La integración de procesos en una única máquina-herramienta marca la tendencia

Los clientes quieren paquetes ‘todo incluido’ con la máxima flexibilidad

Christian Machai, Institute of Machining Technology Dortmund23/07/2010

23 de julio de 2010

Una tendencia continua que se observa entre los fabricantes de máquinas-herramienta es que ofrecen paquetes de producción ‘todo incluido’, como, por ejemplo, ofrecer un mecanizado completo de piezas de trabajo en una única máquina-herramienta, mientras que, al mismo tiempo, se mantiene el requisito de la flexibilidad de fabricación. Más allá de combinar las operaciones de torneado y moleteado, la integración del proceso ha progresado también en las máquinas-herramienta utilizadas en el acabado de las superficies de alta precisión.

Tal y como se mostró en la pasada edición de la Metav con la fabricación de articulaciones artificiales de rodilla, caderas y todo tipo de implantes, resulta obvio que una combinación de torneado y fresado en una única máquina-herramienta es un gran paso adelante para la expansión del mercado de la tecnología médica. Los sistemas de control de las máquinas-herramienta, y la generación de datos CNC, son cada vez más complejos y por lo tanto, el uso de un software armonizado resulta de gran ayuda para el ingeniero de planificación de procesos. Los fabricantes están ofreciendo herramientas bien configuradas, diseñadas para cumplir con los sofisticados requisitos de mecanizado de los materiales biocompatibles. Además, la creciente demanda de energía implica el uso de componentes aún mayores en la tecnología del agua y la energía, de manera que el mecanizado de gran precisión de piezas grandes tiene cada vez mayor importancia.

Tiempos récord del mecanizado completo de 5 ejes

Para componentes integrales de mecanizado de tamaño medio, se pudo ver en la Metav un centro de mecanizado de 5 ejes. Este centro, de Heller Maschinenfabrik GmbH, es capaz de alojar piezas de trabajo de hasta 1.400 kilos. Las distancias de desplazamiento en los ejes X e Y de 800 milímetros y en dirección al eje Z de 1.000 milímetros, junto con una cabeza giratoria específica para el mecanizado pesado con criterios HPC permiten mecanizar piezas del sector de la aviación o de procesos de fabricación y moldeo de herramientas, con tiempos reducidos. Una característica incorporada al sistema de monitorización para el control anticolisión, incluido en forma de pieza no mecanizada, ofrece apoyo al mecanizado simultáneo de 5 ejes sin fricción. Si la herramienta se rompe o colisiona durante el proceso de mecanizado con un ajuste de herramienta de 5 ejes, el sistema de control de la máquina ofrece determinadas estrategias para retirar la herramienta.

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Centro de mecanizado de 5 ejes de Metrom Mechatronische Maschinen GmbH que implementa los movimientos de la máquina y del cabezal, utilizando la cinemática paralela. Foto: Rene Tillmann / Messe Düsseldorf.

Otro fabricante, —Metrom Mechatronische Maschinen GmbH— cuenta con un centro de mecanizado de 5 ejes que implementa los movimientos de la máquina y del cabezal, utilizando la cinemática paralela. Utilizando cinco bielas pueden alcanzarse ángulos de giro de más de 90°. Los husillos de bola permiten una velocidad de 45 metros por minuto y una aceleración máxima de 10 metros por segundo al cuadrado en el modo rápido. La construcción ‘gantry’ pone a disposición una variante modificada para mecanizar piezas de trabajo considerables con un peso hasta 7 toneladas; existe también una variante móvil que puede utilizarse para el mecanizado de piezas de trabajo de posición fija, como por ejemplo, en caso de reparaciones.

Las unidades de perforación y torneado con diseño de columna desplazable permiten el mecanizado de grandes estructuras, así como de piezas de conexión de instalaciones de suministro de agua y energía. El fabricante italiano Pama, S.p.A dispone de un sistema de producción para piezas de trabajo de tamaño medio, que con unas dimensiones de hueco diminutas de montaje hidrostático logra unas velocidades hasta 30 metros por minuto. Las alineaciones incorrectas del husillo de taladrado causadas por factores relacionados con el calor o la elasticidad pueden ser compensadas con las correcciones de posición realizadas en tiempo real por el sistema de control.

