Simplificando la rutina diaria

Las herramientas de software avanzadas y el análisis de datos ayudan a optimizar los procesos de molienda

Eñaut Arrizabalaga, ingeniero senior de puesta en marcha de Danobat Group, probablemente habla en nombre de todos los principales fabricantes de máquinas cuando dice que la interfaz hombre-máquina (HMI) de la empresa está diseñada para liberar al operador de la necesidad de conocimientos especializados de programación CNC. El software avanzado también facilita, y en ocasiones automatiza por completo, otros desafíos de rectificado.

Danobat, que tiene su sede estadounidense en Rolling Meadows, Illinois, ofrece una amplia gama de rectificadoras y máquinas de torneado en duro, todas ellas utilizando la HMI DoGrind+ de la empresa. Además de la interfaz de la máquina, los clientes pueden utilizar la "versión fuera de línea para crear programas de piezas y exportarlos a la máquina fácilmente", explicó Arrizabalaga.

Un módulo notable hace que el rectificado excéntrico de diámetro exterior/diámetro interior (OD/ID) sea muy sencillo. Este “módulo de formularios” incluye formas predefinidas como P3G y CAPTO, y los operadores pueden importar un perfil definido por un archivo CSV, que según Arrizabalaga puede estar en modo polar o cartesiano. Este último define puntos en X e Y; mientras que en el modo polar, cada punto define un ángulo y un radio. O “puedes definir algunos parámetros como el diámetro o el radio, etc., y se crea automáticamente la forma. Una vez creada la forma, la forma programada se puede visualizar en el software”, dijo Arrizabalaga.

Por ejemplo, muchas aplicaciones de moldes y matrices requieren la generación de perfiles complejos desarrollados mediante fórmulas, polinomios u otras estrategias que el software de la máquina debe simplificar para el usuario. Danobat proporciona un entorno gráfico interactivo para crear y editar estos perfiles, así como “garantías visuales” para asegurar que las trayectorias que ejecutará la máquina son las deseadas. El software de Danobat también incluye “parámetros del proceso geométrico y de rectificado para reducir los errores de forma final”, añade Arrizabalaga. "Una vez creada la primera pieza, puedes utilizar diferentes velocidades de aceleración para cada área del rectificado para mejorar la forma final y el proceso de rectificado de la pieza excéntrica".

Por lo tanto, no se necesita un programador CNC para crear formas difíciles. Como ejemplo, Arrizabalaga citó conjuntos de motores producidos por un importante fabricante estadounidense de motores aeroespaciales. "Varios componentes de estos motores tienen áreas excéntricas y no redondas", dijo, señalando que una de las más complejas es una superficie festoneada en el estator del compresor que DoGrind+ facilita.

En aplicaciones hidráulicas, continuó Arrizabalaga, “a menudo es común encontrar desafíos más allá de tolerancias dimensionales y geométricas muy estrictas. En innumerables aplicaciones, el emparejamiento de diferentes piezas se convierte en un requisito fundamental para el correcto funcionamiento de la solución final, y es ahí donde aplicar estrategias de match junction añade valor”.

El software de Danobat incluye funciones de trazabilidad que rastrean las dimensiones obtenidas al rectificar piezas “Tipo A” y luego realiza operaciones de rectificado posteriores en piezas “Tipo B” con dimensiones óptimas para una combinación perfecta. “El software facilita enormemente los procesos, manteniendo el control total de la correlación de las piezas y, si es necesario, transmitiendo datos de salida y cualitativos a los sistemas de control de producción de la empresa”, añadió.

La HMI de Danobat también cuenta con un módulo para crear y editar un perfil de rectificado de ruedas. "Es similar a un perfil de torneado y utilizamos este editor de perfiles en nuestras máquinas que tienen capacidad de torneado", explicó Arrizabalaga. "Podemos utilizar los mismos segmentos del modelo para crear el camino donde la herramienta de torneado cortará la pieza, o el rectificador tallará la rueda".

Se trata de una unión natural, porque a menudo ocurre que un fabricante quiere terminar de pulir un perfil que ha sido torneado. Un ejemplo de ello, cita Arrizabalaga, son las rectificadoras verticales con capacidad de giro en las que el usuario quiere rectificar las muelas para rectificar zonas concretas de los rodamientos.

