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Según un estudio, el mecanizado en células de producción con máquina-herramienta CNC de uso general presenta ventajas sobre las máquinas especializadas de gama alta

La Universidad de Darmstad compara la máquina-herramienta CNC de uso general con las máquinas especializadas

Matt Bailey13/01/2015

Haas Automation lleva tiempo sosteniendo que los clientes que invierten en varias máquinas herramienta CNC asequibles en vez de en una o dos máquinas especializadas de gama alta se benefician de una mayor flexibilidad, una inversión menor, menos costes de explotación y, en última instancia, un coste por pieza más bajo. Ahora se ha publicado un estudio independiente sobre mecanización ajustada de la Technische Universität (TU) Darmstadt de Alemania que corrobora la tesis de la empresa.

Un estudio de la alemana Technische Universität (TU) Darmstadt demuestra que el uso de varias máquinas herramienta CNC de precio asequible, dispuestas en células de producción, puede proporcionar ventajas significativas comparado con el empleo de máquinas especializadas más caras configuradas para operaciones “todo en uno”. La configuración por células analizada en la universidad alemana estaba compuesto de dos centros de mecanizado CNC Haas Super Mini Mill 2 y un torno CNC Haas SL-10.

El estudio de la TU Darmstadt, titulado ‘Cellular Manufacturing to enable Lean Machining’ (‘Fabricación en células para conseguir un mecanizado ajustado’), ha sido elaborado por Stefan Seifermann, Jörg Böllhoff, Eberhard Abele y Joachim Metternich en el Instituto de Gestión de la Producción, Tecnología y Máquinas herramienta (PTW). El doctor Sven Bechtloff, quien ahora ha dejado la universidad, también fue un miembro importante del equipo de investigación.

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La configuración de la célula estudiada en la Universidad cuenta con dos centros de mecanizado Haas Super Mini Mill 2 CNC y un torno Haas SL-10 CNC.

La idea del estudio surgió tras observar que los principios de la fabricación ajustada no se aplicaban en los procesos generales de mecanizado de fabricantes de todas las dimensiones. Si bien el concepto de flujo como elemento central de la fabricación ajustada está extendido en entornos de montaje e ingeniería de procesos (sobre todo en el sector del automóvil), este no se ha implantado del mismo modo en los procesos de mecanizado y, de hecho, es bastante infrecuente en Europa.

En esencia, la fabricación en células se refiere al agrupamiento de equipos diferentes (en este caso, máquinas herramienta CNC) para fabricar una gama o grupo de piezas similares. En este método de producción, las máquinas suelen colocarse en forma de “U” para facilitar el flujo de producción y equilibrar el trabajo en curso y el tiempo takt (tiempo medio necesario para producir una unidad y atender la demanda del cliente).

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La investigación muestra el mecanizado en una célula utilizando máquinas herramientas CNC de composición sencilla ofreciendo ventajas significativas sobre las de alta gama, máquinas especiales, por un lado sin pérdida de precisión y por otro, de la calidad.

A fin de demostrar las ventajas potenciales, se montaron dos líneas de producción en la Planta de Aprendizaje de Procesos (CiP) del PTW para comparar los dos métodos de fabricación: una línea ‘todo en uno’ con dos máquinas herramienta de gama alta: un centro de mecanizado horizontal CNC de cuatro ejes con utillaje de cubo y un centro de torneado CNC automático y multieje. La otra línea, una célula de mecanizado, integra dos centros de mecanizado Haas Super Mini Mill 2 de tres ejes, un torno CNC Haas SL-10 de dos ejes, así como dos centros de mecanizado CNC de uso general y un torno CNC suministrados por otro fabricante de máquinas herramienta. El estudio recoge que la inversión en las dos máquinas de la línea ‘todo en uno’ asciende a 780.000 €, mientras que el coste de adquisición de las seis máquinas herramienta CNC de la célula de producción es de solo 340.000 €.

La comparación económica entre las dos líneas de mecanizado (en base a una producción de 2.000 piezas por semana, con un trabajador por línea) arrojó unos resultados sorprendentes. La línea “todo en uno” necesitó 15 turnos para completar las 2.000 piezas. El tiempo de preparación fue de 35 minutos, mientras que el coste unitario de cada pieza (sin contar el material) fue de 3,95 €. En cambio, la configuración de mecanizado en células necesitó solo 12,6 turnos para finalizar los 2.000 componentes con la misma especificación, el tiempo de preparación se redujo a 10 minutos y el coste unitario fue de únicamente 2,55 €.

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La Universidad técnica de Darmstadt en Alemania llevó a cabo el estudio independiente sobre mecanizado con máquinas ajustadas (sin elementos superfluos).

Otra de las posibilidades es que dos operarios trabajen en la célula de mecanizado, con lo que el precio sube ligeramente hasta los 3,10 € por el mayor coste de mano de obra (pero aun así resulta mucho más barato que los 3,95 € del coste unitario de la línea “todo en uno”). Sin embargo, los turnos se reducen a 9,8 y el tiempo de preparación baja de 10 a solo 7 minutos.

Si comparamos la capacidad de producción con quince turnos de trabajo, la línea “todo en uno” es capaz de fabricar 2.000 piezas, la célula con un trabajador produce 2.377 componentes (un aumento del 19%) y la célula con dos trabajadores alcanza las 3.064 piezas (un incremento del 29%).

En todos los casos, se mantuvieron los estándares de precisión y calidad, y las máquinas de uso general, más económicas, ofrecieron una calidad excelente, muy similar a la de las máquinas especializadas.

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Los componentes de la investigación de la Universidad Técnica incluídos los responsables de la célula de mecanizado: Stefan Seifermann (el primero de la izquierda) y Jörg Böllhoff (el tercero de la derecha); Eberhard Abele y Joachim Metternich (no aparecen en la foto); Técnico, Christoph Schwarz (situados en la segunda fila a izquierda).

Los costes futuros también podrían tenerse en cuenta al comparar los dos métodos de producción. En caso de que hiciera falta ampliar la línea de producción, añadir otra máquina a la célula de mecanizado sería considerablemente más barato que incorporar un máquina a la línea ‘todo en uno’ debido a la gran disparidad de precios.

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