Gana la tendencia hacia productos ‘high-end’ para máxima competitividad

Los fabricantes de máquinas-herramienta prestan atención sobre todo a los pasos en la cadena de procesos antes y después del arranque de viruta. Presentan soluciones concretas para reducir tanto los tiempos secundarios como los tiempos de parada. Además, se siguen presentando desarrollos perfeccionados que, al margen del aumento de la productividad, repercuten de manera positiva principalmente sobre la resistencia al desgaste de los componentes en una máquina-herramienta. Los fabricantes de herramientas de precisión ofrecen sistemas de recubrimiento optimizados capaces de mecanizar mejor los materiales de alta y muy alta resistencia con una elevada resistencia térmica. El sector de equipos periféricos, por su parte, aporta los correspondientes lubricantes refrigerantes, medios de sujeción de alta precisión y sistemas de accionamiento adecuados.

Los procesos de carga y descarga de una máquina-herramienta controlada por un CNC, que habitualmente requieren mucho tiempo y que sólo participan limitadamente en la creación de valor, especialmente en el caso de piezas pesadas, pueden acortarse a menudo recurriendo a la automatización.

Por ejemplo, los tornos de bancada inclinada equipados con una puerta de acceso al área de trabajo con un control adicional. De este modo, se le facilita al robot el acceso a la unidad de husillo junto con el dispositivo de sujeción que se va aproximando a él. Por un lado, este aprovechamiento eficaz del robot, que puede equipar cíclicamente, por ejemplo, tres máquinas-herramienta, permite reducir al mínimo los tiempos de parada y, por el otro lado, se alivia la tarea del operario de la máquina a la hora de manipular piezas pesadas.

Otra solución interesante es un centro de fresado y torneado vertical de dimensiones muy compactas que recoge las piezas a mecanizar automáticamente de un almacén con hasta 20 piezas por medio de un husillo de pick-up. Unas pinzas de uso universal se encargan del centraje necesario de la pieza para la sujeción. El eje Y opcional con un recorrido de desplazamiento de +/- 90 milímetros permite realizar los procesos de taladrado y fresado para el mecanizado completo de las piezas. Las piezas pueden tener una longitud de entre 5 y 210 milímetros y un diámetro comprendido entre 10 y 160 milímetros.

Para el mecanizado de acabado de grandes cantidades de piezas con pequeñas dimensiones, los autómatas multihusillo CNC ofrecen la mejor solución. Algunas innovaciones se centran en la construcción modular y sus diferentes posibilidades de mecanizado. Hasta 6 husillos principales y contrahusillos permiten realizar procesos de mecanizado con un máximo de 24 herramientas. En estos casos, el arranque de viruta de la cara trasera de la pieza por medio de los contrahusillos se realiza al mismo tiempo que el mecanizado de la cara delantera, de modo que el tiempo de mecanizado no aumenta.

Los grandes árboles que se requieren, por ejemplo, para el sector energético o como componentes de motores grandes, pueden ser mecanizados por completo por medio de unos centros de fresado y torneado con las dimensiones correspondientes. Como los tiempos de producción y los costes para la pieza son muy elevados, se aplica el lema ‘the first part is a good part’ (‘la primera pieza debe ser buena’). Un fabricante ya ofrece un control anticolisión en tiempo real para evitar colisiones accidentales entre la herramienta y la pieza y, de este modo, evitar también los daños de la máquina y de la herramienta durante el mecanizado. Un modelo de máquina en 3D que incluye los correspondientes modelos en 3D de las herramientas y de los medios de sujeción permite comprobar a través de los valores teóricos de posición y velocidad si hay una colisión inminente de los componentes en movimiento. Gracias al control en unos determinados intervalos de ciclo cortos es posible detener la máquina a tiempo antes de que se produzca una colisión. Los valores teóricos de posición y velocidad se aplican en el núcleo de tiempo real del control de la máquina, de modo que se pueda observar la posición actual de la herramienta y el estado de mecanizado de la pieza en la pantalla de la unidad de control.

