Máquina de Medición por Coordenadas (CMM) remueve los cuellos de botella en celdas automatizadas

La creación de componentes automotrices de alta precisión con múltiples cavidades requiere herramental complicado. Para fabricar estos componentes de forma más eficiente, Strattec Security Corp. incorporó la automatización en su proceso de producción. Sin embargo, la automatización sola no era suficiente para incrementar la capacidad, ya que la medición sobre la máquina dentro de la celda creaba un cuello de botella. Al incorporar una máquina CMM dentro de la celda automatizada, la compañía pudo eliminar el cuello de botella que frecuentemente ocurría en el departamento de herramental. 

Aunque es parte de la alianza para la tecnología de sistemas de acceso para automóviles (VAST, por su sigla en inglés), que suministra piezas para fabricantes de equipo original en todo el mundo, el enfoque principal de la casa matriz de Strattec Milwaukee, Wisconsin, es la fundición a presión y el estampado. La compañía fue conformada como una división de Briggs and Stratton hace más de 100 años, pero hoy Strattec diseña, desarrolla, fabrica y comercializa cierres mecánicos, cierres y llaves mejorados mecánicamente y carcasas de cierre por ignición. Algunas de las operaciones de diseño sobre los cierres y carcasas deben llevarse a cabo con tolerancias de ±0.0002 pulgadas, ya que de otra manera el material sobre el producto terminado destella. Para producir estas complejas piezas de forma eficiente, la compañía necesitaba una actualización.

Trabajando con Premier Machine Tool Midwest (Hartland, Wisconsin), Strattec instaló la solución de automatización lineal Work-master de System 3R (Elk Grove Village, Illinois). Esta solución de automatización se desplaza hacia abajo en un riel para alimentar múltiples máquinas y emplea el software WorkShopManager de la compañía, que vincula  todos los procesos de mecanizado y medición. Para completar la celda, Strattec también adicionó un Makino F5 de tres ejes para fresado duro y un segundo equipo para electroerosionado de Makino. Una electroerosionadora de hilo, Makino U32J, fue instalada posteriormente.

La celda fue diseñada para operar en un esquema 24/7 con operación nocturna. Sin embargo, una vez estuvo en servicio, Strattec no estaba satisfecha con el tiempo que se necesitaba para completar cada lote. Aunque ésta estaba configurada para sondear las piezas de trabajo y los electrodos sobre los equipos CNC para determinar su orientación, el equipo encontró que el proceso era muy intensivo en mano de obra, creando un cuello de botella. Las máquinas CNC tenían que enfocarse en encontrar el componente, en lugar de mecanizarlo, y los operarios gastaban una gran parte de su día montando piezas para el turno de la noche. Strattec no estaba aprovechando todas las ventajas de la capacidad de la celda.

Un problema adicional surgía una vez que los electrodos se cortaban: el fabricante de herramientas los verificaría con instrumentos manuales, como micrómetros y bloques de galgas, pero las superficies 3D más complejas de las superficies de los electrodos permitían medir manualmente solo algunas operaciones de la pieza.

Para aliviar el cuello de botella y mejorar la calidad de la inspección, la compañía instaló una máquina de Medición por Coordenadas (CMM) de taller Brown & Sharpe One shopfloor, de Hexagon Metrology, al interior de la celda para liberar a las máquinas para cortar piezas en lugar de medirlas. Luego de la instalación, Strattec descubrió que la inspección de la pieza de trabajo es la función secundaria de la CMM de la celda. Su función primaria es ubicar los electrodos y las piezas de trabajo sobre sus pallets antes de que sean llevados a los equipos de electroerosionado.

El proceso comienza cuando una pieza de trabajo paletizada o electropaletizado son recogidos por el robot desde la máquina fresadora. El elemento está muy sucio como para ir directamente a la CMM, así que primero se limpia para remover la suciedad y los residuos de lubricante. El robot lleva entonces la pieza a la CMM para evaluar la compensación necesaria para los chisperos y las separaciones para las coordenadas X, Y, Z y C (rotación en el plano X-Y) sobre los electrodos. Las piezas de trabajo son evaluadas para determinar sus separaciones en X, Y, Z, y C. Las separaciones o separaciones y chisperos son enviados a la máquina-herramienta por medio del WorkShopManager, mientras que el componente es entregado automáticamente en la máquina de sumergido. Cuando está completa, la pieza retorna a la CMM para inspección.

