Rectificadoras CNC: la importancia del control de calidad en el proceso

Actualmente, existen muchas oportunidades de ganancia en eficiencia que aún no se están explotando mediante la digitalización y el monitoreo basado en sensores en los procesos de rectificado. 
Fuente: United Grinding.

La delicadeza y precisión requeridas en el lijado de piezas de madera, donde la presión debe ajustarse constantemente para evitar daños, tiene un punto de conexión con un proceso mucho más complejo: el rectificado CNC.

El proceso de rectificado CNC, a pesar de su mayor complejidad, comparte la necesidad de un control meticuloso similar al del lijado manual en carpintería. En este último, el papel de lija se aplica con sumo cuidado en los bordes de las piezas frágiles, ajustando la presión para evitar daños en la superficie. Este cuidado es crucial, ya que un exceso de presión podría dañar seriamente la pieza en la etapa final del acabado. En la manufactura de piezas de precisión, estos desafíos se amplifican.

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En la feria GrindingHub, que la Asociación Alemana de Fabricantes de Máquinas-Herramienta (VDW por su sigla en alemán) organiza en Stuttgart del 14 al 17 de mayo de 2024, se mostrarán soluciones innovadoras para lograr un rectificado perfecto.

Estrategias claves para la optimización de procesos de rectificado CNC

Cuando las piezas se mecanizan automáticamente, existe un alto riesgo de rechazos si el procesamiento no se controla de forma continua y eficaz. Esta problemática se agudiza por la escasez de experiencia y la dificultad creciente para encontrar trabajadores cualificados en la industria.

Ante esta situación, las empresas están incrementando el uso de la inteligencia artificial para la supervisión de procesos industriales ya que el rectificado —siendo a menudo el último paso en la cadena de fabricación de componentes críticos como engranajes o juegos de ruedas— requiere una atención especializada.

Dado que los rechazos causados por errores en el rectificado representan un factor de coste significativo, especialmente en la producción de pequeñas series y piezas únicas, es crucial implementar estrategias efectivas para su reducción. Un enfoque prometedor es el control digitalizado del proceso de rectificado, altamente automatizado y basado en sensores. Esta tecnología permite una supervisión más precisa y una respuesta rápida ante cualquier desviación.

En palabras de Christoph Plüss, director tecnológico (CTO) de United Grinding: “La calidad del rectificado depende de numerosos parámetros y ajustes, como el diámetro, el perfil y la capacidad de corte de la rueda abrasiva. Estos aspectos cambian constantemente debido al desgaste durante el proceso”.

Plüss enfatiza la importancia de la digitalización: “Cuantos más aspectos del rectificado se puedan controlar o regular digitalmente, mejor será el control del proceso. Esto no solo mejora la eficiencia de la producción, sino que también asegura una calidad constante en las piezas trabajadas”.

Monitorización avanzada de fuerzas en rectificadoras CNC

En rectificado, es fundamental considerar la interacción entre la herramienta, en este caso, la rueda abrasiva, y la pieza, así como el comportamiento del lubricante refrigerante en la zona de contacto. Esta interacción compleja demanda un monitoreo avanzado para garantizar la precisión y la calidad del proceso.

“Los sensores acústicos permiten registrar una variedad de variables influyentes”, explica Christoph Plüss. En este contexto, el mantenimiento y acondicionamiento geométrico de la rueda abrasiva son cruciales para el control efectivo del proceso.

Plüss añade: “Esto incluye la supervisión y control de la transferencia de calor y la realización de medidas geométricas intermedias en la pieza en sí”. Actualmente, muchas de estas tareas se llevan a cabo mediante puentes de medición láser sin contacto, lo que demuestra la evolución hacia un entorno de fabricación más tecnológicamente avanzado.

Christoph Plüss, director tecnológico (CTO) de United Grinding.
Fuente: United Grinding.

United Grinding, con marcas como Blohm, Ewag, IRPD, Jung, Mägerle, Mikrosa, Schaudt, Studer y Walter, ha desarrollado una amplia base de conocimientos de aplicaciones y un extenso portafolio de productos para la producción de componentes de alta precisión. Estas innovaciones son cruciales para la monitorización automatizada en el rectificado, especialmente efectiva para lotes pequeños.

“La configuración y el reequipamiento en procesos de rectificado pueden ser extensos. Con lotes más pequeños, estas tareas son más frecuentes”, señala Plüss. El uso de tecnología de sensores inteligentes y el conocimiento empírico acumulado son clave para optimizar estos procesos y mejorar la productividad.

Además, el proceso de rectificado es un tema de investigación académica relevante. Henning Buhl, jefe del departamento de componentes de máquinas del Instituto de Ingeniería de Producción y Máquinas-Herramienta (IFW) de la Universidad Leibniz de Hannover, aborda el problema desde una perspectiva científica.

“Los cambios en el proceso y las fluctuaciones en la calidad deben detectarse a tiempo para una utilización rentable de los procesos de rectificado automatizados”, explica Buhl. Destaca que variables impredecibles, como las propiedades de las ruedas abrasivas o las acciones de los operarios, pueden influir en el proceso. "Por lo tanto, no se puede asumir que el proceso de rectificado se comporte de manera consistente y predecible”, concluye Buhl.