Para mecanizar piezas de trabajo con orientación de herramienta controlada de 5 ejes simultáneamente, resulta esencial utilizar un software CAD-CAM armonizado, para aprovechar toda la capacidad de la máquina-herramienta. Los paquetes de software disponibles ofrecen para la generación de datos CNC, no solo la interfaz CAD, sino también una opción para la reconstrucción de la superficie y el procesamiento de datos escaneados. Si los elementos característicos están siendo utilizados en el modelo de datos CAD en la etapa de diseño, estos pueden ser detectados por el software CAM, pueden ser seleccionados como conjuntos CNC adecuados e incorporados al programa CNC. Mientras tanto, hay también actualizaciones de paquetes de software para máquinas-herramienta que posean más de un husillo de mecanizado, combinaciones de proceso, como torneado de rotación, corte por láser o torneado de desbarbado de componentes compuestos de plásticos de fibra reforzada. Muestra de ello es la tecnología Tebis AG, y Missler Software.

Fabricación de productos médicos con máquinas-herramienta modificadas

Para la fabricación de productos médicos, cuyas superficies de fricción y contacto son complejas y libres de forma con una gran calidad de acabado, Schütte-Schleiftechnik GmbH cuenta con una máquina de torneado de 5 ejes con accionamientos lineales. La máquina ofrece también una opción para apretar la unidad de fresado de cinta y las herramientas de moleteado. Los moldes asimétricos pueden ser premecanizados de manera económica realizando el moleteado con una bola sólida de metal duro o con herramientas de torneado, y posteriormente pasar al acabado final. Un cargador sobre orugas hasta 170 productos semiacabados permite proveer y descargar el área de trabajo de la máquina.

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En la pasada edición de la Metav se mostró cómo en la fabricación de articulaciones artificiales de rodilla, caderas y todo tipo de implantes, es un gran paso adelante para tecnología médica la combinación de torneado y fresado en una única máquina-herramienta. Foto: Rene Tillmann / Messe Düsseldorf.

Para fabricar específicamente distintas tuercas en componentes simétricos en rotación en las categorías quirúrgica y médica, como los tornillos para huesos, Leistritz Produktionstechnik GmbH ofrece una máquina roscadora giratoria: las piezas no mecanizadas pretorneadas de distintas longitudes son medidas por una fotocélula después de alinear la alimentación utilizando un transportador oscilante. El programa CNC se modifica en función de la longitud del tornillo mecanizado, por lo que pueden producirse tornillos de hueso con una longitud desde 10 hasta 150 milímetros, en cualquier secuencia deseada. El diámetro varía de 2 a 15 milímetros. Las unidades roscadoras giratorias destacan en cuanto a las diferentes profundidades de corte. Además, la posición de la herramienta en relación con el eje de rotación de la pieza de trabajo es excéntrica, y se ajusta para adaptarse a la tuerca implicada. Las pequeñas fuerzas de proceso y los chips con forma de coma son conducentes para mecanizar aleaciones de acero inoxidable y de titanio, con un alto nivel de dependencia en el proceso. Esto permite la producción de componentes libres de daños.

Los cambios de herramienta aumentan la productividad

Las herramientas con base de diamante o nitrato de boro proporcionan diversas opciones para reducir los tiempos del proceso de mecanizado principal. Para permitir la incorporación de rompevirutas y ranuras para sacar virutas, DMG Sauer GmbH dispone de un sistema de mecanizado por láser integrado en un centro de mecanizado. Para cortar la forma de la herramienta desde espacios de diamante o nitrato de boro puede utilizarse fibra, vanadato o un láser alternativo en el rango de picosegundos, creando ranuras para virutas y generando ángulos definidos. El láser de picosegundo, gracias a su alta velocidad de pulsación, promete una carga termal inferior en las zonas marginales del componente en cuestión.

Las estructuras de filigrana y las piezas de trabajo pequeñas requieren herramientas adecuadamente modificadas. Para los materiales basados en cromo-cobalto o titanio, se presentaron en la Metav microherramientas de metal duro ultra fino y de grano ultra fino y preparadas en áreas de filo para adaptar determinada aplicación. Uno de los fabricantes presentó una herramienta para realizar micro-perforaciones con un diámetro de 50 µm. También SPPW Spanabhebende Präzisionswerkzeuge GmbH mostró otras herramientas para fabricar piezas pequeñas, como, por ejemplo, para avanzar o retroceder en el proceso de rebaba o escariado.

