Robots en máquinas-herramienta. Máxima productividad gracias a la automatización inteligente mediante robots.

Documentación KUKA – Versión 1.0

Producción más económica, rápida y segura con máquinas-herramienta automatizadas. El grado de calidad y precisión exigido en la producción es cada vez mayor, mientras que los plazos de entrega son cada vez más cortos. Al mismo tiempo, la probabilidad de realizar fallos durante la producción de las piezas aumenta. Los lotes son cada vez más pequeños y, por consiguiente, el reequipamiento de las máquinas resulta más complejo. Y los costes salariales unitarios crecen.

En vista de la situación, ¿cómo es posible rentabilizar y aumentar la eficiencia de la pro-ducción? La subcontratación en países de menor nivel salarial está llegando a sus límites, pues las empresas necesitan cadenas de suministro cortas, personal especializado propio y leal para con la empresa, así como procesos de control de calidad eficientes.

Muchas de las empresas dedicadas al mecanizado con arranque de virutas podrían

ser mucho más competitivas si emplearan robots.

Existen estudios que demuestran que, en el 20 por ciento de todas las máquinas-herrami-enta, la automatización mediante robots mejoraría considerablemente la rentabilidad y el rendimiento de la producción. Sin embargo, sólo una pequeña parte de este 20 por ciento ha sido automatizada. Pues todavía existen ciertas reticencias frente al empleo de robots que, gracias al desarrollo tecnológico, ya no tienen razón de ser.

Los robots son, a día de hoy, mucho más rentables, seguros y sencillos de lo que se piensa en el sector. En la fabricación de herramientas y máquinas, los robots se amortizan por lo general en menos de dos años. Desde hace años, los robots se emplean en sectores con elevadas exigencias de seguridad, como es el caso de la técnica medicinal donde entran en contacto directo con personas. Además, su programación y manejo se han vuelto mucho más fáciles. Gracias al apoyo de los robots, los puestos de trabajo son más rentables y, por tanto, más seguros.

Comprobación rápida. Las empresas dedicadas al mecanizado con arranque de virutas, así como los usuarios de máquinas-herramienta, se preguntan: ¿Vale la pena emplear robots en mi caso de aplicación concreto? Las exigencias de calidad, la productividad, los costes salariales unitarios, la rapidez de suministro y la seguridad del lugar de producción son los aspectos fundamentales a considerar. Con ayuda del cuestionario breve es posible obtener una primera respuesta.

Sinopsis

KUKA White Paper – Automation of Machine Tools p 01

Índice

Automatización mediante robotsLos robots se han vuelto todavía más rentables, eficientes y sencillos.

Robots a día de hoy Los robots son rentables, seguros y fáciles de manejar.

Los robots aseguran los puestos de trabajoAumentar la productividad y asegurar los puestos de trabajo.

Caso práctico: Producción de componentes KR QUANTEC con escaso personal10% más de productividad gracias a la carga robotizada.

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Quick-Check ¿Está su producción preparada para el empleo de robots?

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Sinopsis Producción más económica, rápida y segura con máquinas-herramienta automatizadas.

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KUKA Roboter GmbH A nivel mundial, uno de los proveedores líder de robots industriales.

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Mayores exigencias de calidad, plazos de entrega más cortos, bajada de precios, mayor presión competitiva: estos son los retos que deben afrontar los fabricantes de herramientas y máquinas. ¿Existe para todo esto una solución común?

A menudo, la automatización mediante robots sería la respuesta correcta: los robots trabajan con elevada precisión. Incluso en el caso de piezas complejas y pesadas casi no existe desperdicio. Pueden emplearse durante las 24 horas del día sin perder absolutamente nada de su rendimiento. En turnos completamente automatizados con apenas personal, mejoran la utilización de la máquina y reducen los costes salariales unitarios. El potencial de los robots es, por tanto, enorme. Sin embargo, se aprovecha poco en el sector. Pero esta tendencia está empezando a cambiar.