Los datos recopilados por la CMM son importados al PC-DMIS, el software insignia de Hexagon Metrology, que incluye una completa librería de macros creados para la industria de fabricación de moldes. El software está compuesto por una completa galería de herramientas online y offline para hacer más eficiente el proceso de separación para los electrodos y las piezas de trabajo. El conjunto de herramientas offline para electrodos mide su geometría de quemado verdadera, en lugar de confiar en la medición por presencia (en la base del electrodo). En solo unos minutos, estas complejas mediciones son llevadas a cabo con un grado de precisión mayor que el tradicional método de inspección por presencia. Las herramientas online son comúnmente usadas para formas generales y para ubicación de múltiples piezas de trabajo en un único pallet. 

Luego de integrar la CMM en la celda automatizada, Strattec eliminó el acumulamiento que ocurría frecuentemente en su departamento de herramental, debido a que los CNC no se dedicaban a mecanizar las piezas y en lugar de ellos funcionaban como CMM. La programación ya no es un proceso largo y tedioso en el que los electrodos se miden sobre la máquina de sumergido. En lugar de ello, la programación se lleva a cabo offline en una fracción del tiempo. Por ejemplo, anteriormente tomaba de 2 a 3 horas programar y medir un trabajo de 40 electrodos. Luego de la instalación de la CMM, el mismo lote de electrodos puede inspeccionarse al menos 50 por ciento más rápido mientras el equipo de electroerosión está procesando otras piezas.

Adicionalmente, el actual método de fabricación de herramientas toma el elemento manual de los datos de entrada. Cuando un proceso está montado, hay una cantidad de datos mínima, lo cual libera al operario para trabajar con otras máquinas mientras la celda permanece activa. Por otra parte, con la CMM proporcionando las separaciones y sobrequemados, todo se calcula automáticamente y el error humano ya no es un problema cuando se ingresan los datos.

Ahora, con la calidad mejorada, el departamento de herramental sabe que los electrodos están bien antes de que se sumerjan en el acero, según indica la compañía. Esto ahorra tanto tiempo como dinero al no tener que reprocesar las piezas rechazadas. Además, con la precisión de una CMM, todas las piezas que abandonan la celda son verificadas de manera más precisa y sin que el operario deba estar presente.

Con respecto a los beneficios de la CMM, el líder de Tooling Work Group, Reinhard Kindler, explica: “Estamos empezando a aproximarnos a un 20 por ciento de reducción en desperdicios. El tiempo que hemos ahorrado con la integración de la CMM es todavía mayor, probablemente en un rango entre un 30 y 40 por ciento. Esto se debe al efecto que tenía sobre todas las otras máquinas en la celda. Al implementar nuestra CMM Brown & Sharpe One pudimos proporcionar mayor eficiencia en todas los demás equipos”.

Para ilustrar mejor el impacto, Strattec aumentó considerablemente la producción, con más trabajo en el departamento, como nunca antes lo había hecho. Aunque el equipo todavía trataba de optimizar la producción con este nuevo arreglo, pudo construir todo el herramental requerido a tiempo y, para la mayoría de piezas, dentro o por debajo del presupuesto.

Craig Broetzmann, líder del equipo CNC en Strattec, dice que está seguro de que sin la actual configuración de la celda hubiera sido imposible realizar esta hazaña. “En el pasado, un trabajo urgente nos hubiera forzado a dejar todo y cambiarnos a ese proyecto”, indica. “Ahora somos capaces de preparar en el fondo un trabajo urgente, mientras continuamos cómodamente con las operaciones diarias. Cuando el trabajo de fondo está listo, simplemente evacuamos el trabajo urgente. Los trabajos que tomaban hasta cuatro días en ser terminados, ahora se finalizan, generalmente, en el mismo día”.

Strattec prevé más usos para la celda automatizada en un futuro. Por ejemplo, el departamento de herramental puede tomar más piezas de la zona de estampado para inspeccionarlas sobre la CMM, en lugar de esperar a que éstas vayan a control de calidad. El equipo puede hacer ajustes sobre la herramienta y tomar muestras casi de inmediato, sin esperar una respuesta del otro departamento. La celda automatizada ha abierto nuevas posibilidades para la planta.