desarrolladores de software CAM están ofreciéndola como un adicional en sus sistemas CAM, mientras que otros están integrándola como el módulo de biblioteca de herramientas incorporada en su software.

Es mejor consultar con sus proveedores de herramientas de corte y proveedores de CAM por lo que está disponible actualmente y bajo qué base. También tener en cuenta que los datos ISO 13399 / GTC aún no están disponibles por parte de todos los fabricantes de herramientas de corte. Sin embargo, la demanda creciente de los clientes promoverá una mayor adopción de estos formatos de intercambio de datos y mejorará la utilidad de las librerías de plataforma abierta y las aplicaciones que se construyen sobre ellas.

Experiencias compartidas

Regresemos una vez más a la experiencia de buscar y encontrar cierto libro. Es ese clásico de ciencia ficción que usted disfrutó en la adolescencia. Al volver a leerlo décadas después, quizás también quiera saber lo que otros adultos pensaron sobre el libro cuando lo retomaron.

Una búsqueda en línea se convierte en un foro en el cual cientos de personas de su generación que redescubrieron este libro lo han calificado en diferentes formas. Usted está feliz de ver que la mayoría de ellos aún le dieron buenas reseñas al libro. Podría escoger algunas buenas recomendaciones para una lectura posterior o conectarse con lectores de igual parecer en los medios sociales.

Esta experiencia no difiere de lo que les espera más adelante a los profesionales en manufactura. En el mundo metalmecánico, por ejemplo, hemos ingresado a una nueva era en la cual la capacidad de conectar máquinas-herramienta y otros equipos a una red basada en la web y derivar un valor sustancial de estas conexiones es más práctico y atractivo que nunca.

Los datos críticos sobre el desempeño de herramientas de corte en el proceso de mecanizado se generarán de nuevas formas por los sensores y dispositivos de realimentación, usando diferentes medios digitales. Como hemos visto, cumplir con las iniciativas de intercambio de datos, como la ISO 13399 y el GTC, asegurará la compatibilidad e intercambiabilidad de los formatos de datos. A su vez, las conexiones de red le permitirán a las aplicaciones de software recolectar, registrar, analizar y reaccionar ante estos datos, llevando finalmente a mejores decisiones sobre cómo se están seleccionando y empleando las herramientas de corte.

El resultado llevará a las herramientas de corte y los procesos de mecanizado en general a un nivel óptimo de desempeño. Por ejemplo, los parámetros de mecanizado como velocidades de corte y avance reflejarán los ajustes más efectivos, probados por la experiencia del operador, el fabricante de herramientas de corte, el constructor de la máquina y la comunidad en línea de usuarios finales.

Las actualizaciones en tiempo real a los ajustes de la máquina serán aplicadas inmediatamente y automáticamente para maximizar la productividad, minimizar el consumo de energía y promover la seguridad. Las bibliotecas de herramientas y las opciones de patrones de herramientas para los programadores también se actualizarán acordemente.

El IoT Industrial crea un nuevo contexto dinámico en el cual se llevará a cabo el trabajo (hecho por humanos y máquinas). Las experiencias compartidas y los resultados compartidos infundirán este contexto y expandirán las posibilidades para transformar materiales en bruto a bienes deseables. El sitio de trabajo conectado existirá también en un espacio mundial conectado. ¿Podemos, quizás, atrevernos a pensar en esto como un enorme club de libros?