Los centros de mecanizado de desplazamiento simultáneo en los cinco ejes que se utilizan para fabricar complejas superficies de conformación libre, por ejemplo, en matrices para la técnica de conformación, se han caracterizado hasta el momento por sus múltiples posibilidades de empleo, además de por sus elevados costes de inversión. Existen en el mercado centros de mecanizado simultáneo de 5 ejes sumamente dinámico con una posición de husillo horizontal cuyo precio es inferior a los 250.000 euros. La mesa de herramientas tiene capacidad para alojar componentes cúbicos con un peso máximo hasta 350 kilos y puede ser desplazada de modo que se permita un mecanizado por encima de la cabeza con una caída óptima de la viruta. La versión más grande del cambiador de herramientas permite alojar 221 herramientas. El husillo pone a disposición una potencia de 39 kW y un par de giro de 47 Nm a una velocidad máxima de 18.000 revoluciones.

Los fabricantes de herramientas han ampliado el volumen de sus gamas actuales para poder dotar al usuario de las herramientas adecuadas para las diferentes tareas de mecanizado con un sólo proveedor. Las herramientas de taladrado, por ejemplo, están disponibles con muchas relaciones diferentes entre longitud y diámetro. Las herramientas de fresado para la aplicación HPC se han adecuado a las exigencias aumentadas derivadas, por ejemplo, de un mayor diámetro de núcleo, un mayor número de filos y unos cantos cortantes especialmente preparados.

En este sentido, caben destacar los actuales desarrollos nuevos y perfeccionados en el campo del mecanizado de desbaste. El empleo de plaquitas de corte reversibles trigonométricas permite acelerar los procesos de desbaste en tornos de construcción rígida. En muchas ocasiones es posible alcanzar avances hasta 2,5 milímetros con una profundidad de corte hasta 2,5 milímetros. El reducido ángulo de ajuste que es el resultado de las condiciones de engrane y de la forma de la herramienta, da lugar a unas fuerzas de avance relativamente bajas y unas elevadas fuerzas pasivas que actúan en sentido del soporte de la plaquita de corte reversible.

El empleo de plaquitas de corte reversibles trigonométricas simples o dobles para la realización de elevados avances puede aplicarse también al fresado. La oferta de un fabricante incluye fresas de plaquitas de corte reversibles de una gama de diámetros comprendida entre 50 y 125 milímetros, equipadas con dobles plaquitas de corte reversibles de trigón. Las herramientas equipadas con seis esquinas de filo permiten avances de diente de hasta 3,5 milímetros y garantizan de este modo una alta rentabilidad. En comparación con el empleo de plaquitas de corte reversibles redondas, se obtienen unas fuerzas inferiores en la aproximación axial que, por la forma redonda de las plaquitas de corte reversibles, podrían dar lugar a una desviación de la herramienta y una mayor sensibilidad del proceso frente a las oscilaciones. En caso de utilizar plaquitas de corte reversibles de trigón dobles se introducen las fuerzas de mecanizado durante la inmersión en la pieza a mecanizar axialmente en sentido hacia el husillo. Un mecanizado con empleo de elevados avances permite a menudo la utilización y el aprovechamiento de toda la capacidad prestacional y dinámica de la máquina-herramienta.

Aunque los sistemas de recubrimiento han experimentado en el pasado unas considerables ampliaciones y mejoras, en este campo siguen existiendo potenciales no aprovechados hasta el momento para aumentar la potencia. Está disponible en el mercado un recubrimiento de Al₂O₃ sobre cuyo crecimiento de cristales se influyó directamente durante el proceso de recubrimiento a nivel atómico. En vez de la formación espontánea y descontrolada de cristales durante el proceso de recubrimiento, existe la posibilidad de alinear la estructura cristalina y de dejar que el crecimiento de los cristales se realice de forma controlada. En la superficie del recubrimiento se va formando la red cristalina con unos hexágonos planos y periódicos que reducen la rugosidad y la formación de filos de recrecido durante el mecanizado. Además se reducen los puntos de ataque para microfisuras que provocan desprendimientos y, en último término, el deterioro de la capa. En caso del mecanizado de aceros inoxidables, la selección de un tipo de recubrimiento adecuado permite alcanzar unas mejoras de la vida útil correspondientes al factor cuatro manteniendo los mismos datos de corte.

