Robots automatizan proceso de carga en tornos CNC

El sistema de automatización Gosiger, diseñado para CL Tech, emplea un robot FANUC R-2000iB/165R de seis ejes montado sobre pedestal, ubicado detrás de dos tornos Okuma.

Cargar manualmente las máquinas no era una opción rentable para CL Tech, un taller de trabajos CNC con sede en Indiana, que necesitaba ser capaz de producir 40,000 juntas de velocidad constante (CV) por mes para obtener un contrato con un importante proveedor automotriz.

Después de una cuidadosa consideración, la compañía decidió incorporar la automatización robótica de Gosiger Automation (Dayton, Ohio) en su proceso de producción, ahorrando miles de dólares en costos de operación.

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Durante los últimos cuatro años, CL Tech ha crecido desde ser una compañía de herramientas y troqueles de 1 millón de dolares hasta ser una compañía de 5 millones.

Junto con sus dos compañías hermanas, MA Metal (que realiza estampado, fabricación, corte por láser y trabajo de formación de tubos) y HTD Machining Co. Inc. (que ofrece mecanizado CNC, EDM, rectificado y más), el crecimiento ha ido acompañado del mejoramiento continuo de los procesos para reducir los costos y aumentar la productividad.

En el caso de la orden de juntas de velocidad constante CV de un cliente existente, CL Tech necesitaba averiguar cómo satisfacer la demanda de gran volumen de piezas torneadas con un proceso de inspección 100 por ciento de las dimensiones críticas.

“Consideramos todo el proceso, recibir la forja en bruto, dar un acabado de desbaste en el extremo del vástago, terminar el final de la copa, realizar una inspección 100 por ciento en varias dimensiones y transportar la pieza a la siguiente operación”, dice Jim Krohn, vicepresidente.

La necesidad de automatizar procesos

Después de analizar el enfoque tradicional de cargar manualmente las máquinas-herramienta en términos de rendimiento, requerimientos de mano de obra y cómo realizar la inspección de piezas requeridas, la compañía reconoció rápidamente la necesidad de automatizar algunos de los procesos para reducir el costo total y el tiempo de producción.

CL Tech evaluó tres posibles soluciones de automatización y eligió la propuesta de Gosiger sobre la base de los cinco criterios siguientes:

1. Requisitos de tiempo de ciclo cumplidos o superados.
2. Un servicio técnico adecuado y capacidad de soporte, incluyendo el desempeño del servicio anterior, disponibilidad de piezas de repuesto, instalación y garantía.
3. Compatibilidad con el equipo existente, incluyendo la familiaridad de los controles y la calidad del entrenamiento.
4. Valor de mercado de reventa y condiciones de financiación.
5. Costo.

“Utilizamos varias máquinas-herramienta Okuma, y hemos mantenido relación con Gosiger durante muchos años. Siempre han trabajado bien como nuestros socios, por lo que nos sentimos tranquilos de que podrían aplicar con éxito la solución de automatización que propusieron”, dice el Krohn.

Implementación y características del sistema de automatización

El brazo del robot está colocado por encima y detrás de los tornos Okuma para permitirles a los trabajadores utilizar de forma segura los controles de la máquina para monitorear y realizar ajustes sin entrar en el área de trabajo del robot.

El sistema de Gosiger Automation diseñado para CL Tech emplea un robot FANUC R-2000iB / 165R de seis ejes, montado en un pedestal situado detrás de dos tornos Okuma.

El primer torno, un LU-3000EX-ID de cuatro ejes, amordaza la pieza en la forma del diámetro interior forjado de su extremo con boca de campana y utiliza el contrapunto con una carrera de pluma extendida para registrar el extremo y soportar la pieza.

El segundo torno, un LB-3000EX-OD, amordaza la pieza en el eje usando un canto para registro del extremo. Un contrapunto asienta la pieza para superar un centro interno con resorte montado en la mordaza.

El robot FANUC de doble agarre con herramienta de extremo de brazo, carga y descarga piezas para ambos tornos. Emplea la visión para orientación radial de la pieza y rotación de la muñeca para dar rotar las piezas alrededor entre operaciones, los cual elimina la necesidad de más dispositivos periféricos que requerirían montaje, ajuste, mantenimiento, herramental y controles adicionales.

El brazo del robot está situado por encima y detrás de los tornos para permitir a los trabajadores utilizar con seguridad los controles de la máquina para monitorear y ajustar sin entrar en el área de trabajo del robot.

En funcionamiento, los trabajadores mantienen manualmente alrededor de 40 piezas de trabajo en bruto sobre el extremo, en orientación radial aleatoria, sobre una banda transportadora de acero plana de entrada. El robot toma la pieza, luego usa su cámara de visión para determinar la orientación de la pieza y carga la pieza en el primer torno.

Ambos tornos se cargan a través de escotillas neumáticas superiores que ahorran tiempo, eliminando la necesidad de abrir y cerrar las puertas de la máquina. Las escotillas construidas por Gosiger están diseñadas para funcionar sin problemas, usando cojinetes de guías lineales y son accionadas por los cilindros neumáticos sin barra.

Al final de la primera operación de mecanizado, el brazo robótico recoge la pieza de trabajo y la coloca en un medidor automático de inspección post-proceso que suministra datos de compensación de herramienta a la primera máquina herramienta.

El robot carga entonces la pieza de trabajo en el segundo torno para el siguiente proceso de mecanizado. Una característica única del diseño de automatización es que no hay necesidad de una estación de re-sujeción ni un mecanismo especial para girar la pieza de extremo a extremo entre operaciones, ya que esto se logra por medio del cuarto eje del robot.

Los trabajadores ubican manualmente alrededor de 40 piezas de trabajo desbastadas en el extremo, en orientación radial aleatoria, sobre una banda transportadora de alimentación de acero plana. El robot coge la pieza, luego usa su cámara de visión para determinar la orientación de la pieza y carga la pieza en el primer torno.

Para la segunda operación en la que el robot carga el mandril de la máquina, la pieza está asentada positivamente por una secuencia de reapriete que utiliza un empujador de piezas para superar el centro de pieza montado en el cabezal y cargado por resorte. Para maximizar el rendimiento de la celda, existe una cola de trabajo de 15 piezas de proceso intermedio entre el calibrador automático y el segundo torno.

Según CL Tech, el sistema de automatización llave en mano elimina el trabajo manual equivalente a 10 empleados, ahorrando así cerca de $ 500,000 por año. Al mismo tiempo, los operarios de las máquinas existentes aumentaron sus habilidades técnicas para ganar salarios más altos.

El sistema de medición automática proporciona una inspección del 100 por ciento, según lo requiere el cliente, y devuelve los datos a los tornos para mantener la calidad del producto. La automatización de este proceso permitió a la compañía reducir su gasto de capital, en comparación con un sistema manual, para lo cual se habría requerido un torno adicional para cumplir con la cuota mensual de producción de piezas.

Otro beneficio del diseño de Gosiger Automation es la capacidad de realizar cambios fácilmente, dice Krohn. Esto resultó útil cuando la empresa se estaba preparando para comenzar la producción y su cliente modificó la pieza. El único cambio que CL Tech necesitaba hacer para acomodar este cambio fue en la pinza del robot.

“Lo que más me gustó de trabajar con Gosiger es que escucharon nuestras necesidades, crearon una solución única y siguieron con el tipo correcto de apoyo”, dice Krohn.