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8/11/2019 Introduccion al Mecanizado de Alta Velocidad.doc

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Introduccin al Mecanizado de Alta Velocidad

Joseba Prez Bilbatua, Goretti Alberdi, Patxi LpezCentro de Aplicaciones del Mecanizado de Alta Velocidad de Tekniker

1. INTRODUCCIN

Iniciado el siglo XXI es prcticamente inimaginable la revolucin experimentada por la tecnologade fabricacin en los ltimos 10 - 15 aos !a evolucin de los ordenadores" de las nuevastecnologas de comunicacin" etc" estn revolucionado el mundo en general # en particular elmundo empresarial $n el campo %ue nos concierne" mecani&ado-fresado" 'el cabio o lare!olucin( #a )a llegado #" aun%ue todava %ueda muc)o camino por recorrer" el denominado*ecani&ado a +lta ,elocidad *+,. es #a una realidad %ue muc)as empresas # muc)a gentetodava desconocen

$l *+, )o# en da es una tecnologa de corte con bases slidas %ue abre las puertas delmecani&ado de materiales # figuras %ue antes no se podan mecani&ar mediante el mecani&adoconvencional" como por e/emplo materiales con una dure&a superior a 50 rc o paredes delgadas

de 02 mm" etc

2. PERO, QU ES EL MECANIZADO DE ALTA VELOCIDAD?

$s mecani&ar a altas velocidades de corte ,c.3 $s mecani&ar a altas velocidades de )usillo n.3$s mecani&ar a altos avances ,f.34

+ctualmente" el *+, tiene muc)as definiciones ero una cosa clara es %ue no significaobligatoriamente mecani&ar a altas revoluciones de )usillo" #a %ue muc)as de las aplicaciones sereali&an con velocidades de )usillo moderadas 6000 - 7000 rpm. # )erramientas de grandimetro 25 - 60 mm. !as condiciones del proceso velocidad de corte" avance" profundidades decorte radial # axial" etc. dependern del material a mecani&ar" as como de las m%uinas #)erramientas disponibles

8ada material # aleacin %ue pretendamos mecani&ar posee sus propias caractersticas dema%uinabilidad" lo %ue nos marcar los limites operativos del proceso or e/emplo" no es lo mismomecani&ar

*ateriales blandos aluminio" cobre" magnesio" etc. %ue duros aceros templados"titanio" n%uel" etc.

*ateriales de gran ma%uinabilidad aluminio" magnesio"4. %ue de pocama%uinabilidad titanio" inconel" acero para )erramientas" etc.

+s" el triangulo material-)erramienta-m%uina limitar los parmetros de corte" estrategias demecani&ado" volumen de material extrado por unidad de tiempo" etc !a velocidad de corte # las

condiciones de proceso en general dependern del material a mecani&ar !a siguiente grficamuestra los rangos de velocidades de corte en funcin del material mecani&ado


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DefinIcin! $l *ecani&ado de +lta ,elocidad consiste en la optimi&acin del mecani&ado con lasposibilidades existentes limitado por la pie&a9material a mecani&ar # las )erramientas-m%uinas

8+:98+*-8;8. disponibles $sto puede suponer mecani&ar a velocidades de corte entre 5 # 10veces superiores a las %ue se utili&an de manera convencional 'para cada material(

"n paso #acia el ecanizado ptio

odemos considerar %ue con el *ecani&ado a +lta ,elocidad se )a dado un paso importante )aciael mecani&ado ptimo de cada material + medida %ue se va#an desarrollando # me/orando lasma%uinas" )erramientas" los programas de 8+:-8+*" los 8;8" etc4 se ir avan&ando )acia laoptimi&acin general del mecani&ado" en el %ue cada material tendr sus ptimas condiciones decorte" sus estrategias" sus )erramientas" etc

". QU SUPONE EL MAV EN UNA EMPRESA?

