Mecanizado horizontal reduce tiempo de ciclo de los talleres en un 50 %

Alicat Scientific fabrica instrumentos de precisión de flujo másico, como controladores de flujo, medidores de flujo másico y controladores de presión diferencial. Durante gran parte de su vida, la empresa trabajó con base en centros de mecanizado verticales de tres ejes, pero en julio de 2016, el gerente del taller de máquinas, Greg Camron, comenzó a buscar formas de aumentar la productividad de la compañía.

Varios proveedores de máquinas-herramienta le sugirieron métodos que él ya había probado. “Lo único que conocía en ese momento era el mecanizado vertical, así que eso me mostraron —dice Camron—. Nadie me animaba a probar cosas nuevas”.

Esto cambió cuando Camron conoció a Tony Harrod, gerente general del centro técnico de Methods Machine Tools en Phoenix, Arizona. “Tony me habló sobre diferentes métodos para mecanizar nuestros productos —dice Camron—. Encontré muchos métodos diferentes para hacer las cosas, pero solo Tony me mostró los beneficios del mecanizado horizontal”.

Superando el obstáculo

Camron no se convenció de la noche a la mañana. Después de todo, cambiar los procesos de configuración y mecanizado era una tarea abrumadora. “Los precios y los tamaños eran los factores que me limitaban”, dice. Abordar preocupaciones como esta requirió algo de investigación.

El primer paso fue determinar si el mecanizado horizontal era la elección correcta para Alicat. “Tienes que mirar hacia adentro y examinar lo que haces, cómo y por qué lo haces de esa manera  —dice Bernie Otto, director de soporte técnico de productos de Methods Machine Tools—. Para algunos talleres, el mecanizado horizontal no es lo más adecuado”.

Un taller de trabajo que ejecuta pequeños lotes de piezas o no mantiene las máquinas ocupadas por completo puede no cosechar todos los beneficios que se obtienen al cambiar del mecanizado vertical al horizontal. Las máquinas horizontales también pueden resultar inadecuadas para trabajos que requieren tolerancias excepcionalmente estrictas.

“Si necesita más consistencia durante cortes pesados, una máquina vertical ofrece más uniformidad —dice Bob Meier, gerente de producto técnico de Methods—. En una máquina horizontal, entre más se alejen el centro del eje B y la cara del pallet, es más probable que se debiliten las condiciones de corte rígido”.

Sin embargo, el hecho de que los métodos actuales de un taller no sugieran que la opción horizontal podría ser de gran beneficio no significa darse por vencido. “De vez en cuando se necesita un par de ojos nuevos —dice David Moore, ingeniero de aplicaciones en Methods—. La mayoría de las personas que no se dedican al mecanizado horizontal simplemente no han recibido todavía información sobre cómo hacerlo”.

En muchos casos, Alicat es uno de ellos; cambiar de vertical a horizontal podría tener el potencial de aumentar el tiempo de operación del husillo al reducir los tiempos de configuración.

Ampliando sus horizontes (herramientas y pallets)

Gran parte de la eficiencia de los centros de mecanizado horizontal se reduce al manejo de herramientas y piezas de trabajo.

Muchas máquinas CNC horizontales están equipadas con cambiadores automáticos de herramientas (ATC) de gran tamaño en comparación con sus contrapartes verticales.

Estos cambiadores de herramientas se pueden expandir en sitio e impulsar importantes aumentos de productividad. “Cuantas más herramientas tenga en una máquina, más trabajos podrá tener alineados —dice Otto—. Y eso significa menos intervención manual y menor tiempo de cambio”. Las herramientas redundantes pueden, incluso, permitir que una máquina horizontal funcione de forma desatendida durante periodos prolongados.

¿Cuántas herramientas pueden contener las máquinas horizontales? Por ejemplo, Kiwa Machinery suministra máquinas con cambiadores automáticos de herramientas con capacidad para 120 herramientas, que Methods puede actualizar luego a 240 herramientas.

Las máquinas CNC, de OKK Corporation, comienzan con 60 herramientas y, al igual que las máquinas Kiwa, son compatibles con expansiones de portaherramientas de Methods que duplican esta capacidad de herramientas.

 “Los ATC expandibles son opciones versátiles que le permiten escalar su capacidad de mecanizado a medida que el taller crece —explica Otto—. No tiene que pagar por nada que no necesite por adelantado, y cuando llega el trabajo adicional, puede duplicar la capacidad de su herramental casi de la noche a la mañana”.

Incluso sin ATC expandibles, dice Otto, la mayoría de las máquinas horizontales están equipadas con más herramientas desde el principio. Las máquinas verticales, por lo general, comienzan con 30 a 40 herramientas, mientras que las horizontales vienen con 60 a 90 herramientas estándar.

