Mecanizado preciso de piezas pequeñas con TwinCAT CNC

Producir piezas grandes con precisión ya es de por sí una tarea nada fácil. Pero, ¿cómo es posible fabricar los componentes más pequeños, como engranajes y tornillos para la industria relojera o clavijas de contacto para conectores, con precisión micrométrica y en grandes cantidades? Las empresas suizas Esco y Affolter logran esta hazaña en sus máquinas CNC con el sistema TwinCAT CNC y la tecnología de servoaccionamiento de Beckhoff.

En Watch Valley, una región situada entre Basilea y Ginebra, se ha desarrollado a lo largo de varios siglos un ecosistema en torno a la industria relojera y los componentes de precisión más pequeños para dispositivos micromecánicos. Fabricantes de maquinaria como Esco SA, en Les Geneveys-sur-Coffrane, y Affolter Group SA, en Malleray, son importantes componentes de este ecosistema. Sus máquinas CNC se utilizan para fabricar los engranajes, tornillos, ejes y otros componentes más pequeños con la máxima precisión, lo que contribuye en la práctica a consolidar las bases de la famosa precisión de los movimientos de los relojes suizos.

Esco se ha especializado en tornos para la producción de piezas de gran precisión y calidad impecable en cantidades medianas y grandes. Además del torneado como proceso principal, las máquinas ofrecen funciones de mecanizado adicionales y permiten fabricar piezas complejas en máquinas compactas.

A diferencia de los tornos automáticos convencionales, las máquinas Esco se caracterizan por un principio de funcionamiento individual: material fijo y herramientas giratorias. Esto permite a las máquinas procesar material en anillo o en barra en un proceso totalmente automatizado y sin interrupciones. “Además, la proximidad de las herramientas a la pieza de trabajo ofrece ventajas en términos de velocidad de producción y calidad de la superficie”, afirma Vincent Fankhauser, director de ventas de Esco. El husillo, que gira hasta 12.000 rpm, constituye la base de la precisión y los cortos tiempos de mecanizado.

Desde principios de 2020, Esco confía en el control basado en PC para la automatización de sus máquinas, para lo que utiliza TwinCAT 3 de Beckhoff. “La tecnología de control y accionamiento de nuestros anteriores proveedores estaba al final de su ciclo de vida, y necesitábamos una tecnología CNC preparada para el futuro que pudiera configurarse fácilmente para nuestras diferentes series”, afirma Vincent Fankhauser.

Aquí es donde entra en juego Affolter, proveedor de soluciones de Beckhoff. La empresa fabrica para sí misma fresadoras de engranajes y, como fabricante por contrato, produce piezas complejas para unas 350 máquinas de la industria relojera y otros sectores. Vincent Affolter, director general: “Siempre hemos estado orgullosos de nuestra propia solución de control, desarrollada internamente para nuestras máquinas y para la que encargamos la fabricación de componentes electrónicos”. El componente central del sistema de control era una FPGA que calculaba todos los valores de consigna de todos los ejes en paralelo en cuestión de microsegundos. Pero cuando los componentes electrónicos dejaron de estar disponibles, Affolter ya no pudo mantener su sistema de control, por no mencionar la posterior continuación y la integración de requisitos adicionales como la conectividad informática. Afortunadamente para Affolter, el rendimiento de las tecnologías de PC aumentaba rápidamente.

“Al analizar posibles proveedores de sistemas de control en 2016, en Beckhoff encontramos rápidamente lo que buscábamos, por lo que comenzamos las pruebas iniciales con el control basado en PC”, afirma Vincent Affolter. Una de sus prioridades era mantener la flexibilidad para las innovaciones internas sin que la empresa tuviera que volver a desarrollar por sí misma el hardware. “De esto se encarga la plataforma de control abierta de Beckhoff”, añade Philippe Abt, de la división de ventas de Beckhoff en Suiza. El control basado en PC y el TwinCAT CNC constituyen ahora la base de una plataforma de control que Vincent Affolter utiliza en sus propias máquinas CNC y que pone a disposición de fabricantes de máquinas como Esco en calidad de proveedor de soluciones de Beckhoff.

Al adaptar la solución CNC a las máquinas Esco, se puso de manifiesto la flexibilidad del control basado en PC: debido al ciclo de máquina requerido, no había tiempo que perder en el procesamiento de tareas CNC. “Gracias a la arquitectura modular del sistema TwinCAT CNC, la configuración correspondiente hizo posible lograr los tiempos de ciclo cortos que Esco requería”, recuerda Philippe Abt. Para reducir los tiempos de cálculo de las tareas, se suprimieron las funciones que no eran necesarias. “Lo crucial para nosotros es que siempre hemos recibido apoyo en esto desde el principio, y hemos encontrado y puesto en marcha soluciones junto con Beckhoff. No es algo que pueda darse por sentado”, afirma Vincent Affolter.

El concepto de control adaptado conjuntamente, basado en TwinCAT 3 y un PC industrial con armario de control C6920, funciona en todas las series de máquinas de Esco y constituye la base para la migración segura y a largo plazo de todas las máquinas CNC al control basado en PC. En total, desde 2020, Esco ya ha entregado alrededor de 150 máquinas con tecnología de control basada en TwinCAT CNC en diversas configuraciones. Según señala Vincent Fankhauser: “Ahora somos mucho más flexibles y podemos reunir exactamente la capacidad de cálculo y la configuración de accionamiento que necesitamos de la cartera íntegra, incluida la seguridad”. Con una Escomatic D6 Twin, por ejemplo, hay doce servoejes que controlar y tres canales CNC que calcular.

La tecnología de cable único (OCT) en la tecnología de accionamiento (servoaccionamientos AX5000 y servomotores AM8000) ahorra espacio en el armario de control y en la máquina, ya que solo es necesario tender un cable de motor más fino. El problema de las interferencias de señal en los sistemas de retroalimentación también se ha suprimido desde que se produjo la transición a la tecnología OCT.

Affolter y Esco trabajan actualmente en la integración de los procesos de supervisión de herramientas y control de calidad en línea. La hoja de ruta también incluye la conexión de sus máquinas CNC a sistemas MES y ERP a través de umati (interfaz universal de tecnología de máquinas) y OPC UA. Con el control basado en PC como sistema de control abierto y modular, esta tecnología está llamada a brindarnos un éxito más.