El engranaje perfecto
“Más que cualquier otro tipo de mecanizado, la fabricación de engranajes exige una combinación perfecta de ciencia y arte”, afirma Bill Tandrow, vicepresidente del área de Ingeniería Mecánica de Haas Automation. “Siento mucho respeto por las personas que se dedican a fabricar engranajes”, añade. “En muchos sentidos, la calidad de la producción de engranajes en Haas nos ayuda a definir la calidad del producto final”. Según Tandrow, el arte de la fabricación de engranajes reside en una observación atenta y en un control habilidoso del propio proceso de mecanizado. “Aquí no hay ningún tipo de magia, sino la capacidad de prestar la máxima atención al detalle”.
Haas Automation se toma muy en serio la fabricación de engranajes. El mecanizado de todos los engranajes cilíndricos de dientes rectos, coronas y coronas dentadas de su amplia gama de productos se lleva a cabo dentro de la empresa, en su enorme fábrica de Oxnard (California). De los más de seiscientos maquinistas expertos y especialistas en montaje que trabajan allí, sólo unos pocos se encargan de producir estas piezas tan exigentes.
Los maquinistas Boris Klebanov y Edik Beginian trabajan en Haas prácticamente “desde siempre”. Ambos aprendieron casi todo lo que saben sobre engranajes del fundador de la empresa, Gene Haas. “Hace años, cuando empezamos a producir fresadoras —rememora Edik— Gene no estaba contento con los engranajes que nos suministraban los proveedores, así que compró una Reishauer RZ-80 y se puso a fabricar los engranajes por su cuenta. Tuvo que experimentar y hacer muchas pruebas para conseguir el resultado que buscaba. No sólo solucionó todos los problemas de rendimiento, sino que aprendió a reparar la máquina y hacerle el mantenimiento. Y luego nos enseñó a nosotros”.
“Hoy en día seguimos usando esas técnicas”, añade Boris. “Fabricamos los engranajes que Gene mejoró, además de otros setenta u ochenta tipos. La producción continúa siendo interna, y seguimos resolviendo los problemas nosotros mismos”.
Con unos planes de producción que exigen usar distintos amarres de las máquinas a diario, mantener el control del proceso es sólo una de las muchas responsabilidades que deben asumir estos competentes maquinistas; lo que no quita que sea una tarea compleja.
“Los engranajes cilíndricos de dientes rectos no se pensaron para ser precisos”, señala Tandrow. “Hasta hace poco, nadie tenía el equipo necesario para fabricarlos con precisión. Los maquinistas a menudo se contentaban con que encajaran y ya está. Si abrimos un manual de maquinaria por el apartado de engranajes cilíndricos de dientes rectos, encontraremos muchas tablas sobre la holgura, etc. Esas tablas no se hicieron para que los engranajes salieran mal, evidentemente —continúa Tandrow— lo que ocurre es que se escribieron a finales de los años treinta, cuando esos valores eran lo último. Entonces no existían las rectificadoras ni las talladoras de engranajes por CNC. Era impensable ser capaces de sujetar una pieza con una precisión de millonésimas de pulgada. Pero ahora tenemos el equipo y los procesos para hacerlo de forma repetida. Ahora podemos obtener un ajuste máximo por presión de aceite. Fabricamos unos engranajes que encajan con una fluidez inconcebible en aquellos años”.
Y ¿por qué Haas sigue produciendo los engranajes por su cuenta? “Porque así podemos controlar el resultado con mayor exactitud”, responde Tandrow. “Hay tantos detalles y sutilezas en los procesos de tallar y rectificar el acabado, que no conseguiríamos la calidad que buscamos si los externalizáramos. Fabricamos nuestros propios engranajes para obtener el producto exacto que necesitamos, con la máxima precisión posible”.
Los engranajes cilíndricos de dientes rectos forman la base de todas las cajas de engranajes de Haas Automation. Tandrow cuenta que al principio compraban cajas completas, pero no eran tan buenas como querían los ingenieros. “Al final decidimos diseñarlas nosotros. Ahora fabricamos todas las piezas aquí”. “Cuando uno compra los engranajes a otra compañía —continúa— tiene que tratar con una segunda empresa. Aunque tengas la fábrica al lado, hay que pasar por el intermediario. Son dos empresas diferentes, con dos culturas distintas, y muchas veces hay un desfase entre el proceso de fabricación y el uso de los engranajes. En cambio, cuando se producen los engranajes internamente, se les puede añadir cosas que fuera no hacen. Por ejemplo, los engranajes se pueden montar previamente en bruto, en un solo mandril, pasarlos a una talladora o a una rectificadora y hacerles un acabado perfecto. Los engranajes son tan exactos como se hayan medido, y ya están en el eje en el que funcionarán. Aunque el proveedor esté ‘aquí al lado’, no es lo suficientemente cerca para garantizar la calidad que queremos”, asegura Tandrow. “Con la mayoría de cajas de engranajes, el operario que ha tallado o rectificado el engranaje está a menos de cien metros de la zona en la que se monta la caja”.
