Mecanizado de alta velocidad

Portaherramientas para máquinas de alta velocidad

Joseba Pérez Bilbatua, Goretti Alberdi, Patxi López / Centro de Aplicaciones del Mecanizado de Alta Velocidad de Tekniker15/12/2002

El objetivo de este capítulo es presentar los distintos tipos de portaherramientas que existen actualmente en el mercado para el mecanizado a alta velocidad. Asimismo, se van a examinar las relaciones existentes entre el desequilibrio y los diferentes tipos de portaherramientas.

1.    INTRODUCCIÓN

El mecanizado de alta velocidad requiere altas precisiones de concentricidad de la herramienta de corte con el fin de evitar errores y aumentar la seguridad del proceso en el mecanizado a altas revoluciones de corte. Actualmente los conos  portaherramientas más utilizados son los especiales tipo HSK. También se utilizan los conos  SK 40 & 50 (DIN 69871) y BT 40 & 50.

Las ventajas de los sistemas de amarre tipo HSK, frente a los portaherramientas más convencionales, se resumen en los siguientes puntos:

  • Proporcionan mayores exactitudes de cambio y repetitividad.
  • Transmisión segura de un elevado par con un posicionamiento radial definido (ausencia de run-out).
  • Gran rigidez a la flexión estática y dinámica.
  • Disminución del peso y de la longitud total, con lo que se disminuyen los problemas de tipo inercial.

2.    AJUSTES

El ajuste de la herramienta en el portaherramientas debe ser extremadamente preciso. Los diferentes sistemas empleados para el ajuste de herramientas en en los portas de alta velocidad son:

Mecánico: Este tipo de ajuste es el conocido universalmente como ajuste de tuerca y pinza (porta-pinzas). En el caso de tuerca de gran apriete, la pinza es cilíndrica, en cambio, en el caso tradicional, de una tuerca normal, la pinza es cónica.

Hidráulico: No es una opción muy recomendable, ya que al girar a altas revoluciones (a partir de 20000 rpm.), la limitada rigidez, hace aumentar el salto radial de la hta. Las ventajas que presenta este portaherramientas es que no necesita ningún mecanismo secundario, sin embargo el coste individual del portaherramientas (sin contar el mecanismo de calentamiento de los térmicos) es más elevado que los térmicos.

Térmico  El portaherramientas se somete a un proceso de calentamiento, con lo que aumenta el diámetro interior por dilatación. Una vez dilatado se introduce la herramienta, y tras el subsiguiente proceso de contracción queda sujeta la herramienta. Esta opción es la mas recomendada, pero actualmente también es la mas compleja y cara, ya que obliga a disponer de un porta por diámetro de herramienta, y un dispositivo térmico auxiliar para la sujeción.

La elección del tipo de portaherramientas dependerá del centro de mecanizado y la precisión con la  que se piense trabajar.

   

En la tabla adjunta se muestra la precisión proporcionada por cada uno de los sistemas de amarre comentados en párrafos anteriores:  

Útil Precisión (m/m)
Portapinzas convencional 0.015
Portapinzas tipo Weldon 0.020
Portapinzas hidráulico 0.003
Porta de deformación mecánica 0.003
Porta de dilatación térmica 0.003

A velocidades de 8.000 rpm y superiores los desequilibrios relativamente pequeños pueden producir fuerzas peligrosamente altas en los rodamientos del husillo, lo que redunda en una disminución de la vida útil del mismo.

3.    EFECTOS DEL DESEQUILIBRIO

Los efectos negativos del desequilibrio de la herramienta/portaherramientas pueden ser divididos en dos categorías:

Efectos sobre la pieza mecanizada: rechinar de la superficie metálica causadas por el movimiento de la herramienta de corte. Otro efecto es la imposibilidad de conseguir tolerancias muy precisas.

Efectos sobre la máquina: Son más destructivos que los efectos sobre la pieza mecanizada. Las fuerzas centrífugas causan grandes tensiones internas en el husillo Estas tensiones provocan generan un fallo prematuro de los rodamientos. Esto puede significar la parada de producción de una máquina de alta velocidad durante semanas con el fin de sustituir el husillo de precisión, operación que no está exenta además de un alto coste económico. Otro efecto del desequilibrio está relacionado con la reducción de la vida de la herramienta de corte (50% menos respecto al uso de portaherramientas equilibrados).

Fig. 1.-  Fig. 2.- Comparación entre vástagos HSK y CAT (SK)

En un principio todos los portaherramientas son equilibrados desde su fabricación a las revoluciones que exige el cliente (G6.3, G2.5…). El portaherramientas que ofrece un mayor grado de equilibrado es el térmico; sin embargo existen equipamientos externos que nos permitirán un equilibrado más preciso. Para el mecanizado a alta velocidad, lo ideal sería reequilibrar el conjunto herramienta / portaherramientas / husillo en la propia máquina herramienta. No obstante, hoy en día, existen muy pocos sistemas para un equilibrado completo, por lo que hay que hacerlo en una máquina de equilibrado externa.

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