!a incorporacin de *+, constitu#e un paso importante )acia el mecani&ado en ptimascondiciones # la posibilidad de mecani&ar algunos materiales aluminio" magnesio" etc. a altasvelocidades de corte ,c


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2 $n el proceso *+," el gasto en tiempo 8+:98+* es generalmente ma#or%ue el gasto de tiempo en mecani&ado

6 $sto genera una ma#or necesidad de personal en 8+:98+* # menor a piede m%uina

1 ;uevas infraestructuras" formacin del operario" )erramientas" controles" etc

1 La $%uina :ebe ser capa& de responder a las velocidades demecani&ado deseada # al perfil ob/etivo rgida" precisa" segura" etc.

2 C&C :eben ser capaces de prever cmo va a cambiar la tra#ectoriaexigida a esa )erramienta en el instante de tiempo siguiente look a#ead"nurbs" etc.

6 CA' ( CAM :ebe ser capa& de crear adecuadas estrategias para el *+,= La #erraienta :ebe ser resistente al desgaste # adecuada para la

operacin re%uerida !os recubrimientos aumentarn la vida de las)erramientas

$l *+, es un nuevo mundo # una nueva forma de traba/ar" %ue supone un cambio de mentalidad #necesidades es una tecnologa %ue no tiene nada %ue !ercon el mecani&ado convencional

$l *+, tiende a sustituir las pasadas de gran profundidad a ba/a velocidad de corte por muc)aspasadas rpidas de menor profundidad de corte" obteniendo un considerable aumento de virutadesalo/ada volumen de material por unidad de tiempo. !as altas velocidades de corte # loselevados avances disminu#en las fuer&as de corte gracias a espesores de viruta cada ve& mspe%ueos

+. VENTAAS QUE O-RECE EL MAV

:isminucin de las fuer&as de corte en los materiales dctiles" posibilidad de

mecani&ar paredes delgadas 0"2 mm. *a#or precisin de los contornos " me/or calidad superficial # tolerancias

dimensionales ms precisas >educcin del tiempo de pulido *ecani&ado de una sola atada para el desbaste # acabado *ecani&ado de paredes finas >educcin del tiempo de mecani&ado # coste global :isminucin del coeficiente de ro&amiento viruta-)erramienta $vacuacin casi total del calor por medio de la viruta


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+umento en la vida de la )erramienta osibilidad de mecani&ado de aceros duros


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ara conocer un poco ms a fondo estas caractersticas reali&aremos un estudio de las)erramientas

2. ESTUDIO DE LAS ERRAMIENTAS!

ara reali&ar el estudio de las )erramientas seleccionaremos los tres campos clave en una

)erramienta material de la )erramienta." geometra # recubrimiento

2.1. S/)0#0&

Ace&) para traba/os en fro o en caliente - ;o se utili&an en el *+,

Ace& 3i'& una aleacin de metales %ue contiene alrededor de un 20D de partculas duras+penas se utili&an en el *+,

C#%/& ce$en0#'& & $e0#( '/& )ec)o con partculas de carburo unidas por un aglomerante atravBs de un proceso de sinteri&ado !os carburos son mu# duros # representan de 70D a E5D delvolumen total !os ms comunes son 8arburo de tungsteno F8." carburo de titanio Gi8." carburode tantalio Ga8." carburo de niobio ;b8. $l aglomerante tpico es el cobalto 8o. @on mu#adecuados para el mecani&ado de aluminio # silicio

C#%/& ce$en0#'& ec/%ie0& la base de carburo cementado es recubierta con carburo detitanio Gi8." nitruro de titanio Gi;." xido de aluminio +l2H6. # nitruro de titanio carbono Gi8;."nitruro de titanio # aluminio Gi+l;. !a ad)esin del recubrimiento ser mediante 8:, deposicin%umica por vapor." ,: deposicin fsica por vapor. # *G8,: deposicin %umica por vapor atemperatura media. uen e%uilibrio entre la tenacidad # la resistencia al desgaste