“En un entorno de fabricación, esta organización es ideal. Podemos producir los engranajes en lotes de sólo diez o veinte y pasarlos al siguiente estadio rápidamente. Es más barato que hacer lotes grandes, y, si hay algún problema, sólo tenemos que repetir cantidades pequeñas y enseguida podemos seguir produciendo. Eso si hay algún problema”, subraya Tandrow. “Porque la verdad es que no hemos tenido ni uno desde que trabajamos de esta manera”.
En la misma zona en la que se tallan y se rectifican los engranajes, Haas efectúa el mecanizado de precisión de las coronas y las coronas dentadas para los equipos rotativos. Es aquí donde el esfuerzo por controlar los procesos al milímetro verdaderamente sale a cuenta.
“Las coronas dentadas de aluminio y bronce, que son la base de los equipos rotativos, son en realidad conceptos ya muy consolidados”, cuenta el ingeniero Thomas Velasquez, que lleva casi dos décadas diseñando estos productos. “La precisión inherente la obtenemos gracias a las talladoras de una sola rosca que usamos, y al montaje previo que hacemos antes de tallar. Colocamos el engranaje —perfectamente ajustado por presión de aceite— directamente en el husillo, lo montamos en el utillaje y de hecho lo entramamos, asegurándonos de que el diámetro de paso del engranaje acabado sea perfectamente concéntrico respecto al diámetro de montaje”.
De nuevo, la precisión inherente del amarre se traduce en precisión real del producto gracias a la destreza de los maquinistas, y a su capacidad para controlar minuciosamente el proceso. “Cada tres o cinco unidades, un analizador Wenzel WGT500 CNC compara el producto con una corona de referencia”, apunta Velasquez. “Podemos verificar la precisión de los dientes y del paso general tanto en la corona como en el engranaje, y al mismo tiempo. También tenemos unas coronas especiales que nos sirven para verificar los engranajes mientras los mecanizamos, para obtener información de manera más inmediata. Necesitamos saber que están saliendo bien de las máquinas”.
“Ese es otro aspecto muy importante”, agrega Tandrow. “No es posible competir a este nivel sin usar algunos de los mejores equipos del mundo: como la talladora Reishauer RZ-362A, las rectificadoras Studer S40 y los instrumentos de inspección extraordinarios que tenemos en la fábrica. Se necesitan las mejores herramientas para conseguir estos resultados una y otra vez”.
“También tenemos talladoras de engranajes Mitsubishi GC15 y GE20A, Koepfer 300 y Gleason 130H —prosigue Velasquez— así como talladoras de carburo de gama alta, además de una gran dedicación para mantener el equipo a fin de que no pierda su precisión”.
Otro factor esencial para garantizar la precisión de los engranajes es el delicado proceso de termocontracción de la corona dentada en el husillo antes de mecanizarla. “Con eso, eliminamos los errores de concentricidad —dice Velasquez— algo que sencillamente no conseguiríamos si externalizáramos los engranajes. En pocas palabras, lo controlamos todo”.
“Contamos con un personal de montaje que es capaz de inspeccionar mientras monta”, agrega Tandrow. “Como las piezas se fabrican en un proceso muy supervisado y el personal de montaje conoce todos los aspectos del mismo, incluidas las franjas de tolerancia para probar las piezas, controlamos la calidad totalmente”.
Uno de los empleados importantes de este equipo, Misha Brkic, utiliza un conjunto exclusivo de herramientas de inspección para verificar la precisión de todos los productos acabados. Con sus años de experiencia, es capaz de controlar la calidad sólo con las manos durante el proceso de montaje. Conoce a la perfección el tacto sutil de una corona y un engranaje bien mecanizado, y puede detener el montaje casi antes de que empiece si nota algo raro.
“Esta habilidad y experiencia son la pieza clave final que garantiza el éxito del proceso”, dice Tandrow. Y a pesar de que Brkic realiza su trabajo al otro lado de una pared larga que separa el área de mecanizado de la zona de montaje de Haas, sigue estando a menos de cien metros de Boris y Edik gracias a una puerta colocada estratégicamente entre uno y otros.
“Es perfecto”, sonríe Tandrow. “Igual que los engranajes”.