Los nueve mayores retos para los usuarios de máquinas-herramienta

Los robots se han vuelto todavía más rentables, eficientes y sencillos. Existen estudios independientes que demuestran que gran parte del potencial de mejora no se aprovecha. Pues el 20 por ciento de todas las máquinas-herramienta podría emplearse con mayor rendimiento utilizando robots. No obstante, la tasa de automatización es de tan sólo un 1,5 por ciento.1¿A qué se debe esta actitud reservada? En numerosos sectores existen reticencias frente al empleo de robots que, gracias al desarrollo tecnológico, ya no tienen razón de ser.

Automatización mediante robots 01

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Encuesta en el sector (2011): El futuro del mecanizado con arranque de virutas en Alemania. (Participantes en la encuesta: 90)

Crecientes exigencias de calidad para las piezas a mecanizar

Creciente complejidad de las piezas a mecanizar

Mayor importancia de la relación cumplimiento de plazos-precio

Aumento de la importancia de los trabajos de posmecanizado (como el montaje)

Mayor presión competitiva a nivel nacional

Reducción del volumen de pedidos/trabajos de mecanizado con arranque de virutas

Reducción de precios para idénticas prestaciones

Mayor importancia de la relación calidad-precio

Creciente demanda de plazos de entrega cada vez más cortos

92%

85%58%

56%

43%

18%

65%

60%

88%

1 IFR. World Robotics Report 2012

Tiempo productivo durante la presencia de personal2

63 % - 84 %

99,995 %Periodos de baja3

3,3 %

0,005 %Horas de trabajo anuales

1.760

8.760

Aprovechamiento de la máquina-herramienta4

≈70%

≈100%

Robot Humano

Las objeciones más frecuentes contra el empleo de robots en una máquina-herramienta: Demasiado caros – Sin embargo la inversión en robots queda amortizada, en la mayoría de los casos, en un plazo de dos años. Demasiado peligrosos – Sin embargo, los robots se llevan empleando desde hace años en sectores con elevados requisitos de seguridad.Demasiado complicados – Sin embargo, los robots se han vuelto muy fáciles de programar y manejar.

En las siguientes páginas encontrará información actual sobre la rentabilidad, seguridad y comodidad de manejo de los robots. Además se muestran los efectos de la automatización sobre los puestos de trabajo.

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Los robots a día de hoy02

Los robots son rentables. El tiempo de amortización es corto y la productividad alta. El elevado y constante rendimiento de los robots los convierte en rentables: si bien es cierto que una persona trabaja de manera más rápida y eficaz que un robot, lo hace tan sólo durante los primeros 20 minutos. A partir de ahí, la concentración disminuye. Por el contrario, un robot trabaja durante las 24 horas con la misma calidad y sin interrupciones. Sin robots, las máquinas-herramienta obtienen un rendimiento de aproximadamente el 70 por ciento, con un robot pueden obtener casi el cien por cien. Pues los robots no necesitan hacer pausas.

Los robots no llegarán a sustituir nunca a las personas. Sin embargo, compensando sus puntos débiles, pueden asegurar la rentabilidad de la producción y, con ello, los puestos de trabajo. Gracias a los robots, el traslado de la producción a países de bajo coste salarial ha dejado de ser un opción, pues la automatización mediante robots es mucho más eficiente, rentable y segura.

2 GEO/Fábrica del año 2010 (productividad de los operarios de máquinas en Alemania durante los tiempos de presencia)3 DAK Informe sanitario 2011 (tiempos medios de baja por enfermedad)4 Evaluación de un fabricante alemán de automóviles con varios cientos de robots (el robot „falta“ cada 40.000 horas y tan sólo una media de dos horas)

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La adquisición de una célula de robot puede fácilmente duplicar los costes de inversión para una máquina-herramienta. No obstante, lo que cuenta es el tiempo de amortización. Y éste queda, a menudo, por debajo de los dos años, incluso en el caso de amplias gamas de piezas.

Lo que los robots rinden hoy en día. Los robots cargan piezas brutas en las máquinas-herramienta con rapidez y precisión y retiran a continuación las piezas mecanizadas. Sin embargo, ¿qué hacen mientras la máquina realiza el mecanizado? Cuanto más largos son los intervalos, mayor importancia cobran las tareas adicionales que realizan:

Los robots son seguros. Se emplean en sectores con elevados requisitos de seguridad. Desde hace años, ya no existen dudas sobre la seguridad durante el empleo de robots. Esto cobra especial importancia en muchos sectores en los que existen elevados requisitos de seguridad.