También otros fabricantes han descubierto la influencia de la topografía superficial de las superficies de herramienta sobre el proceso de mecanizado y ofrecen unos recubrimientos de baja fricción en combinación con unos cantos cortantes preparados correspondientemente para el proceso en cuestión. Para materiales con un arranque de viruta difícil como, por ejemplo, aleaciones a base de níquel y aleaciones de titanio, resultan adecuados unos recubrimientos PVD-AlTiN correspondientemente preparados. Éstos muestran un alto porcentaje de aluminio que controla la dureza del recubrimiento. La estructura nanocristalina consigue una tenacidad relativamente alta y a la vez se obtiene una superficie lisa. En función de la aplicación, hay recubrimientos disponibles con espesores comprendidos entre 1 y 5 micrómetros.

Los fabricantes de herramientas se enfrentan cada vez más al mecanizado de materiales con un arranque de viruta difícil. Por un lado, se trata cada vez más de mecanizar materiales ligeros como aleaciones de titanio o aluminitas de titanio, cuyo arranque de viruta requiere unas temperaturas de proceso que dan lugar a un desgaste muy elevado. Por el otro lado, en un primer plano están los materiales con una gran dureza como, por ejemplo, los tipos de acero de alta y muy alta resistencia o las aleaciones a base de níquel con refuerzos cerámicos. Estos materiales pretenden facilitar un dimensionamiento delgado de componentes, permitir la correspondiente reducción de peso o mostrar una mayor resistencia al desgaste.

Un fabricante ofrece tornos diseñados especialmente para el mecanizado duro hasta 65 HRC, cuyos armazones muestra una rigidez relativamente alta, gracias a un refuerzo conjunto de polímeros. Al mismo tiempo, gracias al refuerzo se obtiene una mejor amortiguación de las oscilaciones que permite alcanzar unas mejores calidades de superficie durante el mecanizado y aumentar la vida útil de las herramientas en hasta un 30%. Para aumentar la precisión durante el torneado, se equipa el husillo con unas pinzas de sujeción que permite sujetar las piezas muy cerca del alojamiento del husillo. El husillo se caracteriza por su diseño termosimétrico. Una ranura entre la carcasa del husillo y la construcción portante permite el suministro de aire para facilitar la refrigeración del husillo. Además, de este modo la dilatación térmica de la unidad de husillo no conlleva ningún desplazamiento del eje de giro del husillo respecto al sistema de coordenadas de la máquina herramienta.

Se puede recurrir al procedimiento de electroerosión para realizar orificios profundos de diferentes diámetros en materiales duros. Un ofertante ha desarrollado un taladro de electroerosión de alta velocidad cuyos electrodos con su diámetro de 0,1 a 3,0 milímetros realizan unos orificios con una profundidad de hasta 800 milímetros en el material. Los valores de abrasión son de hasta 65 milímetros por minuto para aceros inoxidables y alcanzan hasta 200 milímetros por minuto en el caso del aluminio. En casos concretos se alcanzan incluso unas profundidades de taladrado de 1.500 milímetros. Una aplicación a modo de ejemplo es la realización de orificios reguladores de temperatura en álabes. En este caso, se puede realizar la aproximación de los electrodos a través de un cuarto y quinto eje opcionalmente disponible.

Las guías de una máquina-herramienta están continuamente expuestas a las influencias ambientales del mecanizado, como las virutas, el polvo u otro tipo de acumulaciones. Para aumentar la precisión y la durabilidad, así como para mantener la energía de movimiento necesaria lo más reducida posible, pueden montarse unas unidades en los extremos de los carros de guía que van retirando las virutas y las partículas de polvo a través de una estructura de varias capas. También se puede conseguir una lubricación más económica de la guía a través de una unidad postconectada. En lugar de una lubricación excesiva por grasa que adhiere las virutas y las partículas de polvo a las superficies de rodadura de la guía, la unidad de lubricación sólo aplica una fina película de aceite cuando la superficie de la guía realmente la necesita. El principio se basa en el aprovechamiento de las fuerzas capilares que se generan entre la película de lubricación y la unidad de guía.

En el sector de los medios de sujeción ya se ha presentado el prototipo de un sistema de sujeción adaptatrónico. Este sistema sigue regulando la fuerza de sujeción durante el proceso de mecanizado con el fin de mantenerla lo más constante posible, utilizando una tira de medición de alargamiento integrada en el plato de sujeción que registra el descenso de la fuerza de sujeción durante el proceso de mecanizado, que se debe a la fuerza centrífuga. A través de un circuito de regulación, se sigue ajustando el cilindro de sujeción para compensar la pérdida de fuerza de sujeción.

