Uno de los componentes críticos en las máquinas

Las tendencias en el diseño de husillos

Mauro Merlo
Director Técnico de Husillos de SKF
01/12/2005
La industria de la máquina herramienta está mejorando su productividad mediante velocidades superiores, densidad de potencia mejorada y funcionamientos universales. Este artículo repasa los requisitos las soluciones para husillos que se desarrollan continuamente y su realización.
Las tendencias generales en la industria de las máquinas están marcadas por la creciente globalización del sector con la estandarización de los componentes y sistemas, y la mayor colaboración internacional. Existe una presión continua para mejorar la productividad en el sector a través de velocidades superiores, densidades de potencia mejoradas, una mayor flexibilidad y máquinas-herramienta capaces de ofrecer un funcionamiento universal.

Las máquinas-herramienta modernas son núcleos de fabricación flexible capaces de llevar a cabo varias tareas programadas. Los husillos son un componente clave de todas las máquinas-herramienta, y se utilizan para colaborar en la ejecución de distintos tipos de cortes en productos de metal moldeado, entre otros. Estos productos requieren un acabado mediante procesos como el torneado, el cortado, el taladrado, el avellanado, el roscado, el escariado, el rectificado y el fresado para conseguir su forma final y su especificación. Las principales áreas de aplicación incluyen la industria de la automoción y la aeroespacial.

Los husillos son una parte fundamental de cualquier máquina-herramienta. Determinan la calidad del producto final fabricado y la productividad total y la eficiencia de la misma máquina herramienta.

Un husillo es en principio, un eje accionado por un motor que posiciona y proporciona potencia a una herramienta o sujeta una pieza de trabajo. Los husillos pueden funcionar a una velocidad de 20.000 rpm o más y tienen un efecto directo sobre la eficacia, la precisión y la productividad total. SKF ha hecho importantes inversiones para el desarrollo de la tecnología de los husillos y (gracias al trabajo conjunto con los clientes) conoce los requisitos de la fabricación de las máquinas herramienta.

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FIgura 1 a. Husillo accionado por correa
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FIgura 2.Tendencias de la relación velocidad-par en centros de mecanizado donde se utilizan husillos accionados por correas.

Tendencias del diseño

Las tendencias específicas del diseño de los husillos indican que predominan tres tipos de configuraciones de husillos adaptados a las distintas necesidades de las aplicaciones.

1) Para las máquinas herramienta de bajo coste o para las de alto par, se prefieren los husillos accionados por correas. Los husillos accionados por correas se encuentran en centros de mecanizado, máquinas-herramienta reforzadas y en tornos donde los costes son de importancia crucial (Fig. 1 a y Fig. 2).

2) Para las aplicaciones de propósito general que exigen flexibilidad y cambio automático de husillo, se suele recurrir a los husillos con motores acoplados. Los diseños con motores acoplados responden a la necesidad de una producción alta; el espacio para el husillo es limitado, y posee una elevada flexibilidad en caso de utilización y un rendimiento dinámico mejor.

Se está aplicando este diseño de husillo a los nuevos conceptos de máquinas herramienta y a las máquinas herramienta estándar con motores asíncronos, cambio automático de husillo, alto par y alta velocidad. Los husillos con motores acoplados ofrecen un enfoque flexible en el diseño gracias al método de la conexión (Fig. 1 b y Fig. 3).

3) Para las máquinas herramienta de rendimiento medio y alto, y para los sistemas de alta velocidad y gran potencia, la opción de diseño que se prefiere en general, suele ser el husillo motorizado. Para el año 2006, los husillos motorizados que incorporan tecnología de motor asíncrono o síncrono, aumentarán la velocidad de los husillos hasta una velocidad superior a las 20.000 rpm hasta llegar a 40.000 rpm o incluso más. Este diseño responde a las necesidades de los clientes de una productividad mayor y una mejor calidad de la pieza de trabajo. Las aplicaciones para estas unidades incluyen centros de mecanizado, fresadoras para uso aeroespacial, rectificadoras, tornos verticales y tornos de alto rendimiento (Fig 1 c y Fig. 4).

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FIgura 1 b. Husillo con motor acoplado
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FIgura 3.
Par [Nm] (en el eje vertical. Los 6 puntos del eje son 0, 250, 500, 750, 1000, 1250)
Velocidad [min-1] (en el eje horizontal. Los 5 puntos del eje son 0, 10000, 20000, 30000, 40000. Están posicionados en una de cada dos verticales, después del punto cero)
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FIgura 1 C. Husillo motorizado
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FIgura 4. Tendencias de la relación de velocidad-potencia en centros de mecanizado donde se utilizan husillos motorizados.

