Tres ejemplos de cómo automatizar su máquina CNC con un robot colaborativo

Talleres metalmecánicos en el mundo, de todos los tamaños y giros, se han planteado en algún momento cómo y dónde automatizar sus operaciones con el uso de sistemas robóticos. Los más vanguardistas dejaron a un lado las ideas preconcebidas sobre altos costos de despliegue, grandes tamaños y los riesgos de seguridad y hoy comparten sus historias sobre cómo uno o varios robots colaborativos les han significado ventajas considerables en términos de productividad, tiempos de alistamiento y reaprovechamiento de capacidades humanas.

Sin duda, el reto común para todos estos talleres ha sido el aumentar la productividad sin comprometer la calidad. Algunos de ellos, con historia y tradición heredadas, llevaban años perfeccionado y documentando sus procesos hasta el punto de lograr producir piezas de gran calidad que cumplían con sus expectativas y, por tanto, se pensaría que no habría margen de mejora. Sin embargo, las nuevas exigencias del mercado y las experiencias exitosas de colegas u otras empresas del mercado llevaron a estas compañías a tomar la decisión de llevar sus procesos a la Industria 4.0 y han encontrado en la robótica colaborativa un elemento clave para elevar sus operaciones al siguiente nivel.

Además de ser ideales para incrementar las tasas de producción y calidad del proceso de mecanizado, mientras se reduce el riesgo de accidentes para empleados que laboran cerca de maquinaria pesada, los cobots facilitan la automatización de máquinas de CNC por sí solos y habilitan la inclusión de otros elementos periféricos complementarios y kits personalizados de acuerdo con la aplicación a desarrollar.

Uriel Fraire, Channel Development Manager de Universal Robots, explica que gracias a los acuerdos establecidos con proveedores de soluciones de fin de brazo y de otros equipos periféricos, la compañía puede ofrecer a través de su plataforma UR+ un completo catálogo de grippers colaborativos con control de fuerzas, cuyos sensores de cierre y apertura se conectan directamente al robot, así como ventosas, grippers de vacío, equipos de atornillado y estaciones completas para trasladar el robot de una máquina a otra, entre otros.

Adicional a lo anterior, los brazos robóticos están equipados con un sistema de cámaras que pueden realizar tareas de control de calidad, como medición 3D y pruebas. Además, la misma sensibilidad de sus sensores puede identificar con facilidad imperfectos o virutas adheridas a la pieza terminada.

Estos son algunos ejemplos de talleres metalmecánicos que encontraron en los robots colaborativos la solución a sus desafíos diarios de producción y cómo algunos, a través de la constante prueba y evaluación de sus resultados, lograron reconfigurar sus flujos de trabajo de tal manera que sus operarios despliegan sus habilidades en donde son más necesarias y sus ingresos se multiplican, amortizando la inversión inicial de la automatización.

1. Robots colaborativos para operaciones de carga y descarga

La empresa Nymann Teknik tenía el reto de abastecer un torno CNC durante 10 a 12 horas diarias ante la llegada de un pedido de 100,000 unidades. La compañía decidió, entonces, que era el momento de modernizarse y adquirir un robot colaborativo que se encargara de suministrar la materia prima al torno CNC.

“Simplemente, sacamos el robot fuera de la caja y lo enchufamos. En una hora y media ya habíamos creado el primer programa. Siete horas después, ya lo habíamos integrado en la línea de producción. Mis empleados aprendieron por sí mismos a programarlo”, explica Morten Nymann, cofundador de la compañía, y quien añade que el costo del robot se amortizó en apenas tres meses.

Por su parte, la empresa familiar Konetehdas K&K, de Finlandia, adquirió un robot de UR para abastecer a una máquina esmeriladora. El presidente y director ejecutivo de esta compañía, Kari Karaslahti, esperaba que fuera grande, voluminoso y difícil de programar, pero se sorprendió gratamente con los dos robots colaborativos que actualmente desempeñan varias de las labores de su línea de producción.

En el caso de Stantræk, una empresa danesa que produce series cortas, la automatización en sus procesos mediante la inversión en dos UR5 le significó pasar de ingresos por 3 millones y medio de euros en 2008, a 6 millones de euros en 2013, a la vez que amplió la plantilla de 21 a 28 empleados.

Uno de los robots se utiliza para producir piezas mecánicas que primero coloca en una máquina de estampado y luego en una caja. Mientras que un empleado experimentado puede colocar 400 artículos por hora en una caja, el brazo robótico coloca 300 artículos a la vez.

“De hecho, encontré una manera de ahorrar tres segundos en la producción de cada artículo porque, gracias a la fase de aprendizaje, pude trazar la trayectoria del brazo para que memorizara el movimiento deseado. Esto me permitió ajustar los movimientos del robot para que el UR5 pudiera moverse con más facilidad. Antes, el robot procesaba aproximadamente cuatro artículos por minuto, y ahora procesa seis en el mismo tiempo”, explicó Poul Lave, empleado de la compañía.