Ce$e0) 4CER#$ic 5 MET#(6 +un%ue el nombre es aplicable incluso a las )erramientas decarburo cementado" en este caso las partculas base son de Gi8" Gi8;" Gi; en ve& de carburo detungsteno $l aglomerante es n%uel-cobalto uena resistencia al desgaste # formacin decrteres" alta estabilidad %umica # dure&a en caliente a/a tendencia a la oxidacin # a la

formacin del filo recrecido @on de gran dure&a # resistencia a la abrasin en detrimento de sutenacidad !os cermets se aplican me/or a a%uellos materiales %ue producen una viruta dctil"aceros # las fundiciones dctiles !os modernos aleados Ga;b8# *o8 aadidos incrementan laresistencia de los cermets ante el c)o%ue cclico propio de la operacin de fresado

Ce$ic&) $xisten dos tipos bsicos de cermica !as basadas en xido de aluminio +l2H6. # lasde nitruro de silicio @i6;=. @on duras con alta dure&a en caliente" # no reaccionan %umicamentecon los materiales de la pie&a @in embargo son mu# frgiles - Ideales para el mecani&ado depie&as en duro # como reempla&o de las operaciones de rectificado J

Ni0/& 'e 7&& C8%ic& 4C7N6 $s uno de los materiales ms duros Hcupa el segundo lugardespuBs del diamante :re&a extrema en caliente" excelente resistencia al desgaste # en generalbuena estabilidad %umica durante el mecani&ado $s frgil" pero ms tena& %ue las cermicas

Di#$#n0e 3&(ici)0#(in& 4PCD6 $s casi tan duro como el diamante natural $ste diamante sintBticotiene una increble resistencia al desgaste # una ba/a conductividad tBrmica @in embargo" son mu#frgiles !a vida de la )erramienta es )asta cien veces ma#or %ue la del carburo cementado:esventa/as las temperaturas de corte no deben exceder 700 K8 " no puede ser usado para cortarmateriales ferrosos por%ue existe afinidad" # no sirve para cortar para materiales tenaces

2.2. 9e&$e0*#


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E)3i:# 4c/e((&6 cnic# 8on el fin de me/orar la rigide&

A($# 'e :#n 'i$e0& *a#or estabilidad a la )erramienta" reduce las vibraciones # el riesgo demellado de los filos *enor flexin # una me/or tolerancia de la pie&a mecani&ada

C/e((& 'e (# ;e#$ien0# e%##c/#cin 'e >i/0# )e:8n e( 0i3& 'e $#0ei#( # $ec#niB#.

A(e#ci&ne) (i:e#) +rista mu# viva para permitir un corte suave evitando la ad)erencia dematerial al filo erramientas de pocos labios 2. con ngulos de )Blice de 25K a 60K # paso largopara facilitar la evacuacin de grandes caudales de viruta

M#0ei#(e) '/&) asos # longitudes de corte cortos" ma#or rigide& *uc)a )Blice para disminuirla resistencia al corte # me/orar el acabado erramientas de muc)os labios =-L. reve contactocon la viruta - menor absorcin de calor" viruta corta

e#$ien0#) en0eiB#) 'e in)e0&)

nterizas *a#or precisin" rigide& # e%uilibrado *e/or calidad de pie&a :isposicin de)erramientas de cual%uier dimetro $levado coste :istintos tipos de material :ificulta a la )oradel afilado necesidad de una estrec)a relacin proveedor-usuario

'e insertos *enos rgida *enor precisin superficial # dimensional :imetros cercanos a los

Lmm @olo metal duro para *+, ;ormalmente para desbaste" necesita muc)a potencia *enorcoste Macilidad de reposicin

2.+ Rec/%i$ien0&)

!as caractersticas principales de los recubrimientos se resumen en los siguientespuntos

+umentan la dure&a en los filos de corte de la )erramienta Macilitan la disipacin del calor acumulado en el filo de corte a/a conductividad tBrmica %ue favorece la eliminacin del calor a travBs de la

viruta +umentan la resistencia a la abrasin" disminu#en la afinidad )erramienta-pie&a