También existe un tensor hueco de funcionamiento eléctrico para tornos y rectificadoras capaz de abrir y cerrar el plato de sujeción sin tener que recurrir al sistema hidráulico. La renuncia a un sofisticado sistema hidráulico implica varias ventajas: el espacio constructivo que se necesitaría para los componentes hidráulicos y las válvulas de control puede ser utilizado de otra manera. Al mismo tiempo, se evita el desgaste de las juntas y las posibles pérdidas de aceite de fuga. La construcción simétrica rotativa del sistema de sujeción permite incluso el empleo a mayor número de revoluciones. En caso de que la corriente esté desconectada, la pieza permanece tensada por el frenado automático.

Para el posicionamiento y la sujeción de alta precisión de las piezas sobre la mesa de herramientas de una máquina, se puede adquirir un sistema de sujeción de punto cero de manejo manual. La parte inferior del sistema se fija sobre la mesa de herramientas de la máquina. En la parte superior intercambiable se realiza la sujeción de la pieza. Con unos casquillos de guía correspondientes y unos conos de posición que contienen unas bolas de acero encubiertas en goma, se posiciona la pieza sujetada en el portapiezas con una precisión de repetición inferior a 3 micrómetros sobre la parte inferior. El sistema está fabricado con un material de aptitud diaria resistente a los arañazos que amortigua las oscilaciones y que no es magnético.

En el pasado se diferenciaba entre lubricantes refrigerantes no mezclables con agua con base de aceite o éster y lubricantes refrigerantes mezclables con agua, es decir, emulsiones o soluciones. Un ofertante de conceptos de lubricantes refrigerantes aporta un grupo completamente nuevo: agua cuya viscosidad puede ser adaptada individualmente a las exigencias del proceso. Se puede ajustar cualquier viscosidad entre 2 y 46 mm²/(s/40°C) para garantizar no sólo el efecto refrigerante sino también el efecto de lubricación necesario. Las ventajas consisten en unos mayores volúmenes de arranque de viruta en tiempo, que a su vez repercuten en unos tiempos de mecanizado más cortos. La renuncia al empleo de porcentajes de aceite mineral tiene otras características positivas: no se forman neblinas de aceite, no existe peligro de arrastre de aceite y su eliminación no supone ningún problema, gracias a la alta compatibilidad medioambiental.

En el sector de los sistemas de filtro de aire residual está disponible en el mercado un sistema de filtro que a través de un filtro de efecto electrostático es capaz de evacuar de forma eficaz aerosoles o humo del área de trabajo. Los aisladores en el campo de tensión de la unidad de filtro tienen un recubrimiento que muestra el llamado efecto ‘Lotus’. De esta manera se reduce la adhesión de partículas de lubricante refrigerante en forma de aerosoles, neblinas de aceite o partículas de humo. También se reduce el número de descargas eléctricas que merman la potencia. En combinación con el control de la tensión de ionización, es posible mantener la tasa de filtro prácticamente constante.

Los fabricantes de máquina-herramienta y sus proveedores no están sometidos sólo a las exigencias de sus clientes para desarrollar un sistema de mecanizado rápido y fiable que permita producir de forma económica unos productos de alta calidad. Con la directiva ‘Energy-using-Products’ (EuP), la política de la UE pretende además fomentar el desarrollo de máquinas herramienta y componentes capaces de prestar los mismos rendimientos pero con una mejor eficiencia energética. De este modo, se deben reducir las cargas medioambientales generados por la producción y sus efectos.

Más detalladamente, la UE tiene la intención de aplicar la directiva marco de diseño ecológico no sólo a los bienes de consumo sino también a los bienes de equipo. Uno de los productos realmente afectados en breve podría ser la máquina-herramienta.

Está claro que en el futuro tendrá mayor importancia la creación máxima de valor mediante el empleo mínimo de recursos. ¡Y no habrá manera de evitarlo! La necesaria perspectiva integral de los productos, de sus perfiles medioambientales y ciclos de vida promoverá el diseño ecológico y el balance ecológico en las empresas. Incluso antes de la entrada en vigor de la directiva UE, la industria de máquina-herramienta se enfrenta al reto de cuantificar, visualizar y evitar o, al menos, reducir los consumos de energía y las cargas medioambientales mediante el empleo de una inteligente técnica de producción. Para alcanzar este objetivo, se proponen una serie de mejoras del rendimiento en la conversión de energía, un dimensionamiento adecuado y la modularidad de componentes, tecnologías alternativas, así como una mejor información de desarrolladores, usuarios y eliminadores de un producto.