2. Cobots que se encargan del cambio de herramientas

La empresa LEAX Group, de Suiza, utiliza tres brazos robóticos UR10 para cambiar las brocas dentro de una máquina de mecanizado de engranajes, así como para la carga y descarga de piezas de estas máquinas por medio de un gripper de tres dedos.

Según Rickard Isaksson, gerente de calidad de la compañía, el robot optimizó tanto la producción como el uso del espacio, además de dotar de una mayor rapidez al proceso de fabricación. “Si lo comparamos con una máquina normal, entonces el tiempo de amortización es de 18 meses, en el supuesto de que el operador realice dos turnos, pero es un plazo muy corto para calcularlo. Supongamos que en tres años dejáramos de fabricar un determinado producto y sería entonces cuando pudiéramos volver a utilizar el UR10 con nuevas aplicaciones. Si hubiéramos diseñado algo específicamente para un determinado producto, no estaríamos en la misma situación”.

Por su parte, el fabricante de máquinas especializadas Endutec solucionó sus problemas relacionados con el cambio constante de herramientas en sus máquinas CNC y la reprogramación para fabricar partes individuales y lotes pequeños, al elegir un robot UR10e para automatizar estas tareas. En una estación personalizada de carga que ahorra espacio y permite el desplazamiento entre distintas celdas de producción, el cobot toma las herramientas de trabajo desde un estante y las regresa después del mecanizado. Incluso partes voluminosas son ubicadas para que el cobot las recoja y coloque con facilidad.

3. Aplicaciones en mecanizados con robots colaborativos

BJ-Gear, de Dinamarca, concluyó que la única manera de reforzar su competitividad y mantener la producción era optimizar y automatizar su empresa en todos los aspectos posibles. Sin embargo, la empresa era reacia a adquirir robots porque las soluciones existentes eran tan costosas que el tiempo de amortización hubiera sido demasiado prolongado. Unos meses después de haber implementado los robots UR5 y el UR10, Bjørn Sommer, jefe de la planta, cambió su opinión y, según sus cálculos, el costo del robot se amortizó en menos de un año.

Dos robots UR5 modernizaron y automatizaron la maquinaria antigua que aún está en funcionamiento en la línea de producción de BJ-Gear. Uno de ellos automatizó el proceso de desbarbado y estampado de las ruedas de engranaje, y el terminado de las mismas para su futuro montaje. El otro robot es multitarea y supervisa tres máquinas a la vez (un torno, una cortadora y una lavadora), de forma que BJ-Gear puede producir cien piezas a la vez sin intervención humana.

En el caso de PLC Industries, la escasez de mano de obra calificada fue la que impulsó la automatización. La instalación de dos robots UR10 en su planta significó un aumento en la producción del 40 %, ya que un único empleado pudo ocuparse de las tareas de supervisión de cuatro máquinas CNC con el apoyo de su nuevo compañero robótico.

“Ver a mis compañeros trabajar cómodamente con los robots es muy alentador. Ser capaces de trabajar sin miedo a que pueda ocurrir un accidente es una ventaja para todos nosotros. Su integración redujo el cansancio y aumentó la concentración de los empleados. Esto disminuye significativamente la posibilidad de que ocurra un accidente”, afirmó Yeo Hock Lee, director de Ingeniería de PLC Industries.

Finalmente, el control de calidad de piezas mecanizadas es otro de los beneficios adicionales atribuibles al despliegue de un robot colaborativo en un taller de mecanizado. Aunque Task Force Tips, de Estados Unidos, utiliza sus dos robots UR5 para tareas de carga y descarga, las cualidades complementarias del robot le han permitido ampliar su espectro de aplicación.

Cuando llegan piezas brutas a través de una cinta transportadora, un UR5 utiliza la guía de visión para identificar y recoger dichas piezas y, a continuación, las inserta en la primera fresadora. Luego, el robot extrae la pieza parcialmente mecanizada del torno y se la entrega al otro UR5. El segundo robot inserta esa pieza en la segunda máquina, saca la pieza mecanizada completamente y la pone en la cinta transportadora de salida, donde un operario las coloca en bastidores de anodizado.

Cuando el UR5 coloca la pieza en bruto en el torno, la detección de la fuerza del robot identifica, además, si la pieza está deformada, si tiene algunas rebabas del corte o si hay virutas de mecanizado en las mordazas. “Cuando el robot trata de alcanzar el punto de referencia establecido para la colocación y hay una obstrucción que hace que la fuerza sobre el extremo del brazo sea superior a 50 Newton, sabe que algo está mal”, dice Adam Hessling, especialista de automatización de la compañía, quien programó el robot para que luego aplique un chorro de aire para tratar de limpiar los desperdicios presentes.