Accionamientos de cabezal y accionamientos piñón-cremallera sin juego

DMG elige accionamientos Redex para un mecanizado de máxima precisión en su última fresadora pórtico

Redacción Interempresas19/07/2013

Las fresadoras DMU 600P de pórtico de DMG han sido diseñadas para mecanizar piezas de gran tamaño - hasta 40 toneladas - con unos niveles de velocidad, dinámica y precisión muy altos. La incorporación de innovadores sistemas de accionamiento permite al sistema de cinco ejes conseguir una alta versatilidad mediante un único ajuste. DMG trabaja en este campo conjuntamente con Redex. El especialista europeo en accionamientos de precisión equipa los ejes X, Y, y C con sistemas de accionamiento lineales y rotacionales. No obstante, los accionamientos de precisión de Redex también se utilizan en otros ejes motrices de esta máquina, así como en el accionamiento principal del cabezal de fresado.

La fabricación de grandes piezas como moldes o sistemas de estampación para piezas de carrocería de coches requiere las más altas prestaciones y precisión en el mecanizado. Los requisitos de mecanizado para las carcasas de motores marinos diésel son igualmente muy estrictos. Las piezas a mecanizar pesan varias toneladas y, aunque suelen tener varios metros de longitud, cada micra es crucial.

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Andantex Iberia estará presente en el salón BIEMH. Stand: Pabellón 1 /F12 G13

Mecanizado preciso de componentes pesados

Con este objetivo, DMG ha desarrollado las fresadoras de pórtico de la serie DMU P. El modelo más grande de la serie, DMU 600P, ha sido concebido especialmente para realizar operaciones de fresado y torneado de alta precisión en dimensiones de pieza XXL, siendo los desplazamientos máximos de 6.000 x 4.200 x 1.500 mm (ejes X/Y/Z) y hasta 2.000 mm en el eje W. El peso de las piezas en bruto puede alcanzar hasta 40 toneladas. A su vez, la DMU 600P garantiza velocidad y flexibilidad máximas, ya que se trata de una máquina diseñada para el torneado y fresado de 5 ejes en una única atada de pieza.

Alta precisión en desplazamientos largos

Uno de los mayores retos para los diseñadores de DMG fue garantizar la más alta precisión de mecanizado en desplazamientos tan largos. En este sentido, los accionamientos lineales juegan un papel predominante. Florian Garbarsky, director de proyecto de DMG en Pfronten: “Los accionamientos deben tener juego cero, con una precisión que pueda mantenerse durante miles de horas de servicio afrontando fuerzas elevadas directamente relacionadas con los 60 kW de potencia del cabezal”. Así, en desplazamiento superiores a 6 metros se alcanza una precisión hasta +/- 0,0075 mm, con aceleraciones que pueden llegar a los 3 m/s2. Por tanto, un máximo nivel de precisión, rigidez y evitar dilataciones térmicas son prerrequisitos a tener en cuenta a la hora de diseñar la máquina completa. Con esas condiciones de longitud de desplazamiento y niveles de precisión, la tecnología de transmisión de husillos a bolas fue desestimada para esta máquina.

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La fresadora de pórtico DMU 600P ha sido desarrollada para el mecanizado preciso y flexible de componentes de gran tamaño.

Accionamientos piñón-cremallera

Para garantizar el nivel de rigidez, los diseñadores de DMG han seleccionado con mucho cuidado unos sistemas de accionamiento adecuados. Como dijo Florian Garbarsky: “Tras un proceso de benchmarking exhaustivo, nos hemos decantado por los accionamientos piñón-cremallera sin juego angular de Redex”. Incluso en el eje C (eje rotativo del cabezal), un accionamiento de precisión TwinDrive asegura un movimiento y un posicionamiento muy precisos. Se puede apreciar también cómo los dos husillos a bolas verticales del travesaño W están mejor sincronizados gracias a dos reductores servoplanetarios de Redex.

Accionamiento de cabezal

Para ofrecer alta productividad con un elevado par a velocidad baja se ha montado un reductor de dos velocidades y refrigerado por agua de la serie RAM de Redex 'en línea' e integrado dentro del carnero (entre el motor directo y el cabezal).

Ejes X e Y: accionamientos piñón-cremallera 'Twin Drive' sin juego angular

Según el principio mecánico de los accionamientos piñón-cremallera, siempre existe cierto juego angular que afecta a la precisión de la posición de los mismos. Sin embargo, este límite no afecta a los sistemas 'TwinDrive' de Redex, ya que la compañía ofrece los accionamientos piñón-cremallera con juego 'cero'. El principio básico consiste en dos reductores completamente sincronizados que se utilizan en paralelo (motor + reductor planetario). Uno de los dos servomotores actúa como motriz y el otro como freno, asegurando así una precarga constante entre los dos piñones y la cremallera. Esta solución elimina completamente el juego angular y ofrece un movimiento y un posicionamiento de máxima precisión. Y ese mismo principio fue el que se aplicó tanto en el eje X de la DMU600P de 6.000 mm de longitud, en el eje Y de 4.200 mm longitud, así como en el eje rotativo C del cabezal.

