Mejorando los procesos CAD/CAM para maquinado de alta densidad

J&R Machine Inc. produce piezas críticas para diferentes industrias, que incluyen dispositivos médicos, equipo industrial, energía y autos de competencia. La compañía de Shawano, Wisconsin, también se enorgullece de sus accesorios para fijación de piezas de trabajo para uso interno –accesorios que son diseñados para permitir acceso a las múltiples caras de una pieza para las máquinas de eje múltiple, mientras permite cargar rápidamente numerosas piezas individuales con un solo proceso de montaje–. Este concepto es conocido como mecanizado de alta densidad, y el desarrollo de experiencia CAD/CAM para implementarlo ha jugado un papel fundamental en la drástica transformación de J&R a partir de algunos importantes desafíos que experimentó hace algunas décadas.

En 2004, el trabajo escaseaba debido a la crisis económica y al incremento de la exteriorización hacia países con bajos costos de mano de obra. Tim Tumanic, presidente de J&R, notó que la única opción era in en busca de trabajos más complejos y de mayor valor agregado que eran menos factibles de ser fabricados en el exterior.

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Para hacer este trabajo rentable, la compañía reestructuró su modelo de negocio a partir de un taller convencional hasta un negocio completo de servicios de manufactura. Esto modificó también sus procesos de taller e inició con la adquisición de equipos más avanzados.

Para 2009, las condiciones del negocio empezaron a mejorar. J&R había comprado centros de mecanizado horizontal y centros de torneado multiaxiales, y estaba consiguiendo más trabajos complejos que había concebido años atrás.

La compañía invirtió también en licencias del software CAM Mastercam de CNC Software Inc., y del software CAD Solidworks. Aunque la compañía había llevado a cabo previamente la programación CNC de forma manual en cada máquina, se dio cuenta de que esta nueva capacidad de software le permitiría hacer más eficiente el diseño de los accesorios de fijación de piezas de trabajo y la generación de trayectorias de herramienta, tanto para las piezas como para los accesorios de fijación.

 “Mastercam y Solidworks nos permitieron pasar más fácil de la impresión a la pieza”, indica Parker Tumanic, vicepresidente de J&R, diseñador de accesorios de fijación principales y programador CNC. “Al ofrecer tiempos de paso más cortos, empezamos a atraer un flujo más estable del tipo de trabajos complejos que habíamos definido como nuestro objetivo”. Por ejemplo, una pieza que usualmente le tomaba 10 horas a Tumanic para ser programada en la máquina, ahora no toma más de una hora. Esto no solo generó una gran mejora en la productividad del personal sino que también liberó 10 horas adicionales de la máquina para mecanizar piezas. Por lo tanto, la inversión inicial en software CAD/CAM tuvo el mismo impacto en la productividad al adicionar otra máquina CNC, agrega.

Luego de un año para ser más eficiente con estas herramientas de software, Tumanic trasladó su atención al desarrollo de la línea de productos internos de J&R: los accesorios de fijación para mecanizado alta densidad. “El mecanizado de alta densidad se trata de amortizar los costos de los cambios de herramienta al distribuirlos entre muchas piezas que se fijan a la máquina en un único proceso de montaje,” indica. “Fabricar una sola pieza que requiere 10 cambios con 3 segundos por cambio de herramienta equivale a 30 segundos de tiempo de cambio de herramientas. Al montar 10 piezas en un accesorio de fijación de alta densidad, el tiempo de cambio de herramienta por pieza se hace de sólo 3 segundos.

“Cada pieza que fabricamos tiene su propio accesorio de fijación especial,” explica Tumanic. “No escatimamos en el diseño de los accesorios de fijación y no lo amortizamos en el precio de la pieza. Hay un costo que se paga una sola vez para el accesorio de fijación y, en retorno, el cliente obtiene un menor precio de pieza. Por ejemplo, si procesamos 10,000 piezas para un cliente, y somos 2 dólares más competitivos que otros proveedores, entonces, esto implicaría un ahorro de 20,000 dólares. Si cargáramos 5,000 dólares por el accesorio de fijación, nuestro cliente tendría una ventaja de 15,000 dólares y no continuaría pagando por el accesorio de fijación, como sería si distribuyéramos el costo del accesorio en el precio de la pieza”.