Hoy en día, los robots de KUKA se emplean con total naturalidad para el transporte de pacientes en salas de operaciones. Y el KUKA Robocoaster es el primer robot homologado para el transporte de pasajeros que tiene el certificado TÜV de conformidad con la EN 13814 (DIN 4112). Sus componentes estructurales y sus reductores están certificados al 100%.

Funciones de seguridad en la industria. Para el empleo industrial de robots se han creado funciones de seguridad propias. KUKA.SafeOperation, por ejemplo, se ocupa de asegurar la limitación y supervisión de las zonas de trabajo y protección. Y la parada de servicio segura permite la cooperación segura de hombre y máquina.

desbarbado carga y descargacambio de herramientas rotulado limpieza clasificación

Zonas de protección contraladas con KUKA.SafeOperationComprobación conforme a la ISO 13849-1 (Nivel de rendimiento d – Categoría 3)

KUKA.SafeOperation crea zonas de trabajo y protección para el empleo seguro del robot. El paquete de software y hardware asiste en la cooperación segura de hombre y máquina. Gracias a las funciones de control, en el robot no se precisa ningún control mecánico de la zona de los ejes. Todas las funciones pueden configurarse cómodamente.

Control de la velocidad y la aceleración en el espacio del robot e independientemente de la zonaConsulta de la posición actual del robot Configuración de célulasConfiguración de zonas de vigilancia, vallados de protección y salidas de aviso Reducción del espacio requerido Parada de servicio segura

Los robots son sencillos. Hoy en día es posible evitar esfuerzo innecesario en su concepción, programación y control.

Las siguientes cuatro opciones demuestran cómo es posible obtener una solución de fácil concepción, programación y control.

¿Es fácil de aprender el lenguaje de programación del robot? Cada fabricante programa sus robots con un lenguaje propio. Esto significa: cuanto más fácil de aprender sea este lenguaje, menor necesidad de formación existirá para el cliente. El lenguaje de programación de los robots KUKA – el KUKA Robot Language KRL – puede aprenderse en un par de días. Existen 30 centros de formación repartidos por todo el mundo. KUKA también ofrece soluciones que no precisan conocimientos de ningún lenguaje específico de robots.

¿En qué estadio se encuentra la integración de robot y máquina? KUKA y Siemens ofrecen una interfaz de usuario única para el robot y la máquina-herramienta. La interfaz CNC permite conmutar entre el control del robot y el de la máquina. La instalación completa puede manejarse desde el panel de operación de la máquina-herramienta, con el mismo lenguaje para la máquina y el robot. Ambos componentes se van integrando cada vez más, convirtiéndose así en centros de mecanizado.

Hoy en día es posible manejar el robot y la máquina-herramienta cómodamente desde un solo terminal a través de una interfaz de usuario homogénea.

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Un entorno para integrador y usuario final: mxAutomation permite programar y manejar la máquina-herramienta y el robot a través de las mismas herramientas de software. Las secuencias de movimiento del robot pueden programarse en el sistema de control Sinumerik y la configuración se realiza en el entorno Siemens S7. Así ya no es necesario disponer de conocimientos especializados en programación y manejo de robots. La diferencia existente de fondo entre el control de la máquina y del robot deja prácticamente de ser perceptible para el usuario.

Para clientes con conocimientos en configuración y programación de controles PLC.Para la configuración bastan conocimientos básicos en materia de robótica.Biblioteca de módulos para la planificación de movimientos y secuencias del robot, incluido el control de componentes como garra y puertas de protección. Cómodo manejo a través del panel de operación Siemens 840D sl.

¿Qué grado de homogeneidad presenta el entorno de desarrollo? Gracias a la base consistente de los datos y a la guía de usuario homogénea a lo largo del completo ciclo de vida del software, es posible reducir considerablemente el esfuerzo de programación para las células de robot. KUKA.WorkVisual es uno de estos entornos.