Al igual que el módulo de formularios, el editor de perfiles no requiere conocimientos especiales de programación ni trigonometría. "El operador puede editar fácilmente el perfil siguiendo el dibujo de la pieza y puede ver el perfil mientras lo edita para garantizar que la programación sea correcta", dijo Arrizabalaga.

Las versiones anteriores requerían que los operadores definieran los puntos inicial y final para cada segmento, y el ángulo, lo que a menudo requería cálculos matemáticos. Ahora el software puede calcular automáticamente cualquier intersección y los ángulos relacionados. El operador también puede simplemente importar un perfil definido por un DXF o archivos similares.

La fabricación de chips de carburo de silicio (SiC) está regresando a Estados Unidos a lo grande, subsidiada por miles de millones de dólares en fondos gubernamentales. Y varios jugadores clave están mirando a United Grinder North America Inc., con sede en Miamisburg, Ohio, en busca de soluciones inteligentes para algunos de los problemas difíciles del campo.

Doug Emerson, gerente de ventas regional de United Grinder para sus molinos cilíndricos, explicó que mucho antes de que el silicio se corte, corte y grabe en pequeños circuitos integrados, la materia prima se cultiva en un crisol de cuarzo. Lo que sale es un lingote que mide entre 0,6 y 0,9 m (dos o tres pies) de largo y 305 mm (12 pulgadas) de diámetro, con una cúpula en cada extremo comparable a la forma de una pelota de rugby.

El lingote es químicamente puro, pero altamente anisotrópico. En otras palabras, las propiedades estructurales y electrónicas del cristal varían significativamente según su orientación. Y no se puede predecir de antemano la orientación del plano cristalino. Ahí es donde comienza la diversión.

Históricamente, los extremos inútiles de la cúpula se cortaban con una sierra de diamante, señaló Phil Wiss, gerente de ventas regional de la división de rectificado de perfiles de United Grinder. “Eso es un proceso de aproximadamente tres horas. Y una buena sierra de diamante cuesta alrededor de 2 millones de dólares”.

Luego, el lingote se corta en segmentos de 4 pulgadas (101,6 mm) de espesor. En el siguiente paso, se radiografía cada segmento y se realizan cálculos para determinar la disposición del plano cristalino. Esos datos se utilizan para descubrir cómo calzar cada parte de modo que se pueda usar una amoladora de superficie simple para aplanar el extremo de manera que quede alineado con el plano del cristal. Ése es otro proceso arriesgado y que requiere mucho tiempo, observó Wiss. “Un operador tendría que escribir los datos de la radiografía y luego escribirlos manualmente en el control. Un punto decimal lo es todo aquí... hay muchas posibilidades de error”.

Wiss afirma que United Grinder ofrece mejores soluciones para casi todos estos desafíos. Tomemos como ejemplo el proceso de cortar la cúpula de 2" (50,8 mm) al final de cada lingote. Una de las trituradoras de alimentación lenta de la empresa haría ese trabajo de dos a tres horas en 15 minutos, según Wiss.

Y en lugar de intentar lograr la alineación correcta de las piezas con cuñas, basándose en datos de rayos X fuera de línea, United Rectificado ha integrado rayos X en sus máquinas Blohm Profimat MC y Mägerle MFP 30 de cinco ejes. En cualquiera de los modelos, los rayos X y el software asociado determinan automáticamente la orientación del plano del cristal, y luego la máquina utiliza la interpolación multieje de la mesa de trabajo de modo que muele paralela al plano. "Estamos quitando de las manos de los operadores todos los cálculos problemáticos y la entrada de datos", dijo Wiss.

La solicitud requiere muelas de diamante, dijo Wiss, y agregó que United Grinder está abierta a usar cualquier cosa, desde aglomerantes de resina hasta vitrificados o chapados.

“Incluso hemos utilizado algunos abrasivos segmentados. La mayor parte de nuestro rectificado utiliza la periferia, pero tenemos un cliente que prefiere un patrón de remolino de su parte, por lo que rectificamos con el costado de la muela abrasiva. Tenemos todas las capacidades y desarrollamos el proceso en función de las preferencias del cliente”. Por ejemplo, la Mägerle MFP 30 incluiría un cambiador de ruedas para permitir la aplicación de múltiples abrasivos en la misma pieza, si se desea.

Una vez que el segmento está plano en cada extremo, generalmente se coloca en una trituradora cilíndrica. La marca Studer de United Grinder ofrece una solución sofisticada en este caso.