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Las estructuras de filigrana y las piezas de trabajo pequeñas requieren herramientas adecuadas. Foto: Rene Tillmann / Messe Düsseldorf.

Al manejar materiales de mayor fuerza que resultan difíciles de mecanizar, como las aleaciones de titanio o los materiales de níquel, los sistemas de lubricación de refrigeración de gran presión ofrecen ventajas en cuanto a tiempos de herramienta útiles y monitorización de enanas. Durante el proceso de torneado, el juego de lubricante refrigerante es dirigido sobre la cara de la herramienta tan cerca como sea posible con respecto al punto deseado, utilizando lubricación refrigerante de alta presión, pulverizada mediante las boquillas de alimentación fijas ubicadas en la garra de sujeción del soporte de inserción, permitiendo así la refrigeración y la lubricación de la superficie libre de la herramienta. Además, Iscar Germany GmbH ha optimizado la alimentación en la parte de la cara girando las boquillas de alimentación que pueden ajustarse al proceso en cuestión en cuanto a posición.

Para realizar perforaciones profundas en materiales de acero difíciles de mecanizar, Präzisionsbohrtechnik GmbH ofrece herramientas perforadoras profundas de borde único y metal duro sólido. En comparación con las herramientas perforadoras profundas de borde único convencionales, el uso de una construcción de herramienta basada en metal duro ofrece una rigidez de herramienta superior y una reducción de la tendencia a la torsión. En comparación con las herramientas perforadoras profundas de estriado helicoidal, pueden alcanzarse velocidades de alimentación superiores hasta f = 0,18 mm m, dependiendo del material implicado. Para diámetros de perforación superiores de 15 a 30 milímetros, se presentó una herramienta perforadora profunda de borde único con insertos indexables reemplazables y tiras guía. Para ajustar el material que está siendo mecanizado, pueden cambiarse el emparejamiento de material de corte y la tira guía.

La tecnología metrológica para la monitorización en proceso mejora la calidad de las piezas de trabajo

El equipo metrológico práctico utiliza todo el potencial del sistema de producción, mientras que garantiza la calidad del producto. Qass GmbH cuenta con un sistema de medición de ruido generado por estructuras, que consistía en un sensor de emisiones acústico (sensor AE), una unidad filtrante y un PC de control y evaluación. El sensor AE, cubierto por una chaqueta de acero, posibilita el análisis de procesos de alta frecuencia. En una operación de mecanizado, por ejemplo, el estado del filo de la herramienta, cortante o redondeado, puede evaluarse con el proceso. Cuando se unen componentes mediante soldadura o en procesos de conformado, el sistema puede ser utilizado para detectar roturas, por ejemplo, cuando se están estirando los ejes. La onda de presión que tiene lugar cuando se crea la rotura se produce metrológicamente. Según el fabricante, normalmente el ruido de fondo causado por el proceso de producción suele pasar desapercibido, ya que la monitorización del estado se realiza en frecuencias entre 40 kHz y 100 MHz.

Optosurf GmbH dispone de otro sistema para la monitorización 100% de la calidad de las piezas opera utilizando procesos con un ligero desajuste. La fuente de luz LED emite luz monocromática a la superficie. Adquiriendo y cualificando la distribución de luz de desajuste, pueden detectarse desviaciones de forma como la circularidad y la ondulación o los defectos de superficie en forma de micro-roturas. El proceso dependiente de la distancia opera con una velocidad de escaneado de 2 Hz. Es adecuado para superficies reflectantes y ha sido estandarizado por la VDA (Asociación Alemana de la Industria Automovilística). El proceso está siendo utilizado para la monitorización de la calidad de las piezas de trabajo durante la producción de cremalleras, en el apisonamiento del cigüeñal y en procesos de pulido.

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Los paquetes de software disponibles ofrecen para la generación de datos CNC, no solo la interfaz CAD, sino también una opción para la reconstrucción de la superficie y el procesamiento de datos escaneados. Foto: Rene Tillmann / Messe Düsseldorf.

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