$l grosor del recubrimiento vara entre 00001(# 00005( !os recubrimientos se aplican mediante deposicin %umica de vapor o deposicin

fsica de vapor

-./.0 1ecubriientos de TiAl&

@on los %ue ms se utili&an actualmente" # poco a poco van de/ando atrs los dems !osrecubrimientos Gi+l; multicapa estn rempla&ando los de Gi8;" # los monocapa a los de Gi;


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Gi+l; multicapa # monocapa. son recubrimientos extraduros ,:. basados en nitruro de titanioaluminio %ue destacan por su dure&a" estabilidad tBrmica # resistencia a ata%ues %umicosrotegen las aristas de corte por abrasin # ad)esin as como por carga tBrmica

Multicapa combina la elevada tenacidad de la estructura multicapa" con su altadure&a 6000 v 005. # la buena estabilidad tBrmica" L00K8" # %umica de la capaGi+l; +s protege las )erramientas de corte de acero rpido # metal duro contra el

desgaste prematuro producido por tensiones severas :ebido a su estabilidadtBrmica" permite traba/ar en mecani&ados a altas velocidades e incluso en seco ocon mnima cantidad de lubricante

Monocapa desarrollado para su aplicacin en fresas de metal duro utili&adas encondiciones de mecani&ado severas @u elevada dure&a" 6500 v 005." #notable estabilidad tBrmica" L00Kc" # %umica )acen %ue sea ptimo para las fresas%ue se utili&an en el mecani&ado de materiales tBrmicamente tratados empleados"como por e/emplo en moldes" pun&ones" matrices # utilla/es de for/a

-./.- 1ecubriiento de diaante

@e utili&a en )erramientas para mecani&ar materiales mu# abrasivos como el grafito :urante elmecani&ado de estos materiales las )erramientas se desgastan rpidamente # la calidad de las

superficies mecani&adas # la precisin dimensional son pobres 8on las )erramientas recubiertasde diamante" un recubrimiento cu#a dure&a es superior a los L000,icNers" adems de obtener unavida til ms larga # poder aumentar las velocidades de corte" disminu#endo as de maneraimportante el tiempo de mecani&ado" se consigue un buen acabado de la superficie # una buenaprecisin dimensional

-./.2 1ecubriiento 3C4C5

>eali&ado por deposicin fsica al vapor a temperaturas alrededor de los 200 K8 +l reali&arse elproceso de recubrimiento en alto vaco" las propiedades del recubrimiento son sustancialmenteme/ores %ue las logradas a presin atmosfBrica pro#eccin tBrmica." o en gases # baosnitruracin" galvani&ado. !os recubrimientos tienen un espesor de capa de solo unas micras deespesor # son la ultima operacin dentro de los componentes de precisin $ste recubrimiento

presenta una combinacin nica de caractersticas a/o coeficiente de friccin" alta resistencia aldesgaste" una excelente capacidad de carga

-././ 1ecubriientos de TiAl& onocapa cobinado con 3C4C

$ste recubrimiento )ace frente a todos a%uellos mecanismos de desgaste %ue se dan en laformacin # evacuacin de viruta $ste recubrimiento combina la alta dure&a # estabilidad tBrmicadel recubrimiento Gi+l; con las buenas propiedades de desli&amiento # lubricacin delrecubrimiento F898 @e utili&a sobre todo en taladrados # roscados

Recubrimiento TiN TiCN WC/CTiAlN

(monocapa)

+WC/C

TiAlN(multicapa)

TiAlN(monocapa)

Microdureza 2300 3000 1000 2.600-1.000 3000 3500

Coeficiente de rozamientocontra el acero

0,4 0,4 0,2 0.2 0,4 0,4

Temperatura mxima de

traa!o600 400 300 1000 "00 "00


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Colororo-

amarilloazul-#ri$ #ri$ o$curo %ioleta-#ri$ p&rpura-#ri$

'$pe$or del recurimiento 1-4 1-4 1-42-6

(1)3 *c)c+ 2)3

Til

1-5 1-3

orta)erramientas

Portaherramientas para mquinas de alta velocidad


l ob6eti!o de este cap7tulo es presentar los distintos tipos de porta#erraientas %ue existenactualente en el ercado para el ecanizado a alta !elocidad. Asiiso, se !an a exainar lasrelaciones existentes entre el dese%uilibrio 8 los di*erentes tipos de porta#erraientas.

