Productos de CNC (Control Numérico), accionamientos y robots en el procesamiento avanzado del metal

El alfa y la omega de la fabricación moderna en Alemania son la automatización y la optimización de máquinas y procesos. Comienzan en el sistema de control CNC, incluyen el entorno de la máquina herramienta y abarcan, dependiendo del tipo y tamaño de la producción, todo el trayecto hasta la articulación de la totalidad de los medios de producción.

Las máquinas herramienta modernas y eficaces requieren de su sistema de control de CNC funciones complejas y extraordinariamente rápidas, capacidad de múltiples canales y de control simultáneo de numerosos ejes. Imágenes: GE Fanuc

La fabricación industrial puede estructurarse en diferentes niveles de automatización: el primer nivel lo constituye la propia máquina herramienta, de cuyo control automático es responsable el CNC (Control Numérico por Computadora). El segundo nivel está integrado en el sistema de control del CNC, se trata del PMC (del inglés Programmable Machine Control) o autómata programable, que posibilita el funcionamiento fluido del equipo periférico de la máquina herramienta. El tercer nivel abarca todo el entorno automatizado de la máquina, la carga y descarga de la misma, así como tareas adyacentes, como el desbarbado, pulido o limpieza de los componentes. En el cuarto nivel de automatización, las máquinas herramienta, dispositivos de medida y otros equipamientos son coordinados y monitorizados de modo centralizado. Los datos de producción son recogidos y analizados, permitiendo así optimizar la producción.

Los componentes esenciales en la industria del procesamiento del metal son las máquinas herramienta y los centros de procesamiento que, hoy en día, son prácticamente en su totalidad controlados por CNC. Un torno clásico en el que el movimiento de avance se sigue realizando mediante volante tiene ya cierto carácter nostálgico. Este tipo de máquinas se utiliza ocasionalmente con fines didácticos, para que el futuro operador desarrolle una “sensibilidad” para el mecanizado. Por lo demás, incluso las máquinas más simples están equipadas con productos de CNC para facilitar su manejo y conseguir una alta precisión de modo constante.

Concretamente para este tipo de aplicaciones básicas, GE Fanuc Automation ha desarrollado los productos de CNC de nivel básico de la Serie 0i. Estos sistemas de control de CNC son idóneos para conseguir una utilización especialmente eficaz de tornos, taladradoras, máquinas fresadoras y rectificadoras de pequeño tamaño, así como centros de mecanizado de hasta tres o cuatro ejes. Leopold Schenk, director gerente de GE Fanuc CNC Germany, conoce las necesidades de los usuarios finales: "Los productores alemanes deben ajustar extremadamente los costes. Para muchas tareas, sólo se pueden emplear máquinas herramienta con un precio por hora ventajoso. No obstante, el usuario demanda precisión, fiabilidad y facilidad de manejo. Estas características son típicas de los productos de GE Fanuc, incluidos los CNCs de la Serie 0i."

Por supuesto, "fiabilidad, calidad y productividad " son las cualidades principales en los más modernos sistemas de control de la gama superior de GE Fanuc, las Series 30i/31i/32i. Estos productos de CNC han sido diseñados para satisfacer los requisitos de máquinas de altas prestaciones, como las máquinas transfer giratorias, centros complejos de torneado/fresado y máquinas multifuncionales, que requieren funciones complejas y extraordinariamente rápidas, capacidad de canales múltiples y de control simultáneo de numerosos ejes. Sin los eficaces productos de CNC no sería posible la operación de tales máquinas, utilizadas por ejemplo para la fabricación de moldes y herramientas, así como en las industrias automovilística y aeroespacial. Estos sistemas de control de CNC de alta tecnología contienen un procesador de ultra alta velocidad, así como un bus interno de alta velocidad. Además, se encuentran integrados un controlador de corriente muy rápido y un encoder con 16 000 000 impulsos por revolución, junto con la interpolación en nanómetros, que se aplica a todo el contorneado.