De forma insistente se ha advertido que la mejora de la eficiencia energética en la producción es un tema del futuro que ya no se podrá separar de la técnica de producción. No obstante, los expertos discuten de forma muy diversa sobre los objetivos y las medidas adecuadas para una técnica de producción ‘ecológica’. Asimismo, los estados y la política deben crear estímulos para realizar inversiones en esta técnica y fomentar su empleo, ya que el uso de conceptos de producción adecuados y eficaces supone a menudo, además de un menor empleo de energía y la reducción de cargas medioambientales, también la posibilidad de realizar potenciales de tecnología y reducción de costes.

Para poder producir de forma sostenible y con éxito en Europa, se requiere alta tecnología en las fábricas y una sofisticada estrategia de producción.

La fuerza de los fabricantes europeos de máquina-herramienta debe consistir en ofertar sus productos específicamente a cada cliente y en tener una gama e productos adecuados para cada mercados específicos. Es muy importante ser precursor tecnológico para poder ofrecer a los clientes del segmento ‘premium’ soluciones personalizadas. No obstante, las máquinas-herramienta estándar para el segmento medio del mercado permiten también obtener buenos volúmenes de venta.

Una empresa desarrolla, por ejemplo, en Europa unas sofisticadas soluciones técnicas ‘llave en mano’ para el mercado europeo y americano. Integran diferentes procedimientos en una máquina-herramienta para solucionar una tarea de mecanizado. Otro ofertante dispone de sistemas escalables que persiguen diferentes finalidades: máquinas de uno, dos y cuatro husillos permiten grandes cantidades. El empleo encadenado de dispositivos de cambio de piezas y robots industriales permite realizar varios de los procesos realizados de forma secuencial hasta el momento de forma paralela a los tiempos principales. Otro fabricante utiliza unidades de láser flexibles para la integración de los procesos de recubrimiento y endurecimiento en una máquina-herramienta. De este modo, es posible enlazar ciertos procesos que hasta el momento han sido realizados en máquinas adicionales en otros departamentos de la empresa o incluso fuera de la misma, muy próximos en tiempo al proceso de arranque de viruta. Unos controles especiales permiten supervisar los procesos de mecanizado. Con la ayuda de una huella dactilar digital de la máquina-herramienta que se elabora antes de la entrega, se pueden documentar las incidencias que aparezcan durante el posterior empleo de la máquina y planificar así los trabajos de mantenimiento de forma eficaz en tiempo y desde el punto de vista tecnológico. Un fabricante de componentes apoya los futuros desarrollos de los fabricantes de máquina-herramienta mediante innovadoras guías y alojamientos. Por ejemplo, una combinación de rodamiento y cojinete magnético da lugar a una mayor vida útil del cojinete con la misma carga o permite como alternativa unos números de revoluciones límite más altos.

Todos los puntos de partida se basan en la reducción tanto de los tiempos principales del proceso y de los tiempos secundarios, como también en la disminución de los trabajos en relación con los pasos anteriores y posteriores de la cadena de procesos. La contemplación de toda la cadena de creación de valor más allá del mero arranque de viruta cobra cada vez más relevancia.

Resumen del presente y futuro

Las máquinas-herramienta se han perfeccionado y han colocado en un primer plano los puntos de partida para la integración de procedimientos. La contemplación de toda la cadena de creación de valor permite llegar a unos conceptos personalizados para el cliente y flexibles a la vez que pueden contribuir a la reducción de los tiempos de pasada y de los costes de producción de un producto. Se ha conseguido un impresionante aumento de potencia y una vida útil superior también en el campo de las herramientas de precisión, gracias a la utilización de unos innovadores sistemas de recubrimiento o diseños de herramienta adaptados a la tarea de mecanizado. En el futuro cobrará más importancia un empleo eficiente de los recursos en lo que a energía y medio ambiente se refiere, manteniendo la misma productividad y el mismo rendimiento.