Los límites físicos del rectificado

Tradicionalmente, el rectificado de alta precisión ha corrido a cargo de productores de gran volumen con personal altamente capacitado. Gracias al uso de la tecnología de B&R, Kadia ha implementado unas mejoras innovadoras para mejorar la facilidad de uso de las rectificadoras. Estas máquinas son ahora más eficientes y se empiezan a amortizar incluso en lotes de pocas piezas.

El auge de la inyección directa de combustible es una buena noticia tanto para los pilotos de Fórmula 1 como para los aficionados, y una excelente noticia para Kadia. Las rectificadoras altamente especializadas de la empresa son las que dan el ‘toque final’ a los orificios de los cilindros del interior del sistema de inyección de combustible, ayudando a los pistones y cilindros a cumplir con los niveles extremos de calidad de la superficie y exactitud de la forma necesarios para alcanzar unas presiones de trabajo de hasta 500 bar.

“Estamos hablando de una precisión submicrométrica, que se acerca a los límites de lo que es físicamente posible conseguir con el mecanizado mecánico”, señala el director general de Kadia, Henning Klein. “Muchos fabricantes exigen una holgura concreta entre el pistón y la pared interior del cilindro, por ejemplo 10 micrómetros con una tolerancia inferior a 1 micrómetro”. Cumplir con estas tolerancias tan precisas requiere el uso de mediciones estadísticas de las capacidades del proceso y, en última instancia, exige una precisión de unos pocos cientos de nanómetros.

Las bombas de inyección de combustible rectificadas reducen notablemente el consumo de combustible y las emisiones de CO₂. Foto: Kadia.

La clave para conseguir que las piezas encajen tan perfectamente como sea necesario en las bombas de inyección de combustible es un proceso de mecanizado denominado coincidencia de rectificados. Este proceso implica medir el valor del diámetro externo del pistón terminado y transmitirlo al control de rectificado junto con los datos de identificación de la pieza. El control de rectificado calcula luego las dimensiones finales del diámetro que se va a rectificar, teniendo en cuenta la holgura que se desea. A continuación, el diámetro de la carcasa pasa por hasta seis estaciones de rectificado, cada una precedida de un proceso de calibrado, hasta que se alcanzan las dimensiones finales deseadas. Por último, la pieza se marca claramente y se asigna de forma permanente a su correspondiente pistón.

Hasta hace poco tiempo, Kadia utilizaba sus máquinas de máxima precisión con un control adaptado a los requisitos de las máquinas herramienta estándar. “Existen algunas notables diferencias en comparación con los procesos de mecanizado tradicionales como el fresado y el torneado, tales como el número de ejes y los volúmenes de datos que se intercambian entre las estaciones de medición y las de rectificado”, observa Klein. “Tuvimos que realizar importantes modificaciones en el control antes de poder utilizarlo en nuestras rectificadoras”. Kadia se enfrentó a dificultades similares al adaptar la aplicación de HMI que se entrega con el control. “A pesar de nuestros máximos esfuerzos, las limitaciones del sistema HMI provocaron que el interface de usuario fuera poco intuitivo y que los operarios tardaran un tiempo en familiarizarse con él”, explica Klein.

El cambio a un nuevo socio de automatización, el rediseño completo del control y las soluciones de HMI han aportado unas mejoras sustanciales. “El nuevo interface de usuario del terminal, inspirado en el de los smartphones y basado en la tecnología de B&R, ha resultado ser enormemente intuitivo”, explica Klein. Los jurados de los premios Red Hot e IF Designs han coincidido en otorgar a Kadia numerosas distinciones. Bajo la carcasa de aluminio hecha a medida del terminal encontramos un dispositivo HMI de calidad industrial, con una pantalla táctil de 19" resistente al aceite y a los arañazos. Se comunica con el Automation PC 910 de B&R, que sirve de plataforma tanto para el control de la máquina como para la aplicación de HMI.

Gracias a su procesador Intel Core i5, el Automation PC 910 tiene una capacidad más que suficiente para manejar los elevados volúmenes de datos generados por la constante medición y reajuste del proceso de rectificado. “La solución de B&R ofrece numerosos detalles técnicos que se adaptan perfectamente al nuevo control HMC100”, explica el jefe de Diseño de Kadia, Roland Regler. “La comunicación cruzada Powerlink ha sido la clave del éxito. Permite que los servoaccionamientos de B&R gestionen las funciones de control de forma remota y que puedan comunicarse directamente entre sí sin pasar por el control”.

Dependiendo de la configuración de una máquina concreta, la serie R está equipada con una red Powerlink de hasta 28 servoaccionamientos Acoposmulti con refrigeración líquida. Cinco de ellos controlan el movimiento de carrera de las herramientas de rectificado LH2/LH3, que Kadia desarrolló junto con el nuevo sistema de control. Equipados con una solución de control de movimiento seguro de B&R, los servoaccionamientos garantizan que los operarios estén protegidos durante la instalación. Los servoaccionamientos funcionan con un bus de continua común, lo que les permite compartir el exceso de energía cinética que de otro modo no se utilizaría, y ello supone unas claras ventajas para la economía térmica de las máquinas, el consumo energético y los costes de funcionamiento.

Para garantizar la futura vigencia de la solución HMC100 y permitir que se puedan añadir nuevos sistemas, Kadia la ha diseñado para que pueda aceptar hasta 40 ejes. Dado que el número y el tipo de estaciones de rectificado y de medición también varía de una máquina a otra, el equipo de Kadia dispone de un amplio espectro de variantes que necesita cubrir con el software de control.

“Aquí es donde entra en juego otra de las características más destacables de la solución de B&R. Su entorno de desarrollo integrado, Automation Studio, permite crear aplicaciones de HMI y control adaptadas a las necesidades del cliente utilizando archivos de configuración”, explica el jefe de diseño. “Ello nos permite representar incontables posibles configuraciones de la máquina en un único proyecto de software, sin necesidad de realizar ninguna programación adicional”. Posteriormente, no será necesario que los técnicos encargados de la puesta en marcha utilicen una herramienta de desarrollo de software ni que realicen ningún tipo de programación in situ.

Los esfuerzos de Kadia para preparar el HMC100 para el futuro se complementan además con las funciones robóticas y de CNC que ofrece Automation Studio.