Desarrollar un sistema de fabricación de herramientas con la intención expresa de que sirva de modelo para otros es una tarea exigente. Solo pueden tenerse en cuenta las máquinas más modernas dotadas de tecnología de control inteligente. A un nivel tan alto, se requiere una gran cantidad de trabajo de ingeniería.
Con el fin de consolidar la planta de Mercedes-Benz en Sindelfingen como centro de desarrollo, tecnología y conocimientos especializados, Daimler AG también está invirtiendo en este centro de equipamiento con un edificio adicional en la Tübinger Allee, conocido internamente con la abreviatura «TübA». Fue aquí donde, en 2015, se creó la nueva «Célula de producción 3», un centro de pruebas en el que no solo se fabrican herramientas de conformado de chapa para la carrocería de los vehículos, sino que también se prueban de inmediato.
Además de los requisitos fundamentales de Daimler en materia de máxima precisión, fiabilidad de los procesos, protección del medio ambiente y eficiencia energética, el director del centro, Günter Sprecher, estableció unos objetivos claros para el proyecto: «La nueva fábrica de tecnología está pensada para servir de modelo a otros fabricantes de herramientas. Y el centro de equipamiento desempeñará, a su vez, un papel fundamental en la fábrica de tecnología, ya que aquí se pueden reunir las competencias en materia de fabricación de herramientas e ingeniería de sistemas». Para cumplir todos los requisitos, todos los participantes en el proyecto tuvieron que abrir nuevos caminos, ya que, en el proceso, hubo que desarrollar numerosas funciones nuevas relacionadas con la tecnología de máquinas y de control.
Historia de éxito
Aún más moderna: la célula de producción 3
Un equipo sólido
Bajo su marca Droop+Rein, Dörries Scharmann, empresa perteneciente al Grupo Starrag, es conocida por sus máquinas de gran tamaño para la fabricación de herramientas especiales con cabezales de fresado intercambiables. Se le adjudicó el contrato para instalar el sistema con los dispositivos de protección adecuados, incluidos los accesorios. Para poder simular íntegramente el proceso de mecanizado, se decidió de antemano que las máquinas debían equiparse con controles numéricos Sinumerik 840D sl de Siemens AG. «Dado que este sistema de control se integra a la perfección en la cadena de procesos de Siemens NX prevista para el futuro, constituye uno de los factores que contribuyen a la fiabilidad del proceso», explica Ali Fidankök, director de proyectos de máquinas grandes en Daimler. Para garantizar que también se pudieran cumplir los requisitos de las especificaciones técnicas, los ingenieros de maquinaria necesitaban tener acceso completo a la tecnología de control. En consecuencia, este proyecto supuso el inicio de una estrecha colaboración entre Droop+Rein y Siemens.
31 %
Reduced machining time
El equipamiento
El sistema, que entró en funcionamiento a mediados de julio de 2015 tal y como estaba previsto, está compuesto por dos centros de mecanizado de pórtico T 30 55 PT R75 C y dos centros multifuncionales de alta velocidad FOGS 50 68 PT M40 C con diseño de pórtico alto. En combinación con un sistema de transporte de palés para piezas de hasta 40 toneladas y estaciones de trabajo robotizadas, entre otros, estas grandes máquinas interconectadas pueden mecanizar íntegramente las herramientas de conformado de chapa en una sola sujeción.
El proceso de mecanizado de las piezas fundidas sin mecanizar comienza en el centro de mecanizado de pórtico. Esta máquina ofrece una potencia de accionamiento de hasta 75 kW y un par de hasta 5500 Nm para cortes de alta resistencia. Cuenta con seis cabezales de fresado con un cambiador automático de cabezales, además de un cargador de herramientas basado en un robot de siete ejes. Esta máquina se encarga del trabajo pesado: aquí es donde se realiza el desbaste. El mecanizado y acabado de precisión, como el de las superficies activas que están en contacto directo con la chapa durante el prensado, se lleva a cabo posteriormente en las máquinas de centro de pórtico móvil alto de la serie FOGS. Cada una de ellas está equipada con cuatro cabezales de fresado intercambiables automáticamente, incluido un cabezal en forma de horquilla para diversos husillos de fresado motorizados.
El proceso y la tecnología empleados están diseñados para garantizar que las piezas puedan pasar a la siguiente fase en la prensa de prueba con el menor número posible de retoques, o incluso sin ninguno. «Hemos puesto esto en práctica y, al mismo tiempo, hemos reducido el tiempo de mecanizado de la pieza de aceptación definida de 36 a 25 minutos», afirma Ulrich Wiehagen, director de ventas y director de planta de Droop+Rein. «Las características superficiales del CNC contribuyen de manera importante a ello». Se utiliza el paquete tecnológico de fresado Sinumerik MDynamics, que permite alcanzar altas velocidades de mecanizado con un rendimiento de fresado excelente y visualmente atractivo gracias a una mejora en el movimiento de la herramienta. También se ofrece soporte mediante las últimas novedades en control de movimiento mecatrónico, como el control de avance basado en modelos Engineered Motion Control (EMC).