La nueva gama de SKF

En 2003, SKF lanzó una gama de productos nuevos y soluciones para la industria de la máquina herramienta. Estás incluyen una serie de cojinetes de bolas y de rodillos de alta precisión como los cojinetes de bolas de contacto angular obturados, cojinetes de de rodillos cilíndricos de nitruro de silicio y la serie "nitralloy" (una aleación especial del acero) para conseguir un rendimiento extremo. La gama de cojinetes incluye también los cojinetes híbridos con bolas de cerámica de distintos tamaños.

Respecto a las aplicaciones de las máquinas-herramienta, la oferta ahora incluye:

  • Cojinetes de apoyo y unidades de cojinetes para la transmisión de husillos
  • Tuercas de bloqueo para husillos de alto rendimiento
  • Nuevos sistemas de lubricación, incluyendo una gama adicional de Sistemas de Lubricación Centralizados (CLS) y Sistemas de Lubricación de Calidad Mínima (MQL) del líder recientemente adquirido por SKF en estos sistemas; Vogel AG, Alemania
  • Soluciones de ingeniería para medición de precisión y monitorización del husillo
  • Toda la gama de husillos
  • Mantenimiento y reacondicionamiento de todas las marcas de los sistemas de husillos

En aplicaciones de máquinas-herramienta, los cojinetes deben hacer frente a las diferencias de temperatura, la dilatación de los anillos internos, los reducidos ángulos de contacto y a las cargas radiales más elevadas. La nueva generación de cojinetes de bolas de contacto angular posee una nueva geometría longitudinal, un diseño de carcasa con mayor rigidez y menos ruido. Las jaulas ovales están diseñadas para alojar el movimiento de las bolas dentro del cojinete.

Junto con esto, los cojinetes de bolas de contacto angular se han beneficiado de los esfuerzos de SKF para mejorar el rendimiento del material. Esto incluye un acero que ofrece una cinética de cojinete mejor y mejores materiales para jaulas, cuyas propiedades incluyen una resistencia mayor y una mayor capacidad para permitir que el lubricante y el aceite se adhieran mejor. Los perfiles de superficie y calidad también contribuyen a disminuir el desgaste y el ruido.

La gama de husillos es amplia e incluye soluciones accionadas por correas, accionadas por motor y combinadas. Las áreas de aplicación incluyen el trabajado de la madera, el rectificado del metal, el torneado más las aplicaciones aeroespaciales que exigen mayor potencia y velocidades extremas. Como parte de su nueva oferta, la gama incluye una serie estándar con unos plazos de entrega de menos de un mes, así como diseños especificados por cada cliente.

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Figura 5

Los husillos estándar se suministran como husillos accionados por correas o motorizados y están disponibles como unidades de cartuchos o de bloques. Esta gama estándar incluye husillos portamuelas de alta frecuencia diseñados para aplicaciones que requieren velocidades de funcionamiento elevadas con cargas relativamente bajas. Los husillos motorizados se ofrecen para aplicaciones de alto rendimiento como el fresado o el torneado donde los elevados niveles de producción exigen altas velocidades, una elevada potencia y una larga duración.

Los cojinetes magnéticos se utilizan para las máquinas de alta precisión donde las velocidades de las aplicaciones son mayores que las apropiadas para los cojinetes convencionales. También en este caso, SKF suministra a sus clientes diseños hechos a medida o configurados partiendo de una serie de unidades modulares de SKF. SKF es un líder mundial en husillos de cojinetes magnéticos, a través de su compañía especializada que tiene su sede en Canadá.

La monitorización y los diagnósticos se están volviendo cada vez más importantes a causa del aumento de la duración de los periodos de garantía. Existe la necesidad de controlar continuamente el funcionamiento de las máquinas herramienta para reducir los periodos de inactividad imprevistos y cumplir las exigencias de seguridad.

SKF ofrece una tecnología sensora que proporciona la monitorización y el diagnóstico del husillo y por lo tanto, del proceso de cortado. El sistema de medición posee un sensor radial y un sensor axial que se pueden utilizar para detectar la posición axial del eje, la fuerza de cortado, las fuerzas síncronas causadas por el desequilibrio de alimentación, las vibraciones causadas por el comportamiento del husillo, las condiciones del cojinete y la expansión térmica y centrífuga (Fig. 5 a y 5 b).

Se estima que el mercado global de los husillos para máquinas herramienta se sitúa en más de 1 billón de dólares americanos. Más de la mitad está relacionado con el mantenimiento y el reacondicionamiento de los husillos. SKF posee una red de servicios de husillos que ofrece un servicio global para reacondicionar la mayor parte de los tipos y modelos.

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