Layouts de célula y programación en 3DCómodo manejo mediante Copy & Paste o Drag & DropComprobación de la lógicaComparación de los entornos online y offline

¿Cómo es el software en cuanto a rendimiento y facilidad de manejo? La elección del software influye directamente en lo simple o compleja que puede resultar la programación y el control del robot y la máquina-herramienta. Hasta el momento sólo KUKA ofrece paquetes de software que permiten la programación y el control integrados del robot y la máquina-herramienta: KUKA.CNC y mxAutomation.

Con KUKA.CNC y mxAutomation ya no se precisan conocimientos de un lenguaje específico de robot.

KUKA.CNC abarca programas CNC para el control del robot. El robot se programa directamente a través de una cadena CAD/CAM.

Los robots pueden programarse en su totalidad en código G. Los programas pueden crearse y modificarse directamente en el sistema de control en código ISO. Aparte de la carga y la descarga, pueden programarse tareas como el desbarbado, el taladrado y el fresado. El robot se maneja a través de máscaras con las que cualquier usuario de máquina CNC puede familiarizarse pronto. Cambio sencillo y rápido entre control del robot y mecanizado CNC.

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Aumentar la productividad y asegurar los puestos de trabajo. ¿Suponen los robots un peligro para los puestos de trabajo? En un primer momento parece ser así. Pues, es cierto que los robots asumen muchas de las tareas del empleado. Sin embargo, si lo contemplamos en detalle, podemos ver claramente que, al aumentar la rentabilidad de la producción, los robots en realidad contribuyen decisivamente a asegurar los puestos de trabajo.

Los robots asumen tareas monótonas, extenuantes y en entornos sucios. Los robots asumen las tareas que, en caso contrario, tendrían que realizar los empleados. En muchos de los casos, se trata de trabajos para los que las empresas a menudo no encuentran personal. Pues a nadie le gusta realizar tareas monótonas, de gran esfuerzo físico y en entornos sucios.

Los robots aseguran los puestos de trabajo 03

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Gracias a los robots, las plantas de producción de alto nivel salarial ganan en compe-titividad. Sí, los robots ponen en peligro los puestos de trabajo, pero sólo si las empresas tuvieran que trasladar los puestos de trabajo a países de bajos sueldos por no emplear robots. Muchos encargos sólo pueden producirse de forma rentable si los costes salariales unitarios son bajos. En tal caso, sólo existen tres opciones: la primera, no aceptar encargos. Para los empleados no se habría ganado nada, pues se quedarían sin trabajo. La segunda, trasladar la producción a un país de bajos costes salariales. Los empleados de la planta central serían los perdedores. La tercera, realizar los encargos en colaboración hombre-robot. En este caso, la empresa genera beneficios sin que se pierdan puestos de trabajo en la planta central.

Desde el punto de vista económico, ¿por qué no vale la pena trasladar la producción? Trasladar la producción al extranjero para ahorrar costes salariales es una decisión dudosa, ya no sólo desde el punto de vista empresarial y del cliente. También para la empresa existen grandes desventajas: las largas cadenas logísticas pueden generar dificultades de suministro. La calidad sólo puede controlarse con dificultad o altos costes, por no nombrar los largos y costosos viajes que deben realizarse repetidamente. Además, la lealtad de los empleados que se encuentran lejos es incierta y el riesgo de espionaje industrial alto. Al final, como resultado, los costes de trasladar la producción acaban siendo más altos de lo que se ha intentado ahorrar.

La alternativa frente a despidos, el traslado o el cierre de la producción. El robot protege los puestos de trabajo donde las empresas y los usuarios de máquinas-herramienta prefieren ver a sus empleados: en la cercana planta central.

También en los centros de mecanizado automatizados se necesitan a los empleados. Sin embargo, sus tareas cambian. Se vuelven más interesantes y lucrativas.

