En un mercado en continuo cambio y cada vez más exigente en términos de personalización y productividad, el fabricante de una máquina debe además garantizar la seguridad de la máquina y, por ende, la del operario. La automatización y la digitalización, se erigen como las herramientas para afrontar estos retos. En este artículo, repasamos las necesidades de seguridad en el mercado de la máquina-herramienta, la evolución en las soluciones y presentamos un caso de uso.

Situación y necesidades actuales

Una máquina herramienta es un sistema complejo que puede entrañar riesgos para el operario que la manipula. Desde hace décadas, existe una normativa que regula los requisitos que debe cumplir toda máquina para garantizar la seguridad del operario y que obliga al fabricante de la máquina a realizar un análisis de los riesgos y a definir en base a ellos, su estructura y componentes para conseguir el nivel de seguridad (Performance Level según la EN ISO 13849-1) requerido.

Se necesita, por lo tanto, personal cualificado que determine los riesgos particulares de cada tipo de máquina y defina las soluciones a implementar en ella. Debe identificar y analizar todos los posibles escenarios de funcionamiento (por ejemplo, acceso a almacén de herramientas de corte, manipulación del cabezal, movimientos de los ejes verticales en los pórticos, etc) y predecir a partir de ellos las acciones que pueda realizar el operario, para hacer que la máquina reaccione minimizando así el riesgo de que sufra un accidente. Se hace por ello también necesario un sistema de automatización capaz de implementar estas acciones y además cumplir con los requisitos de seguridad que la normativa le requiere, como se detalla más adelante.

El gemelo virtual de los controles numéricos de última generación reproduce todos los escenarios de seguridad de máquina y reduce los tiempos de desarrollo.

En la actualidad, el fabricante de máquina herramienta se encuentra con la necesidad añadida de producir máquinas seguras según una normativa cada vez más exigente, con una mayor dispersión en sus tipos debido a la personalización que demanda el mercado y en el menor tiempo de puesta en el mercado posible.

Soluciones y tendencias en la automatización segura

Los requisitos que la normativa requiere para la automatización se fundamentan en la duplicidad, esto es, debe haber dos sistemas realizando las mismas acciones y en el mismo momento, de tal forma que, en caso de fallo de uno de ellos, el otro sistema lo detecta y realiza la acción segura que corresponda (por ejemplo, parada segura o cambio a velocidad reducida segura).

Hasta ahora, esta duplicidad en la máquina herramienta se realizaba entre el control numérico y el autómata de la máquina, y demandaba de una laboriosa programación manual tanto en uno como en otro componente.

En la nueva generación de controles numéricos, el autómata está certificado en seguridad, lo que permite que la programación de las acciones de seguridad sólo haya que realizarla en este último componente. Este hecho, unido a una interfaz sencilla, permite aplicar la seguridad de máquina de una manera mucho más flexible y en tiempos reducidos a cualquier tipo de máquina.

El gemelo virtual de los controles numéricos de última generación reproduce todos los escenarios de seguridad de máquina y reduce los tiempos de desarrollo.

Otra nueva tendencia que simplifica la aplicación de la seguridad en máquina es la del gemelo virtual. Gracias a esta tecnología, tanto la máquina como su automatización y, por lo tanto, sus comportamientos y reacciones para garantizar la protección del operario, pueden ser simulados en un entorno virtual antes de la construcción física de la máquina. Esto reduce significativamente el tiempo de aplicación y aporta mayor garantía de una cobertura completa de los escenarios de riesgo.

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Caso de uso: Máquina de soldadura por fricción de Lagun y Ekide, junto con el Centro Tecnológico Lortek, para componentes de baterías de alto valor añadido empleando el CNC Sinumerik ONE de Siemens

Lagun, fabricante de máquina-herramienta, y Ekide, proveedor de componentes de alto valor añadido, junto con el centro tecnológico especializado en tecnologías de unión Lortek, han desarrollado una nueva máquina de tecnología para la soldadura por fricción dirigida a la industria del transporte. Para ello, han elegido el CNC de última generación Sinumerik ONE de Siemens, que incorpora las funcionalidades de gemelo virtual y de seguridad integrada.

La tecnología que ha desarrollado Lagun y Ekide consiste en soldar distintas aleaciones de aluminio sin añadir material, aprovechando la baja temperatura que se generado mediante fricción. De este modo, previene deformaciones térmicas que puedan producirse con los procesos convencionales, evitando consiguientes postprocesos para el enderezado de las piezas. Adicionalmente, esta novedad tecnológica ofrece varias ventajas en comparación con un proceso convencional. Por ejemplo, una gran calidad de las uniones soldadas asegurando la estanqueidad, además de la posibilidad de soldar aluminios actualmente no soldables, realizar uniones disimilares y distorsiones reducidas. Este proceso es completamente automático y repetitivo, y contribuye con la causa sostenible al disponer de un bajo consumo energético.

En consecuencia, la máquina presenta varios escenarios de seguridad, como la necesidad de garantizar un acceso seguro del operario a la zona de soldadura para control del proceso o la de realizar una parada segura. Con el autómata Simatic 1500F de última generación que incorpora el control, se ha programado la seguridad de manera única en el autómata y con lenguajes de programación habituales (KOP, FUP) ampliamente conocidas por el colectivo de operarios de máquina herramienta. Se ha utilizado también para la programación el entorno TIA Portal, plataforma que simplifica la estructura de los programas y mejora la integración de todo el catálogo de la automatización en la máquina herramienta.

La tecnología que ha desarrollado Lagun y Ekide consiste en soldar distintas aleaciones de aluminio sin añadir material, aprovechando la baja temperatura que se generado mediante fricción.

El desarrollo de las máquinas de soldadura de FSW ha sido llevado a cabo por Lagun, que se ha centrado en conceptualizar, diseñar y montar la máquina utilizando Sinumerik ONE para simular y probar en un entorno 100% virtual los procesos de trabajo y la seguridad de máquina. Por otro lado, Ekide analizó los sectores en los que resultaría interesantes utilizar esta tecnología y será quien explote el prototipo creado. Lortek, por su parte, colabora definiendo los requerimientos tecnológicos y en el diseño de los demostradores para validar la tecnología utilizada. 

La máquina-prototipo se ha desarrollado a través del proyecto LIGHTBEE, impulsado por Smart Eureka, y financiado por el CDTI. Aitor Agirre, director general de Lagun Machine Tools, explica que pretenden “implementar todas las tecnologías relacionadas con el control numérico, la digitalización y la conectividad que hoy en día se aplica en el mundo de la máquina herramienta a este nicho de mercado”. Hoy en día, Lagun, Ekide y Lortek continúan desarrollando los procesos y maquinaría necesaria para unir las bandejas de baterías de vehículos eléctricos mediante Friction Stir Welding (FSW) – soldadura por fricción.

Gracias a este CNC de última generación, el desarrollo de la máquina y su seguridad se han realizado en el entorno virtual, mejorando notablemente el tiempo de puesta en servicio con respecto a los tradicionales procesos en los que es necesario estar conectado a la máquina real.

Borja Zárate Echeverría

Director de Motion Control en Siemens S.A.

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Este artículo aparece publicado en el nº 02 de Metales&Máquinas págs. 38 a 40.