Robots de trayectoria precisa que actúan como máquina herramienta

En colaboración con Siemens, Maucher CNC-Robotic está a punto de revolucionar muchas áreas de la producción CNC. Los robots estándar controlados por CNC se encargan de tareas como el encolado (bonding), tecnologías de cierre(hoop-and-loop fastening), el corte por agua (water jet cutting), el desbarbado (deburring), el remachado (riveting) y otras actividades en las células de mecanizado. Las innovadoras células robotizadas llevan muchos meses funcionando bien en aplicaciones prácticas en el proveedor de automoción Maucher Formenbau. Mientras tanto, Maucher está ofreciendo las soluciones robóticas CNC desarrolladas inicialmente para la producción interna también a otros clientes.

Un robot mecaniza piezas en varios espacios de trabajo

El empleado de Maucher Formenbau saca de la prensa la pieza en bruto para el revestimiento del techo del vehículo. Para el precortado, coloca el revestimiento del techo (roof liner) en un molde que está sujeto a una mesa de piezas de trabajo en una célula que, por lo demás, está vacía. La puerta de la célula se cierra y el operario inicia el programa NC en el CNC utilizando un panel de operador portátil. A continuación, el brazo del robot se introduce en la célula desde arriba. Acompañado de movimientos aparentemente sin esfuerzo del brazo del robot y de la mesa de piezas, el robot se desplaza con precisión sobre las complejas curvas del molde y sobre todos los recortes con una boquilla para el corte por agua. Nada más terminar esta tarea, el brazo del robot sale de la célula y desciende hasta una célula adyacente donde otro empleado ha colocado otra pieza moldeada para su corte.

Mecanizado preciso y controlado en continuo por un robot

Lo que parece tan poco espectacular y común en la planta de producción de Maucher Formenbau es en realidad una pequeña revolución en la robótica y la producción CNC. "En realidad, he trabajado en el desarrollo y la puesta en marcha de aplicaciones robóticas durante muchos años. Antes, los robots se limitaban a tareas de manipulación, ya que estaban controlados por sistemas punto a punto (point-to-point systems). Utilizarlos para realizar operaciones de mecanizado más complejas o más precisas era imposible", nos cuenta Dirk Brissé, Director General de Maucher CNC-Robotic. Entonces, un antiguo colega, Patrick Bartsch, le llamó y le dijo que quería desarrollar robots que pudieran utilizarse para el mecanizado (for machining). "Instintivamente lo rechacé. Pero luego me entusiasmó la idea y al día siguiente acepté participar", dice Dirk Brissé.

El empleado inicia el programa de NC para el robot utilizando un panel de operador portátil.

SINUMERIK Run MyRobot: una idea electrizante

Los dos socios, ávidos de innovación, fueron entonces a llamar a las puertas de muchos fabricantes de robots con su idea. Sin embargo, casi nadie compartía su entusiasmo, probablemente porque el negocio de la robótica estaba en pleno auge y los fabricantes ya contaban con enormes ingresos por simples operaciones de manipulación. "Entonces oímos hablar de Comau y de su integración en SINUMERIK Run MyRobot. También en este caso, el campo de aplicación principal era la manipulación, pero el robot Comau estaba controlado por el CNC y se sincronizaba así con la máquina herramienta. Y esto es lo que realmente nos electrizó: los desarrolladores de Siemens habían integrado la cinemática del robot Comau en el CNC, estableciendo así un control de trayectoria continua para robots. Y, además: el robot podía beneficiarse de todas las ventajas del SINUMERIK 840D sl: gemelo digital, simulación de mecanizado (machining simulation), seguridad integrada, programación mediante software CAD/CAM, etc.". Esto significa que ya no es necesario un especialista en robots para programar las tareas de mecanizado. En el futuro, los expertos en CNC de la producción, con todos sus conocimientos sobre los procesos de producción y los materiales, podrán realizar el trabajo.

Run MyRobot/Direct Control: SINUMERIK Run MyRobot está disponible en varias versiones.

La producción interna como campo de pruebas

Los dos desarrolladores también consiguieron que Peter Strittmatter, director general del proveedor de automóviles Maucher Formenbau, se interesara por su idea: "Nuestro ámbito de actividad es el suministro de revestimientos de techo, alfombrillas, revestimientos de pasos de rueda y materiales híbridos para pequeñas producciones, marcas de lujo y vehículos especiales, como limusinas blindadas. Aquí se requiere flexibilidad, junto con una alta calidad. La clave de la cuestión es la siguiente: la fabricación con máquinas especiales apenas merece la pena con estas cantidades, y nos enfrentamos con nuestros límites en cuanto a rendimiento, calidad, eficiencia y ergonomía para nuestros empleados si nuestros procesos son puramente manuales. La idea de utilizar robots precisos y flexibles para el mecanizado y de poder programarlos como un CNC me pareció muy emocionante".