En colaboración con robots, los empleados pueden realizar muchos más pedidos. Y los pedidos están ahí: a nivel mundial el volumen de trabajo aumenta. Sin embargo, muchos de ellos no son rentables, sobre todo si no los asume un robot. Éste los realiza por la noche, durante un turno con escaso personal. Al día siguiente, los empleados se ocupan de embalar y enviar los productos fabricados. Así queda más tiempo para formarse en el manejo de robots. Lo que resulta más gratificante que accionar día a día 320 veces la misma palanca.

Rentable internalización (insourcing) gracias a la automatización

Ventajas para la empresa Cadena logística corta Producción cercana al clienteMenor número de viajesControles de calidad sencillos, económicos y de ejecución segura Alta lealtad y productividad de los empleados

Ventajas para los empleados Supresión de trabajos monótonos, extenuantes y de gran suciedad Formación de perfeccionamiento Puestos de trabajo seguros

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Caso práctico: Producción de componentes KR QUANTEC con escaso personal

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KUKA ha automatizado la producción de componentes para robots de la serie compacta KR QUANTEC. La productividad aumentó un diez por ciento y la inversión se amortizará en 2,6 años o incluso mucho antes.

Para la producción de robots industriales KUKA también emplea robots. En abril de 2012, en Augsburgo, se puso en servicio un centro de mecanizado con arranque de virutas de Burkhardt & Weber. Aquí se mecanizan los componentes de la serie de robots KR QUANTEC.

El robot mecaniza, en alternancia, el brazo de oscilación y la columna giratoria de dos modelos de la serie compacta KUKA KR QUANTEC. Se ocupa de cargar y descargar la máquina- herramienta con componentes de hasta 1,5 m de longitud. Durante los tiempos muertos asume tareas de posmecanizado.

Máquina-herramienta. MCX 900 de la empresa Burkhardt & Weber Fertigungssysteme GmbH con sede en Reutlingen – equipada con un cambiador de palets doble. Un palet está equipado con dispositivos de sujeción para el brazo de oscilación, el otro con dispositivos para la columna giratoria.

Robot. Robot KUKA KR 500 L480-3MT. Gracias a su amplio campo de trabajo y la prolongación del brazo, el robot puede alcanzar sin problemas el almacén de material y el apartadero para las garras.

Unidad de control del robot. El robot se prepara, programa y controla con el software KUKA.CNC. De este modo es posible programar los movimientos del robot completamente en código G. Traducir los programas de la máquina al lenguaje del robot deja de ser necesario. Los usuarios controlan el robot a través de la misma interfaz de usuario que conocen de manejar la máquina-herramienta.

Los dispositivos de alimentación de material están dispuestos en mesas basculantes y pueden alojar ocho piezas respectivamente. El sistema de cambio de herramientas WWR1200 de la empresa sommer-automatic de Ettlingen está equipado con dos garras y un husillo de mecanizado del paquete KUKA.Milling.

El robot realiza la carga y asume otras cinco tareas de posmecanizado, pudiendo asumir aún más. Mientras se mecaniza una pieza en la máquina, el otro palet sale de la máquina y puede ser cargado con una nueva pieza. Durante la carga y descarga el ro-bot está equipado con una garra de manipulación. Para el modo de mecanizado, cambia la garra por un husillo de mecanizado. Con el husillo extrae del portaherramientas la herramienta necesaria. Existen cinco cepillos y herramientas de desbarbado distintos a disposición. En el apartadero de herramientas, hay sitio para otras cinco herramientas con las que poder realizar, así, tareas adicionales.

Colocación de la pieza en dos minutos en vez de en 15. Antes, el usuario debía cargar las piezas pesadas sobre la mesa de sujeción con ayuda de una grúa y colocarlas manualmente con mucho esfuerzo en el dispositivo de fijación de la máquina. Hoy en día, basta con colocar las piezas en los alojamientos del dispositivo de alimentación de material del robot. Así, se reduce considerablemente el tiempo necesario para la fijación de la pieza: para lo que el usuario antes necesitaba hasta 15 minutos, ahora el robot sólo necesita dos.

La inversión se amortiza en un plazo de 2,6 años. O incluso mucho más rápido. Pues se ha previsto aprovechar aún más los tiempos muertos y asignar otras tareas de la máquina-herramienta al robot, como, por ejemplo, los taladros en la columna giratoria y el brazo de oscilación. Así, el robot se vuelve más rentable.