Avances en medición de procesos de rectificado

En muchas plantas de manufactura, las posibles ganancias de eficiencia gracias al monitoreo, no se están aprovechando plenamente. El uso de parámetros de proceso relativamente conservadores y la implementación de controles de calidad aleatorios son prácticas comunes que impiden explotar todo el potencial de los sistemas de producción. Esta aproximación limita la eficiencia y, a su vez, permite únicamente la detección de errores una vez que ya han ocurrido, haciendo imposible la prevención de rechazos.

Henning Buhl, jefe del departamento de componentes de máquinas del Instituto de Ingeniería de Producción y Máquinas-Herramienta (IFW).
Fuente: IFW, Leibniz University Hannover

Una solución a esta problemática reside en la monitorización continua del proceso. “El seguimiento constante permite detectar cualquier cambio durante la producción y adaptar el proceso en consecuencia”, afirma Henning Buhl. Ajustando las variables de control se podría alcanzar una mayor productividad, al tiempo que se mitigan los errores en las etapas iniciales.

A pesar de los avances tecnológicos, en muchas fábricas todavía no se están aprovechando al máximo los beneficios potenciales de la digitalización y el monitoreo de procesos basado en sensores. Buhl subraya un desafío significativo en este contexto: la resolución y el nivel de detalle de los datos internos de la máquina, aunque útiles para detectar cambios en el proceso, a menudo no son suficientes para identificar con precisión la causa de estos cambios y establecer una contramedida efectiva.

Para superar esta limitación, sugiere que la integración de señales adicionales de alta resolución procedentes de otros sensores podría ser la clave para obtener una visión más completa y detallada, lo que permitiría un seguimiento más eficaz y preciso de la producción.

Buhl también señala oportunidades significativas para el avance en el campo de la fabricación, destacando especialmente el potencial que ofrece la adquisición de datos digitales sobre las fuerzas del proceso y las vibraciones.

Según Buhl, este enfoque no solo es prometedor, sino que también podría facilitar la transferencia de nuevos conocimientos de áreas como el torneado al rectificado. Este tipo de integración de datos avanzada abre nuevas posibilidades para mejorar tanto la eficiencia como la calidad en los procesos de fabricación, lo que representa un paso adelante en la aplicación de tecnologías digitales en el sector metalmecánico.

Superando retos: medición robusta en condiciones de rectificado fluctuantes

La transmisión de energía y datos de los sensores en la monitorización de procesos de rectificado CNC representa un gran desafío técnico. Es crucial que los datos de medición se transfieran eficazmente desde una herramienta que se mueve rápidamente a una unidad de evaluación estacionaria dentro del sistema de control.

Además, Buhl enfatiza la importancia de que el sistema de medición sea lo suficientemente robusto para registrar de manera fiable los datos a pesar de las fluctuantes condiciones de temperatura y la presencia de lubricantes refrigerantes.

Un método frecuentemente utilizado en la monitorización de estos procesos de rectificado es la medición de las fuerzas del proceso. Esta técnica es clave para cuantificar las tensiones dinámicas que surgen en la pieza de trabajo y la herramienta, proporcionando información vital sobre las condiciones actuales de intervención en el proceso y el estado de desgaste.

Buhl señala la naturaleza cambiante de estas condiciones: las fuerzas del proceso tienden a aumentar debido a la obstrucción de los poros o al aplanamiento del grano en la rueda abrasiva. Por tanto, los métodos de control deben adaptarse a estas condiciones en constante cambio, ya que los enfoques estáticos solo ofrecen una idoneidad limitada.

La precisión en la medición de estas fuerzas es esencial para una evaluación significativa de las señales y, en consecuencia, para una monitorización precisa y efectiva del proceso.

Innovaciones en tecnología de rectificado CNC: inteligencia artificial y algoritmos

El uso de algoritmos inteligentes para analizar colecciones complejas de datos está revolucionando la optimización de procesos en la producción en serie. Estos algoritmos permiten la creación de huellas digitales de los procesos, lo cual es fundamental para implementar cambios u optimizaciones específicas dirigidas al seguimiento y mejora de estos.

En este contexto, Plüss explica la relevancia de la inteligencia artificial en la optimización: “Aunque es difícil cuantificar las ganancias de eficiencia específicas, el monitoreo y la optimización inteligente hacen que las reservas de seguridad, inherentes a la planificación humana, sean visibles y minimizables. Esto facilita el acercamiento controlado a los límites de los procesos”.

No obstante, la monitorización digital de los trabajos de rectificado enfrenta límites prácticos. Como resume Plüss, CTO de United Grinding, “solo se puede controlar y optimizar aquello que se puede medir y registrar”.

En línea con esta premisa, los expositores de GrindingHub mostrarán las últimas innovaciones en medición y optimización para lograr superficies perfectamente acabadas. Los visitantes tendrán la oportunidad de experimentar toda la cadena de valor de la tecnología de rectificado, que incluye desde la propia rectificadora hasta las herramientas de software y periféricos de proceso, abarcando también los sistemas de medición y prueba.