“En la mayoría de los casos, pasar de una máquina vertical a una horizontal automáticamente le da una ventaja en cantidad de herramientas”, agrega Otto.

Los cambiadores automáticos de pallets (APC) son otro aspecto de las máquinas CNC horizontales que permite realizar actualizaciones de campo. La mayoría de los centros de mecanizado horizontal vienen equipados con un cambiador de pallets de dos pallets (PC2).

La reducción en la manipulación de piezas es, por sí sola, una gran diferencia. Methods dice que un centro de mecanizado vertical individual puede alcanzar aproximadamente un 40 % de eficiencia, mientras que una máquina CNC horizontal equipada con un PC2 estándar tiene una eficiencia aproximada de 85 %. Si bien las máquinas verticales también pueden equiparse con APC, los centros de mecanizado horizontales siguen siendo más adaptables.

“Si coloca un cambiador de pallets en una máquina vertical, el espacio neto ocupado en el taller podría ser mayor que una horizontal —dice Meier—. Además, una vez que integra un APC en su máquina vertical, el precio se vuelve comparable con el de una máquina horizontal con cambiador de pallets”.

Además, dice Otto, las máquinas CNC horizontales son más adecuadas para sistemas de pallets lineales que los centros de mecanizado verticales.

Dejar que la viruta caiga donde pueda

Uno de los beneficios más evidentes de cambiar al mecanizado horizontal es el flujo de viruta.

Las máquinas verticales a menudo requieren sistemas de manejo de viruta complejos y sofisticados para mantener limpia la pieza de trabajo y otros componentes críticos. A veces, esto puede requerir detener la máquina y limpiarla antes de reiniciar el programa. En el mecanizado horizontal, el flujo de viruta es más rápido y económico: la viruta cae naturalmente en el transportador de virutas.

“No se puede vencer a la gravedad —dice Moore—. Siempre está ahí”.

Beneficios del eje B

Otro beneficio del uso de máquinas CNC horizontales es el eje B, que permite ejecutar mecanizado simultáneo de varias piezas con un dispositivo de sujeción tipo lápida. Mientras se ejecuta un ciclo y se mecaniza una serie de piezas, el operario puede preparar la siguiente lápida para maximizar la producción.

“Puede ejecutar varias piezas en una sola operación de montaje, en lugar de tener que procesar cada pieza individualmente —dice Moore—. Toda pieza que requiera varias operaciones de montaje y que necesite mecanizarse en tres caras debería ser candidata para un proceso horizontal”.

Los operarios pueden obtener resultados similares al instalar una mesa giratoria en una máquina CNC vertical, pero esto requiere un cuarto eje giratorio en cada pallet.

De vuelta a Alicat

Antes de hablar con Methods, Alicat utilizaba cinco máquinas CNC verticales, una de las cuales tenía un PC2 y un cuarto eje. Camron descubrió que el Kiwa KMH 300 se ajustaba al espacio de su taller de máquinas y abordó los desafíos del mecanizado. “Hasta que encontré el KMH 300, todo era enorme —dice—. Pero en términos de espacio en el taller, cambiar de dos máquinas verticales a una horizontal era algo que parecía obvio”.

En busca de la mejor manera de implementar herramientas y dispositivos de sujeción de piezas tipo lápida, Camron terminó trabajando 80 horas a la semana durante algunas semanas. Otros aspectos, sin embargo, fueron más sencillos. Dado que Camron había implementado muchas rutinas “si/entonces” en su programación CNC, los programas pasaron sin problemas al mecanizado horizontal.

Aprender acerca de las entradas y salidas del mecanizado horizontal valió la pena. Cuando otros gerentes y directores se dieron cuenta de la productividad que les ofrecía un Kiwa KMH 300, le preguntaron a Camron cuándo podrían poner otro en funcionamiento.

Menos de dos meses después, el taller tenía otro Kiwa KMH 300. Cuando Alicat recibió la segunda máquina, Camron ya tenía sus accesorios y lápidas marcados. El segundo Kiwa producía piezas de calidad en masa tres días después.

Pronto, Alicat compró dos máquinas Kiwa KMH 300 más, esta vez con cambiadores de pallets PC6. La velocidad y versatilidad de los centros de mecanizado horizontal, combinados con las soluciones de automatización estándar permitieron a Camron reducir aproximadamente el 50 % de sus tiempos de ciclo en comparación con las máquinas verticales. Además, la automatización de los Kiwa permitió el mecanizado desatendido durante horas.

Finalmente, Camron cambió todas las máquinas de las instalaciones de Alicat en Tucson, Arizona, por máquinas horizontales.

“Después del primero me di cuenta de las restricciones de una máquina vertical —dice Camron—. Mi imaginación se abrió a todo lo posible en horizontal”.