Para cada nuevo trabajo que sea un buen candidato para mecanizado de alta densidad, el señor Tumanic importa los modelos CAD de la pieza en Solidworks y los usa como base para diseñar un accesorio de fijación para múltiples piezas. Como resultado, hay dos modelos: uno para la pieza y otro para el dispositivo de fijación. Los puntos de arranque para los diseños del dispositivo de fijación son importados al Mastercam, que usa Tumanic para desarrollar las trayectorias de herramienta necesarias para su fabricación. Aunque se mecanicen muchas piezas con un solo montaje, él debe crear las trayectorias para creación de cada pieza y del accesorio de fijación solo una vez. Luego de que estos programas se han finalizado, él simplemente puede replicarlos a lo largo de la placa de fijación en una serie de operaciones de corte y pegado.

Tumanic usa luego la función de Simulación de Máquina Offline de Mastercam para garantizar que no haya problemas de acercamiento que pudieran causar un choque. Si la simulación revela un problema de acercamiento, él puede cambiar la trayectoria de la herramienta en ese punto, usar una herramienta diferente o usar Solidworks para cambiar el diseño del dispositivo de fijación de la pieza de trabajo.

J&R usa el enfoque de alta densidad tan a menudo como sea posible, diseñando accesorios de fijación especiales para alojar hasta 100 piezas en un único montaje. Tumanic dice que esto puede reducir los tiempos de ciclo por pieza entre 30 y 90 por ciento, dependiendo de la pieza. Además, un accesorio de fijación bien diseñado reduce la probabilidad de error de montaje por parte del operario.

De la misma forma, hace posible alcanzar más áreas sobre la pieza con menos operaciones y proporciona una solución de fijación de piezas de trabajo más rígida, haciendo posible mantener tolerancias más estrechas. Adicionalmente, debido a que los tiempos de ciclo de mecanizado totales para un montaje individual son mayores, los operarios pueden monitorear dos o tres máquinas en lugar de solo una.

J&R está continuamente en la búsqueda de formas adicionales para mejorar sus procesos de fabricación. Uno de sus aliados en esta búsqueda es ShopWare, su distribuidor local de Mastercam.

Tumanic le consulta a ShopWare cada vez que tiene algún tipo de problema de mecanizado y el distribuidor también ha llevado a cabo un entrenamiento en sitio para la compañía. En 2012, J&R le pidió a ShopWare asesoría sobre un proyecto especial que involucraba el desarrollo de un proceso de mecanizado de alta densidad para su centro de mecanizado horizontal con el objetivo de fabricar piezas de seis caras que requerían múltiples cambios de herramienta y múltiples distanciamientos.

Gracias a las eficiencias obtenidas, J&R ganó un contrato a largo plazo que ahora contribuye con cerca de 2,000 horas de trabajo de mecanizado al año. Además, por recomendación de ShopWare, J&R pronto instalará una licencia de Mastercam para Solidworks, en la que el Mastercam estará ubicado en un menú dentro de Solidworks. Esto le permitirá al señor Tumanic realizar cambios interactivos rápidos, tanto a los diseños de dispositivos de fijación como a los procesos de fabricación de éstos, mientras reduce los tiempos de paso de la primera pieza.  

El diseño especial de los accesorios de fijación y los esfuerzos de manufactura han probado ser tan valiosos que Tumanic ha identificado cerca de 100 proyectos de mecanizado de alta densidad que generarían una productividad mejorada de mecanizado para piezas nuevas y existentes.

Durante los últimos cinco años, las ventas de J&R Machine se han prácticamente duplicado hasta un valor de 10 millones de dólares, como resultado de los accesorios para fijación en mecanizado de alta densidad y otras iniciativas de mejora. Los costos de mano de obra se han reducido desde 18 hasta 10 por ciento de los ingresos. Adicionalmente, la compañía está recibiendo casi el doble, con solo 30 empleados, los cuales son bien remunerados por su contribución.

De hecho, el maquinista que ha sido más activo en la fabricación de accesorios de fijación será próximamente entrenado para trabajar tiempo completo con el señor Tumanic como diseñador de accesorios de fijación y programador CNC, lo cual reducirá aún más la relación de costos de mano de obra a valor de ventas de la compañía.