"Integramos una radiografía en una de las posiciones de la herramienta en el cabezal de la rueda, que gira sobre el eje B", explicó Emerson. "El cabezal de la rueda gira para posicionar los rayos X con respecto a la pieza, y luego el cabezal de trabajo del eje C de la máquina alinea la pieza donde la estructura cristalina se adapta mejor para ofrecer el rendimiento de viruta deseado".

Estas piezas a menudo requieren una superficie plana en el diámetro exterior, que Studer crearía utilizando una rueda de diámetro exterior y su software de rectificado de forma irregular, añadió Emerson. Para rectificar una muesca, que es otro requisito frecuente, Studer utilizaba una muela horizontal montada en una tercera posición en el cabezal de la muela.

La transición a los vehículos eléctricos (EV) también está impulsando la demanda de molienda, debido a los cambios en los problemas de ruido. "Cuando conduces un vehículo eléctrico, de repente escuchas sonidos de la transmisión y de otros lugares que nunca antes habías escuchado porque tu motor de gasolina los habría ahogado", explicó Emerson. “Nuestro distribuidor canadiense dijo que un sonido proveniente de la parte trasera de su Tesla lo estaba volviendo loco porque no podía descubrir la fuente. Resultó que eran dos monedas frotadas que sus hijos habían dejado en un portavasos”.

Para abordar estos problemas, los fabricantes de automóviles están ajustando las tolerancias. Y las superficies de transmisión que antes estaban torneadas ahora deben rectificarse.

Un ejemplo: un engranaje de entrada con una cara, más dos ID y un OD que deben cumplir con la tolerancia H6, todos con un acabado superficial de 0,8 µm. Una aplicación de este tipo requeriría algo así como un Studer S33 con cabezales de ruedas múltiples, explicó Emerson. Pero para proyectos más simples solo de OD en el espacio de los vehículos eléctricos, Studer ha presentado el S36. Al limitar las configuraciones y la ingeniería relacionada, el S36 está diseñado para satisfacer a los proveedores automotrices que se centran en el costo por pieza.

Una de las últimas contribuciones de ANCA Ltd. al rectificado con tolerancias estrictas es una técnica patentada llamada Control de temperatura del motor (MTC). El rectificado genera calor y el calor provoca el crecimiento del huso. Del mismo modo, cualquier cambio de temperatura, debido al tiempo de inactividad o al cambio de una operación a otra, provocaría una variación suficiente en el tamaño del husillo como para afectar el tamaño de la pieza. MTC controla la temperatura variando la corriente al motor, mientras mantiene el par y la velocidad requeridos para las operaciones de rectificado.

MTC evita el costo y la complejidad de un sistema de enfriamiento de líquido separado, pero mantiene el husillo dentro de 0,5° C, eliminando virtualmente el crecimiento del husillo y logrando precisiones de rectificado dentro de unas pocas micras, según la compañía.

El sistema también alcanza un estado estable en cinco minutos, eliminando la necesidad de un largo ciclo de calentamiento al comienzo de un turno. MTC está integrado en el firmware del variador del husillo del motor y requiere solo unas pocas piezas de hardware confiable, como un estrangulador electrónico, por lo que esencialmente no requiere mantenimiento. ANCA ha agregado la tecnología MTC a tres modelos que requieren la máxima precisión, incluida su amoladora pellizcadora CPX, su amoladora cortadora biseladora GCX y su amoladora de herramientas MX7 Ultra.

El ingeniero de aplicaciones David Goolsby informó haber ejecutado lotes de 75 herramientas o más en ANCA CPX con una variación de diámetro inferior a dos micras. La máquina también ofrece un mejor acabado superficial con una rueda de grano D91 que algunas máquinas logran con una rueda de grano más fino D64, dijo, atribuyendo la mejora a la amortiguación de vibración inherente del proceso de pelado y pelado y la luneta única de la máquina.

"Es un diseño simple, sin muchas piezas móviles que puedan causar problemas", dijo Goolsby. “Y es extremadamente resistente y está atornillado directamente a la base de concreto polimérico de la máquina, en lugar de flotar libremente y estar sobre un aparato en movimiento como las máquinas de la competencia. Hay muy pocas posibilidades de que la vibración entre en el proceso”.