Paquetes de automatización de una única firma: debido a su alta calidad y fiabilidad, los sistemas de control de CNC y servomotores de GE Fanuc son altamente apreciados.

El PMC es también fundamental para mantener los tiempos de producción reducidos y, en consecuencia, la productividad elevada. Esta unidad de control de PLC integrada en el CNC se ocupa de controlar el equipo periférico en torno a la máquina herramienta como, por ejemplo, el cambio de herramientas, suministro de lubricante de refrigeración, etc. Los sistemas de control de GE Fanuc disponen de un PMC integrado con objeto de no cargar al CNC con tareas adicionales. También aumenta la velocidad: para ejecutar los programas de PLC, el PMC sólo requiere 25 nanosegundos por instrucción, con lo que se reducen los tiempos de los procesos auxiliares y se acelera el ciclo de fabricación. Se pueden ejecutar simultáneamente hasta tres programas de PLC completamente independientes. Y están disponibles hasta 4096 entradas y salidas digitales.

Las cada vez más rápidas y complejas operaciones de mecanizado representan a su vez unas condiciones de creciente exigencia para los operadores. También los aspectos relativos a la seguridad cobran mayor importancia. La función "Seguridad con Doble Comprobación " integrada se ocupa de "vigilar" las puertas protectoras, defensas, cubiertas y otros mecanismos periféricos que contribuyen a la seguridad. Esta función de seguridad integrada y programable monitoriza el acceso a la máquina y todos los movimientos que ésta ejecuta. Compara las velocidades y posiciones actuales de los componentes en movimiento de la máquina (ejes y cabezales) con los datos de velocidad y posición guardados en los parámetros de seguridad, que están protegidos contra el acceso no autorizado. En caso necesario y en situaciones de emergencia, el CNC para la máquina.

Durante la EMO de Hanover 2005 pudo observarse una clara tendencia hacia la automatización del entorno de la máquina. En numerosas áreas, los visitantes pudieron constatar los avances en automatización por medio de sistemas de manipulación y robots. Especial interés causó el nuevo "Robot Cell" de Fanuc, un innovador sistema de producción, que consta de robots inteligentes, diversas máquinas herramienta y un almacén de piezas automatizado. Un robot, equipado con un sistema de visión y pinzas accionadas por un servomotor, toma las piezas provistas por el almacén y las coloca en palets que, a continuación, se cargan en la máquina herramienta. Tras el procesamiento, el robot retira las piezas acabadas y las vuelve a depositar en el almacén. Toda la operación tiene lugar de forma completamente automatizada.

En los últimos tiempos se han desarrollado proyectos de sistemas de procesamiento consistentes en máquinas herramienta y robots, en los que además de Fanuc han participado otras empresas. Se trata de soluciones ya utilizadas durante tiempo en la producción y que han sido desarrolladas en colaboración con diferentes fabricantes de máquinas como, por ejemplo, DMG, Chiron y empresas del Grupo Schleifring.

Para Klaus Wagner, director gerente de tecnología de Fanuc Robotics Germany, la tendencia hacia la automatización de las máquinas mediante robots es debida a diferentes factores: "La extrema importancia de una alta disponibilidad y utilización de la máquina, junto con una calidad lo más uniforme posible, cuando las máquinas herramienta se utilizan en países donde los salarios son altos. Además, la fabricación sin intervención humana es esencial para mantener la producción durante periodos prolongados, por ejemplo, durante los fines de semana. La utilización de robots supone un gran avance para el logro de estos objetivos, especialmente si se tiene en cuenta que el coste de los robots va disminuyendo de año en año. Al igual que los sistemas de control de CNC, se convertirán progresivamente en componentes estándar de automatización en el proceso de producción."

La gran ventaja de los robots es su flexibilidad. Pueden utilizarse para la carga y descarga de máquinas y, además, para tareas como el desbarbado, pulido o limpieza de los componentes. Los sensores y sistemas de visión, que pueden integrarse en el robot, le proporcionan ‘ojos’, de forma que puede asir piezas con precisión e incluso eliminar aquellas que son defectuosas.