La medición cinemática aumenta la fiabilidad del proceso
Las máquinas con cabezales de fresado intercambiables presentan una cinemática compleja. Si, debido a una diferencia de temperatura, por ejemplo, existen dudas sobre la precisión de la máquina, o si se prevé realizar un mecanizado especialmente delicado o de alta precisión, la medición cinemática automática de los cabezales de fresado garantiza la fiabilidad necesaria del proceso. Basándose en el nuevo ciclo de medición C9960 de Siemens, Droop+Rein ha desarrollado un ciclo de medición y comprobación para todos los cabezales de fresado disponibles en la máquina, que resulta fácil y seguro de utilizar para el operador de maquinaria. La medición de la cinemática de la máquina se realiza de forma rápida y precisa, sin necesidad de llamar al servicio técnico ni de utilizar equipos especiales. Gracias a la sonda de medición de serie de la máquina y a una bola de calibración cerámica de alta precisión, el operador puede verificar de forma reproducible un cabezal de fresado en menos de una hora. Cambia la sonda de medición, coloca la bola de calibración, abre el programa, ejecuta el proceso automático, comprueba los resultados, aplica los valores de corrección si es necesario... ¡y listo! Para nuevas aplicaciones del sistema, como la implementación de esta medición cinemática ampliada, se requieren en el sistema de control lo que se conoce como «cadenas cinemáticas». Se trata de una descripción estandarizada de la estructura cinemática. Aunque suenen abstractos y pasen desapercibidos para el usuario, facilitan la implementación de otras funcionalidades futuras, lo que hace que las máquinas estén preparadas para el futuro.
Fácil manipulación: desplazamiento en la orientación de la herramienta
La posibilidad de desplazar la fresa junto con el cabezal de fresado en una amplia variedad de situaciones de trabajo, independientemente de la orientación de la herramienta, facilita enormemente el trabajo a los operaradores de maquinaria. Para la implementación de este eje Z virtual en la dirección de la herramienta, se utilizó por primera vez el nuevo sistema de coordenadas de la herramienta (TCS) disponible en el sistema de control. Según la orientación de la herramienta y del cabezal de fresado en la zona de trabajo, cuando se desplazan, las partes correspondientes del desplazamiento se distribuyen a lo largo de los ejes de la geometría lineal.
Protección del medio ambiente y eficiencia energética
El equipamiento de la nueva célula de producción 3 no solo debe garantizar un funcionamiento impecable y altamente productivo en las tareas de mecanizado propiamente dichas; la protección del medio ambiente y la eficiencia energética fueron otros aspectos importantes en la ejecución del proyecto. El exigente objetivo fijado por la dirección general del proyecto de Daimler, encabezada por Ulrich Funk, de reducir el consumo energético en un 40 %, se logró con éxito gracias al intenso trabajo de todos los participantes en el proyecto. Se había tenido en cuenta todo, desde la iluminación LED de la máquina y el equipamiento de las mismas con motores asíncronos de alta eficiencia de Siemens de clase de eficiencia energética IE3, hasta la compensación de la potencia en reposo. Esta última no es simplemente una compensación de la potencia en reposo convencional, puntual y predefinida. En cambio, responde automáticamente a los distintos estados de carga de la máquina, que se producen cada vez que se activan o desactivan los transportadores de virutas, las unidades, etc. De este modo, la potencia en reposo se compensa de forma automática, permanente y casi total. Ulrich Wiehagen: «De este modo, se optimiza el consumo eléctrico y los costes energéticos se limitan prácticamente a la potencia activa».
Un concepto de servicio y mantenimiento moderno garantiza la fiabilidad de los procesos
Droop+Rein también ha implantado aquí un concepto de servicio y mantenimiento moderno y con visión de futuro. El estado y la calidad de las máquinas herramienta se supervisan continuamente mediante la función «Analyze MyCondition» del paquete de software Sinumerik Integrate, lo que garantiza un funcionamiento fluido de las máquinas y reduce al mínimo las paradas no programadas. Esta es otra pieza del rompecabezas, nada desdeñable, que contribuye a la fiabilidad del proceso del sistema.
Hasta tres en un santiamén
Tras la puesta en marcha de la célula de producción número 3 en julio, se implantó el régimen de tres turnos ya a principios de agosto de 2015. Todos los participantes están muy orgullosos del resultado. De acuerdo con el lema del Grupo Starrag, «Diseñamos con precisión lo que usted valora», se implementaron los requisitos exactos estipulados para Daimler AG en el sistema de fabricación más moderno para herramientas de conformado de chapa. La prueba de este éxito se puede ver en la fábrica de tecnología de TübA: como un sistema de fabricación de herramientas ejemplar.