En cuanto a la GCX, el impulso hacia los vehículos eléctricos está generando la necesidad de cortadores con tolerancias inferiores a 0,0001" (0,0025 mm). “Incluso he visto impresiones con más o menos una micra”, dijo Goolsby.

Las tasas de interés más bajas generalmente conducen a una mayor construcción de viviendas y, por lo tanto, a un mayor consumo de herramientas para cortar madera. United Grinder se está centrando más en esta área con mejoras de software que facilitan la producción de hojas de carburo y herramientas de diamante policristalino soldado (PCD), dijo Simon Manns, vicepresidente de rectificado de herramientas (marcas Walter y EWAG).

Con respecto a las hojas utilizadas para molduras de corona y similares, Manns dijo que para molerlas de manera eficiente es necesario “cargarlas automáticamente en un soporte recto hacia arriba y hacia abajo y alineado con el centro del cabezal de trabajo. Pero si van a entrar en un cuerpo de cortador que les da un ángulo de inclinación, hay que tener esto en cuenta y pulir un perfil que sea diferente del perfil que realmente cortará en la moldura”. Por ejemplo, cortar un perfil de un cuarto de vuelta puede requerir una hoja con un borde ovalado.

"Nuestro software realmente ayuda", afirmó Manns. “Se importa el perfil de pieza DXF deseado o se programa el perfil. Luego, introduzca las cifras de inclinación y espacio libre para el cuerpo de corte previsto. El software realiza automáticamente los ajustes necesarios”, dijo, señalando que un operador puede programar fácilmente el robot para cargar cada conjunto de espacios en blanco en la misma posición central constante, incluso mezclando diferentes lotes en una sola configuración.

El software Walter's Tool Studio se ha ampliado para cubrir casi todos los tipos de herramientas PCD, dijo Manns, lo que facilita enormemente la tarea de programar máquinas que erosionan y rectifican, como la Helitronic Power Diamond. "Prácticamente todas las operaciones de rectificado que se encuentran en Tool Studio ahora se pueden cambiar a erosión".

Es particularmente útil para herramientas redondas sólidas, como fresadoras de compresión con inserciones de PCD soldadas, explicó Manns. “Se puede simular toda la herramienta y mostrar el PCD en un color diferente al del resto del material [normalmente carburo]. Por lo tanto, puede asegurarse de que su programa no roce el PCD y, al mismo tiempo, se asegura de erosionar el PCD y el carburo para crear una transición suave”.

El software también incluye parámetros de erosión sugeridos para diferentes materiales y acabados superficiales deseados, lo que hace posible que un operador típico de rectificado de herramientas se expanda hacia las herramientas PCD sin experiencia especializada.

Hasta ahora hemos cubierto soluciones que combinan rectificado de diámetro exterior e interior, rectificado y torneado, e incluso rectificado y erosión. En ninguno de estos ejemplos las diferentes operaciones ocurrieron simultáneamente, pero esa es otra característica que Danobat ha introducido en respuesta a la demanda de los clientes, según Arrizabalaga. La compañía ofrece máquinas con cabezales de rueda en correderas independientes, el CNC admite el rectificado simultáneo en dos canales y DoGrind+ brinda al operador un medio intuitivo para programar dicha secuencia, dijo.

Esta práctica es común en tornos, por supuesto, usualmente usando el subhusillo para mecanizar el extremo de la pieza que acaba de ser sujetada en el husillo principal (mientras el husillo principal pasa a la siguiente pieza). Puedes hacer lo mismo en el rectificado, aunque Arrizabalaga dijo que es más común usar un husillo para rectificar el diámetro interior de una pieza mientras se usa otro husillo para rectificar el diámetro exterior.

Otra aplicación común, en la que ambos husillos se pueden utilizar simultáneamente en la misma pieza de trabajo, es el rectificado de “cojinetes grandes donde hay mucho espacio para que se acerquen los dos husillos. Esta molienda simultánea puede ahorrar mucho tiempo”, afirmó Arrizabalaga.

El software facilita la programación de qué operaciones pueden ocurrir simultáneamente y cuáles no, dijo Arrizabalaga, atendiendo a problemas de interferencia, ciclos de vendaje, etc. Además, la HMI permite incorporar entradas de sistemas de terceros, como equilibradoras de ruedas o sensores acústicos, en la pantalla principal, para que el operador tenga todo en una sola ventana.

Es posible que el software aún no se haya apoderado por completo del mundo. Pero ciertamente ayuda a facilitar el pulido.

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