En contraste con las soluciones de automatización que utilizan diseños de pórtico u otros sistemas lineales, un robot con brazos articulados puede iniciar el movimiento desde cualquier posición en el espacio. Esto reduce la cantidad de ingeniería e instalación necesaria, ya que no es preciso alinear entre sí con precisión la máquina y el sistema de automatización. La programación se realiza, teniendo en consideración la posición correspondiente, por el procedimiento de Aprendizaje.

Según Klaus Wagner, la programación del robot y su interacción con la máquina son muy sencillas, al menos con componentes complementarios de GE Fanuc/ Fanuc: "El robot posee su propio sistema de control, pero se comunica con el CNC de la máquina de procesamiento a través de una simple conexión de bus de campo. Utilizando un cable y habilitando el software, el usuario puede construir una conexión directa, que también puede implementarse tras la puesta en funcionamiento de la máquina. Además, no es necesario realizar extensos cambios en el software, ni para la máquina, ni para el robot."

Una alta disponibilidad y utilización de la máquina, junto con una calidad lo más uniforme posible, son de especial importancia cuando las máquinas herramienta se utilizan en países donde los salarios son altos. Además, un robot integrado puede llevar a cabo un buen servicio.

Los sistemas de control de gama superior de las Series 30i/31i/32i de GE Fanuc han sido diseñados para satisfacer los requisitos de las máquinas de altas prestaciones, como las máquinas transfer giratorias, centros complejos de torneado/fresado y máquinas multifuncionales, y posibilitar su funcionamiento automatizado.

Los robots no sólo se utilizan para operar automáticamente las máquinas herramienta, sino también para hacerse cargo de gran diversidad de tareas como, por ejemplo, en los diferentes departamentos de producción de los fabricantes de automóviles y sus empresas proveedoras. Su empleo en las secciones de ensamblaje y de pintura es sobradamente conocido. Pero los robots también son apropiados para conectar máquinas herramienta con dispositivos de medida y con otras máquinas.

En las instalaciones de producción en las que se fabrican ensamblajes completos, son necesarios eficaces sistemas de control, así como máquinas diferentes y equipos de trasporte. Debido a su extensa línea de productos y a su fiabilidad y fuerza innovadora, Fanuc /GE Fanuc es desde hace tiempo colaborador de diferentes fabricantes de automóviles para el área de equipamiento de producción automatizada.

Con su reciente concepto para la automatización de líneas transfer y células de procesamiento, basado en la tecnología de CNC estándar de Fanuc CNC y que reduce al mínimo la tecnología basada en PC, GE Fanuc pretende sobre todo ofrecer la máxima fiabilidad, simple mantenimiento, rápido servicio y un funcionamiento lo más económico posible. Permite equipar las máquinas individuales de una línea transfer o de una célula de procesamiento con un moderno sistema de control de CNC y una simple pantalla LCD en color de 10.4". Un PC se utiliza como sistema HMI/SCADA (línea transfer o PC célula), con el fin de registrar los datos de producción, comprobarlos y evaluarlos. Además, sirve de interfaz con sistemas de información (IT) de nivel superior. La separación del CNC y el PC hace posible que la línea transfer o la célula de procesamiento permanezcan completamente operativas, aunque se produzcan problemas en el PC. La principal ventaja de este concepto, que está siendo ya utilizado por algunos fabricantes de automóviles y proveedores de componentes, es la mayor disponibilidad y mayor facilidad de mantenimiento del sistema de control, que no está expuesto a los riesgos de la tecnología del PC, ni de otros componentes auxiliares.

Otra tendencia en alza: los usuarios desean obtener todos los componentes de automatización de una única fuente: el sistema de control, los accionamientos y, si es posible, los robots. GE Fanuc y FANUC Robotics responden a esta demanda, ya que todos los productos de Fanuc se han concebido como un sistema desde su comienzo y están óptimamente coordinados entre sí, ofreciendo un paquete de automatización. Esto evita problemas de interconexión, acelera la puesta en marcha y garantiza un proceso de producción fiable.