¿Qué hace que los equipos de mecanizado automatizados sean productivos, fiables y flexibles?

1. Alta productividad

El objetivo principal de la producción automatizada es aumentar la productividad tanto de la mano de obra como de la maquinaria. La automatización debe basarse en un proceso avanzado y debe reducir continuamente los tiempos no dedicados al corte y los tiempos auxiliares. La automatización de un proceso obsoleto solo aporta beneficios limitados.

La productividad a largo plazo es inferior a la cadencia ideal del ciclo, ya que también se producen pérdidas fuera del ciclo de mecanizado. La sustitución de herramientas, las reparaciones, el ajuste de los mecanismos, la recarga, los cambios de producto y las paradas organizativas consumen tiempo. Estas pérdidas pueden reducirse en seis ámbitos:

1. Pérdidas relacionadas con el mecanizado. Utilizar líneas automatizadas continuas, mecanismos rápidos sin corte, inspección automática, eliminación de virutas y robots o dispositivos para la carga periódica.
2. Pérdidas relacionadas con las herramientas. Utiliza almacenes de herramientas, robots de cambio automático de herramientas, ajuste automático de herramientas, dispositivos de bloqueo automático y sustitución obligatoria de herramientas.
3. Pérdidas relacionadas con los equipos. Utilice mecanismos automáticos de compensación y reducción del desgaste, dispositivos de protección, materiales duraderos, una lubricación fiable, un mantenimiento planificado y sistemas de diagnóstico automático.
4. Pérdidas por cambio de turno y por falta de material. Utilizar sistemas de almacenamiento automatizados entre operaciones, líneas, secciones y talleres, junto con el registro automático y la gestión informatizada.
5. Pérdidas relacionadas con la chatarra. Utiliza la inspección activa durante el proceso, el control adaptativo, la compensación automática del desgaste de las herramientas y los cambios obligatorios de herramientas para regular el proceso y la geometría de la pieza y reducir los desechos.
6. Pérdidas por cambio de producción y puesta a punto. Utiliza máquinas automáticas modernas CNC, líneas flexibles reconfigurables, sistemas variables controlados por ordenador, control por programa, cambio automático de programas y utillaje de ajuste rápido.

2. Precisión constante en el mecanizado

La calidad del producto determina si tanto el producto como el sistema automatizado tienen un valor práctico. Evitar que se produzcan lotes defectuosos y mantener la precisión son requisitos fundamentales.

1. Desgaste dimensional de la herramienta. El desgaste puede afectar a la precisión dimensional y geométrica. La medición automática de la pieza de trabajo, la supervisión indirecta de la fuerza de corte, el par, la temperatura, el ruido o la rugosidad superficial, y la detección directa en línea del desgaste pueden alimentar un sistema de control que compensa la herramienta automáticamente. Cuando no se dispone de detección ni compensación, en los centros de mecanizado y los sistemas de fabricación automatizados (FMS) se recurre ampliamente a la sustitución obligatoria basada en la vida útil de la herramienta, gestionándose los datos de vida útil y el tiempo de corte mediante ordenador.
2. Deformación elástica. Un sistema de baja rigidez puede generar un error considerable, especialmente en el acabado, donde la rigidez también influye en la rugosidad de la superficie. Las máquinas modulares y de uso específico para trabajos de volumen medio o alto pueden diseñarse en torno a una familia de productos, de modo que sus características mecánicas proporcionen la rigidez adecuada. Por ejemplo, mejorar una fresa de cremallera de un solo diente a varios dientes puede no garantizar la precisión si no se tiene en cuenta la rigidez de la máquina.
3. Parámetros de corte. La velocidad, el avance y la profundidad de corte influyen en la rugosidad de la superficie. Deben cumplir los requisitos de productividad sin comprometer la calidad de la superficie.
4. Error en la configuración de la máquina. La producción automatizada se basa en máquinas preconfiguradas y en dimensiones obtenidas de forma automática. Por lo tanto, antes de iniciar la producción es necesario ajustar la configuración dimensional de la máquina y la relación entre esta y la pieza de trabajo. Las herramientas pueden ajustarse a partir de una pieza patrón o mediante cortes de prueba, y deben cumplir con la tolerancia especificada.

3. Alta fiabilidad de los equipos

La calidad, el coste y la productividad real dependen de la fiabilidad. A medida que mejora la fiabilidad, la producción real se acerca al valor teórico de diseño.