Para el eje X se eligieron accionamientos DRP llave en mano, formado por 2 reductores planetarios alojados en una carcasa universal cada uno de ellos con su respectivo servomotor. En el eje Y se optó por los reductores planetarios KRPX, incorporados a sendos lados del carro. Asimismo, se utilizó un DRP para el eje rotativo del cabezal (eje C). El CNC de la máquina se encarga de la sincronización y de la precarga de los accionamientos 'TwinDrive' de cada uno de estos 3 ejes mencionados.

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Se muestra el DRP TwinDrive en el extremo de la cremallera del eje X.

La rigidez del accionamiento contribuye a obtener altas dinámicas y máxima precisión

Aunque es un requisito indispensable eliminar el juego angular en los accionamientos mediante la precarga, esto no garantiza alcanzar la máxima precisión requerida ni la mejor calidad de las superficies. Para ello es imprescindible disponer además de una óptima rigidez global, controlar las variaciones de temperatura y disponer del menor error de transmisión, es decir, exactamente las características clave intrínsecas a los reductores planetarios de Redex. Así, los accionamientos seleccionados proporcionan valores extremadamente altos en rigidez lineal y les permite garantizar una excelente precisión de posicionado, superficies de mecanizado y repetibilidad. Para garantizar esta rigidez los reductores están equipados con cojinetes de salida montados en el sistema patentado por Redex de eje-piñón de salida. En sí el conjunto de cojinetes está compuesto por dos rodamientos de rodillos cónicos precargados y extragrandes, instalados lo más cerca posible del punto de contacto de carga de los piñones. El alojamiento del reductor ha sido mecanizado con extrema precisión y cuenta con un diseño optimizado para ofrecer la máxima rigidez, independientemente de la dirección de la carga. Su diseño no solo asegura una rigidez a un par muy elevado, sino que se consigue la mayor rigidez en todas las demás direcciones, incluyendo en la flexión radial que, según las exhaustivas pruebas llevadas a cabo por Redex, es la causante de casi el 60% de la deformación total en un accionamiento piñón-cremallera. Por tanto, la flexión se reduce considerablemente y la frecuencia natural del eje mejora mucho, permitiendo velocidades de aceleración más altas y mover masas más pesadas, a la vez que se cumplen unos requisitos de precisión más rigurosos.

Las ventajas, además de técnicas, son también económicas

Por último, si bien no menos importante, DMG considera que los accionamientos de Redex ganan la partida, no solo desde el punto de vista técnico, sino también desde el económico. Según un estudio detallado de costes llevado a cabo por el fabricante de máquinas, ninguna otra solución técnica de similar precisión puede superar el mejor TCO que ofrece Redex con sus accionamientos piñón-cremallera para un desplazamiento de 6 m en el eje X.

Un concepto versátil

La amplia gama de productos de Redex destinada a accionamientos de máquinas-herramienta permite que los ingenieros puedan elegir libremente entre un abanico ilimitado de posibilidades, independientemente de la rigurosidad de los requisitos técnicos. Redex ofrece su concepto de piñón-cremallera en diferentes variantes, por ejemplo, con precarga eléctrica o mecánica, de las cuales DMG optó por la sincronización eléctrica. Por otro lado, estos sistemas pueden incluir cualquiera de los tipos habituales de servomotor y diferentes montajes motor/reductor. Para el eje C de la DMU 600P (eje rotativo del cabezal), DMG eligió por ejemplo un DRP, una combinación de dos reductores servoplanetarios 'TwinDrive' montados conjuntamente en una carcasa universal y que ofrece una verdadera solución llave en mano.

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El concepto llave en mano 'Twin Drive' sin juego angular permite una alta precisión de posición en desplazamientos de 6 metros del eje X.

Pura mecatrónica bajo un mismo techo

Basta con echar un vistazo al diseño de la DMU 600P para observar la capacidad de Redex de ofrecer un variado abanico de posibilidades de accionamientos de primera clase para máquinas-herramienta combinados con su solución de piñón-cremallera 'Twin Drive'. Así por ejemplo, el reductor de dos velocidades, compacto y de alto rendimiento de la serie RAM que acciona el cabezal principal de la máquina forma parte del sistema de cambio de cabezales del que dispone esta máquina, cuyo accionamiento se lleva a cabo mediante un accionamiento 'SingleDrive' con reductor servoplanetario SRP de Redex.

DMG se valió del principio 'todo bajo el mismo techo' al elegir el mismo proveedor para todos los ejes motrices en sus máquinas de altas prestaciones. Y nada de esto hubiera sido posible sin la amplia gama de productos de Redex que proporciona una solución técnica para casi cualquier requisito de los ingenieros. Por último, otro aspecto fundamental para DMG fue el extenso soporte que recibió por parte de Redex desde la primera fase de diseño hasta la puesta en servicio final. Esto es especialmente importante sobre todo cuando se utiliza por primera vez un accionamiento piñón-cremallera. Mediante múltiples cálculos y consejos sobre optimización y diseño, así como a través de la asistencia recibida para la instalación de los accionamientos en el taller, Redex consiguió ofrecer un apoyo de alto valor añadido en lo referente al uso de accionamientos de máquinas-herramientas, contribuyendo de forma significante al éxito de la máquina.

Como Florian Garbarsky finalmente añadió: ”Las máquinas de la serie DMU P se comercializan en todo el mundo y son muy demandadas para el mecanizado preciso, rápido y económico de componentes de gran tamaño”.

Empresas o entidades relacionadas

Redex Spain, S.L.

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