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Para el servicio no se precisa casi personal y los turnos de noche están completamente automatizados

Se suprime el esfuerzo físico en la orientación precisa de la pieza.

Los costosos medios de sujeción empleados durante la carga y la descar-ga ya no pueden resultar dañados por la grúa.

Anualmente se mecanizan 300 componentes más que antes.

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El grado de automatización de las máquinas-herramienta va a aumentar. De momento no existen muchos datos en el sector que den constancia de lo rápido que se amortizan los costes de inversión de los robots en la fabricación de herramientas y máquinas, de lo eficaces que son los robots y de lo fácil que pueden programarse y controlarse. No obstante, siempre que se presentan las ventajas de la automatización, la resonancia es enorme.

Criterios de decisión. En el 20 por ciento de las máquinas-herramienta la automatización mediante robots supondría una ventaja. ¿Las máquinas también forman parte de su propia producción con arranque de virutas? Para ello, los siguientes criterios sirven de primera orientación.

Comprobación rápida: ¿Está su producción preparada para el empleo de robots?

SiSí, en algunos

casos No, nunca

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¿Le urge mucho aumentar su productividad?

¿Esperan sus clientes un elevado grado de calidad y precisión en el mecanizado? ¿Presentan las piezas a mecanizar un alto grado de complejidad?

¿Es importante para su empresa acortar los plazos de entrega?

¿Son los costes salariales unitarios relativamente altos?

¿Desea eximir al personal del manejo de tareas desagradables?

¿Desea aumentar el tiempo de servicio del husillo?

¿Es la tasa de piezas rechazadas relativamente alta?

¿Desea reducir el número de fallos de manipulación de las piezas, así como la tasa de piezas rechazadas?

¿Desea realizar más turnos sin aumentar los costes de personal?¿Son los almacenes intermedios, empleados entre los pasos de trabajo, demasiado grandes/caros?

¿Desea aumentar el atractivo de los puestos de trabajo?

¿Ha contestado a la mitad de estas preguntas con „sí“ o „sí, en algunos casos“? Enton-ces vale la pena analizar en detalle los costes y las ventajas de la automatización mediante robots, incluso en el caso de lotes pequeños. Concierte una cita con un experto de KUKA y éste le asesorará gustosamente sobre lo que tiene que tener en cuenta en su situación concreta.

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Sistemas robotizados para empresas dedicadas al mecanizado con arranque de virutas y usuarios de máquinas-herramienta. KUKA ofrece soluciones todo en uno para la auto-matización de máquinas-herramienta, desde robots y sistemas de control hasta paquetes de funciones y tecnologías.

KUKA Roboter GmbH

KUKA Roboter GmbH con sede en Augsburgo, es una empresa de la sociedad anónima KUKA y uno de los más importantes fabricantes de robots industriales de todo el mundo. Sus principales competencias son el desarrollo, la producción y la venta de robots industriales, unidades de control y software. Es líder del mercado en Alemania y Europa, y ocupa el tercer puesto a nivel mundial. KUKA Roboter GmbH cuenta con unos 3.464 empleados repartidos por todo el mundo. La facturación anual en 2013 ascendió a 754,1 millones de euros. La empresa cuenta con 26 filiales en los mercados más importantes de Europa, América y Asia.

Autor Andreas SchuhbauerKey Technology Management WZMKUKA Roboter GmbHHery Park 300086368 GersthofenTel: +49 821 4533 2812Móvil : +49 173 380 2366AndreasSchuhbauer@kuka-roboter.de www.kuka-robotics.com

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Robots & Controller KUKA

Asesoramiento & Ingeniería

KUKA College

Servicio de Asistencia Técnica

KUKARefurbishment

Contacto KUKA Robots IBÉRICA, S.A.Pol. IndustrialTorrent de la PasteraCarrer del Bages s/n08800 Vilanova i la Geltrú (Barcelona)EspañaTel.: +34 93 8142-353Fax: +34 93 8142-950www.kuka-robotics.com/spain/es/