Las paradas de los equipos se deben a fallos en la máquina, los accesorios o los componentes; averías en las herramientas; paradas programadas; o causas organizativas, como la falta de piezas en bruto, herramientas o personal, material defectuoso e interrupciones en el suministro eléctrico o de aire comprimido. Los fallos pueden provocar la parada de un mecanismo o impedir que se alcance la precisión especificada.

La tasa de fallos a lo largo del tiempo de funcionamiento sigue tres etapas generales:

1. Los primeros fracasos. La densidad de fallos es elevada al principio y luego desciende rápidamente. Entre las causas se encuentran los defectos del material, un diseño inmaduro, una fabricación deficiente y errores iniciales de funcionamiento. Las inspecciones frecuentes, la retroalimentación al departamento de diseño y fabricación, la corrección de defectos, el aprendizaje de los operarios y el rodaje de los componentes contribuyen a estabilizar el equipo.
2. Fallos aleatorios. En condiciones normales de funcionamiento, la densidad de fallos es estable y estos se producen de forma impredecible, a menudo debido a una sobrecarga o a una concentración de tensiones imprevista. La limpieza, la lubricación, el ajuste y la inspección contribuyen a prolongar la vida útil.
3. Fallos por desgaste. El desgaste mecánico, la fatiga, la corrosión química y los cambios en los materiales debidos al paso del tiempo provocan un aumento considerable de la tasa de fallos. Un mantenimiento mejorado reduce dicha tasa y frena el deterioro.

La fiabilidad depende de la fiabilidad de los componentes, del número de componentes y de la arquitectura de las conexiones. En una línea rígida conectada en serie, el fallo de un solo componente detiene toda la línea; dividir la línea en secciones con búfer puede mejorar la fiabilidad y la productividad.

Un buen diseño, unos procedimientos de fabricación y funcionamiento adecuados, la facilidad de mantenimiento y la detección rápida de averías contribuyen a reducir el tiempo de inactividad. Las piezas de desgaste que fallan con frecuencia deben contar con conexiones de cambio rápido, de modo que se puedan sustituir conjuntos completos de repuesto. Los componentes redundantes en paralelo, las ramificaciones de reserva y el control manual de respaldo pueden mejorar aún más la disponibilidad.

4. Flexibilidad en la fabricación

Los ciclos de vida más cortos de los productos y la mayor variedad han hecho que la producción mixta de lotes pequeños y medianos sea habitual. Los equipos flexibles pueden cambiar dentro de una familia de piezas definida mediante la modificación del software y un número limitado de utillajes, a menudo sin necesidad de ajustar manualmente la máquina. Esto reduce considerablemente el tiempo de cambio de modelo y de preparación de la producción, y permite la producción de modelos mixtos.

Los sistemas automatizados para lotes pequeños y medianos pueden requerir:

1. Cambio automático de programa. Los ordenadores o los controladores programables deben cambiar rápidamente los programas de los equipos sin detener el sistema.
2. Fabricación automática de varios productos o de una familia de piezas. Los sistemas universales y altamente automatizados de transferencia, sujeción de palés y mecanizado deben procesar las piezas agrupadas de forma automática.
3. Ruta variable y ritmo de producción. Un sistema altamente flexible debería canalizar los distintos productos a través de diferentes secuencias de proceso y rutas de transporte a distintos ritmos de producción.
4. Mecanizado automático y cambio de herramientas eficientes. Las máquinas CNC, equipadas con cargadores y sistemas de cambio automático de herramientas, reducen el tiempo de corte y de cambio de herramientas y mantienen la productividad.
5. Supervisión automática y diagnóstico de averías. La inspección, la supervisión y el diagnóstico durante el proceso reducen el tiempo de inactividad y el tiempo de inspección, al tiempo que garantizan la fiabilidad y la calidad.

No todas las máquinas necesitan disponer de todas las funciones. La flexibilidad debe ajustarse a las necesidades de producción y a las condiciones reales de funcionamiento.

Incluso los sistemas rígidos de gran volumen pueden incorporar elementos flexibles. Las células CNC o las máquinas con cabezales de husillo intercambiables pueden mejorar la adaptabilidad del producto. Los amortiguadores en los sistemas de transferencia rígidos pueden desacoplar las secciones, de modo que el fallo de una unidad no detenga toda la línea.