• Un trabajo minucioso y físicamente exigente: pegar con precisión la cinta autoadhesiva a un material blando

  
  

Mientras tanto, las soluciones completas que se desarrollaron a partir de la idea llevan varios meses haciendo un trabajo fiable en la planta de producción de Maucher. No muy lejos de la planta multiestaciónde corte por agua (multi-cell plant for water jet cutting), hay una célula en la que se utiliza un robot con un cabezal de aplicación múltiple para tecnología de cierre con cinta autoadhesiva (hook-and-loop tape) a los revestimientos del techo de los vehículos. Estas cintas se utilizarán posteriormente para fijar los revestimientos del techo a la chapa (bodywork). Una boquilla dispensadora situada en el brazo del robot aplica primero líneas largas o puntos individuales de adhesivo. Después de cada recorrido completo, el cabezal del robot realiza una pequeña rotación, vuelve a recorrer las líneas y los puntos y aplica cinta autoadhesiva de un gran rollo en el cabezal, la presiona y la corta a medida, todo ello perfectamente controlado por un SINUMERIK 840D sl.

"Este trabajo requiere precisión y también era extremadamente exigente físicamente para nuestros empleados debido a la presión que había que aplicar. Incluso teníamos el simple problema de que los empleados no podían llegar lo suficientemente lejos cuando se trataba de revestimientos de techo para furgonetas y minibuses. Ahora esta tarea se realiza automáticamente, para un gran número de revestimientos de techo y tipos de vehículos diferentes", afirma Peter Strittmatter.

El cabezal combinado del robot aplica primero el adhesivo al revestimiento del techo de la furgoneta...

  … y luego, con un movimiento preciso, la cinta adhesiva.

• Soluciones completas con costes calculables

  
  

"Esta es otra diferencia con respecto a los fabricantes de robots normales. No ponemos en marcha ningún proyecto robótico que requiera mucho tiempo y sea arriesgado. Simplemente ofrecemos soluciones completas con costes calculables. Utilizando nuestra propia planta de producción como banco de pruebas, desarrollamos una solución de proceso que luego podemos entregar como un producto acabado que incluye una célula estándar, un robot estándar, el controlador SINUMERIK y la certificaciónCE para toda la unidad". Uno se da cuenta de lo importante que es la experiencia práctica al ver que a los dos desarrolladores sólo se les ocurrió la idea de colocar el robot, no en la célula, sino por encima de ella, en un marco colocado a un lado, cuando estaban trabajando en la aplicación práctica. Así se ahorra espacio, tanto en la huella como en el espacio de trabajo de la máquina herramienta. Permite que un solo robot opere en varias células sin demasiado esfuerzo, optimizando así los tiempos de preparación.

Soluciones completas con una célula estándar y un robot estándar: Dirk Brissé (Director General de Maucher CNC-Robotic), Oliver Freisler (Siemens) y Ralph Schäfer (Director Técnico de Maucher CNC-Robotic).

• Cabe en un camión totalmente montado

  
  

Incluso la célula más grande completamente montada puede caber en un camión. Las células pueden montarse en la planta de producción en tan sólo unas horas. Incluso en el caso de aplicaciones como el corte por agua, sólo hay que montar los robots y las células. No se necesitan anclajes ni cimientos especiales. Desde el punto de vista de la ingeniería de procesos, la célula constituye una máquina-herramienta CNC clásica una vez que se ha configurado. Los programas pueden crearse y simularse en la secuencia digital habitual mediante programas CAD/CAM; las herramientas y los dispositivos de sujeción se prueban automáticamente, y las funciones de "seguridad integrada" de SINUMERIK también están operativas.

Hasta aquí, todo esto es territorio conocido. Pero las células robóticas también abren nuevas posibilidades. Los ocho ejes permiten nuevas y más eficientes estrategias de mecanizado y tiempos de ciclo más cortos - en algunos procesos hasta un 30% mejor que las clásicas máquinas herramienta de 5 ejes. Los robots y las células pueden utilizarse para diferentes tareas en función del cabezal de aplicación. La protección de la inversión también es impresionante: "Si un proceso o una máquina se quedan obsoletos debido a cambios en la cartera de pedidos, puedo reequipar el robot para otros procesos", afirma Peter Strittmatter.

Las células estándar con una puerta enrollable y un marco de soporte de acero constituyen el espacio de trabajo de los robots CNC. Estas celdas pueden transportarse fácilmente en camión y montarse en la fábrica sin necesidad de una cimentación especial.

¿Qué pasará después?

• Aplicaciones robóticas para otros clientes

  
  

Desde hace unos meses, Maucher ya no sólo construye sistemas robóticos para la producción interna, sino también para otros clientes, basándose en el proyecto Comau Run MyRobot implementado con SINUMERIK 840D sl. Las células robotizadas para aplicaciones que ya funcionan desde hace tiempo en Maucher Formenbau son el objetivo principal en este momento. Sin embargo, se están desarrollando simultáneamente otras aplicaciones para el innovador campo de la robótica CNC. "Las aplicaciones más interesantes para nosotros en este momento son las aplicaciones de mecanizado (machining applications) que pueden arreglárselas con cargas (payloads) más pequeñas. Actualmente estamos probando células robotizadas para procesos como el pulido y el desbarbado (deburring), por ejemplo. La demanda de esta aplicación es cada vez mayor, sobre todo en el caso de los materiales compuestos, y también puede llevarse a cabo con robots para cargas útiles pequeñas y medianas", explica Dirk Brissé.

Ralph Schäfer programando un robot en código G en el terminal de control móvil del CNC SINUMERIK 840D sl.

"La robótica CNC con SINUMERIK y Run MyRobot es perfecta para sincronizar inicialmente los robots de las máquinas herramienta con los procesos de mecanizado, sin necesidad de programadores especializados en robótica. Además de las tareas de manipulación, el robot controlado por CNC también puede realizar operaciones de desbasteo de mecanizado en paralelo. Esto supone un valor añadido para el concepto de planta, así como una reducción de los tiempos de producción. Ejemplos como los de Maucher y los primeros prototipos con robots móviles en la fabricación de aviones dejan claro que la robótica CNC también tiene un enorme potencial en el campo del mecanizado. Aquí sólo estamos al principio del camino, por ejemplo, en lo que respecta al desarrollo y la programación del mecanizado de 8 ejes. Estoy impresionado por la flexibilidad y la esbelta configuración de las células robóticas ofrecidas por Maucher CNC-RobotiC, basadas en SINUMERIK 840D sl, y por el hecho de que la programación puede ser realizada por expertos en CNC en los procesos habituales y probados", afirma Oliver Freisler, que presta apoyo de Siemens a los desarrolladores en Friedrichshafen.

Robótica CNC: las ventajas

Maucher CNC-Robotic ofrece células robóticas estandarizadas para tareas como el corte por agua (water jet cutting), el encolado(bonding), tecnologías de cierre (hook-and-loop fastening) o el desbarbado (deburring). El control de los robots mediante los CNC SINUMERIK con Run MyRobot ofrece un enorme potencial. Algunos fabricantes de aeronaves incluso han empezado a utilizar robots móviles controlados por CNC.

La tecnología ofrece una serie de ventajas fundamentales desde la perspectiva de los OEMs:

• El control a través del CNC permite una mayor precisión en el cálculo de la trayectoria de los robots.

  
  

• En función del cabezal de laaplicación, los robots pueden utilizarse para diferentes tareas de mecanizado.

  
  

• Los robots se programan mediante código G, lo que resulta muy eficaz, ya que la programación puede basarse en herramientas y procesos ya establecidos para las máquinas herramienta. No es necesario conocer las herramientas de programación, normalmente patentadas, de los distintos fabricantes de robots. Los procesos se integran de la misma manera que con una máquina herramienta clásica.

  
  

• Con un CNC de la familia de controladores SINUMERIK se integran muchas funciones hasta ahora desconocidas en la robótica: verificación de herramientas/cabezales, verificación de piezas, compensación, seguridad integrada, control de colisiones, simulación, gemelo digital y muchas más.

  
  

• En las soluciones de Maucher CNC Robotik, los brazos del robot colocados a un lado se mueven hacia las células desde arriba. Esto ahorra espacio y permite utilizar el robot para operaciones paralelas en varias células. El alcance de los robots, de hasta 310 cm, permite el mecanizado de piezas grandes.

  
  

Ventajas de alcance: un robot CNC puede operar en varias células. Un grupo de células se utiliza para el corte por agua en la planta de fabricación de Maucher.

Manuel Sánchez Gallizo, 

SINUMERIK Product Manager para España y Portugal

Este artículo aparece publicado en el nº 538 de Automática e Instrumentación págs. 49 a 51.