1. INTRODUCCIN

$l mecani&ado de alta velocidad re%uiere altas precisiones de concentricidad de la )erramienta decorte con el fin de evitar errores # aumentar la seguridad del proceso en el mecani&ado a altasrevoluciones de corte +ctualmente los conos porta)erramientas ms utili&ados son los especialestipo @O GambiBn se utili&an los conos @O =0 P 50 :I; 7ELQ1. # G =0 P 50

!as venta/as de los sistemas de amarre tipo @O" frente a los porta)erramientas msconvencionales" se resumen en los siguientes puntos

roporcionan ma#ores exactitudes de cambio # repetitividad Gransmisin segura de un elevado par con un posicionamiento radial definido

ausencia de run9out. Rran rigide& a la flexin esttica # dinmica :isminucin del peso # de la longitud total" con lo %ue se disminu#en los

problemas de tipo inercial

2. AUSTES

$l a/uste de la )erramienta en el porta)erramientas debe ser extremadamente preciso !osdiferentes sistemas empleados para el a/uste de )erramientas en en los portas de alta velocidadson

Mecnic& $ste tipo de a/uste es el conocido universalmente como a/uste de tuerca # pin&a porta-pin&as. $n el caso de tuerca de gran apriete" la pin&a es cilndrica" en cambio" en el casotradicional" de una tuerca normal" la pin&a es cnica

i'/(ic& ;o es una opcin mu# recomendable" #a %ue al girar a altas revoluciones a partir de20000 rpm." la limitada rigide&" )ace aumentar el salto radial de la )ta !as venta/as %ue presentaeste porta)erramientas es %ue no necesita ningn mecanismo secundario" sin embargo el costeindividual del porta)erramientas sin contar el mecanismo de calentamiento de los tBrmicos. esms elevado %ue los tBrmicos
http://www.metalunivers.com/arees/altavelo/tutorial/tekniker/portaherramientas.htmhttp://www.metalunivers.com/arees/altavelo/tutorial/tekniker/portaherramientas.htm


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T$ic& $l porta)erramientas se somete a un proceso de calentamiento" con lo %ue aumenta eldimetro interior por dilatacin ?na ve& dilatado se introduce la )erramienta" # tras el subsiguienteproceso de contraccin %ueda su/eta la )erramienta $sta opcin es la mas recomendada" peroactualmente tambiBn es la mas comple/a # cara" #a %ue obliga a disponer de un porta por dimetrode )erramienta" # un dispositivo tBrmico auxiliar para la su/ecin

!a eleccin del tipo de porta)erramientas depender del centro de mecani&ado # la precisin conla %ue se piense traba/ar


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$n la tabla ad/unta se muestra la precisin proporcionada por cada uno de los sistemas de amarrecomentados en prrafos anteriores

til Precisin (m/m)

/ortapinza$ con%encional 0.015

/ortapinza$ tipo eldon 0.020

/ortapinza$ idrulico 0.003

/orta de deformacin mecnica 0.003

/orta de dilatacin trmica 0.003

+ velocidades de L000 rpm # superiores los dese%uilibrios relativamente pe%ueos puedenproducir fuer&as peligrosamente altas en los rodamientos del )usillo" lo %ue redunda en unadisminucin de la vida til del mismo

". E-ECTOS DEL DESEQUILI7RIO

!os efectos negativos del dese%uilibrio de la )erramienta9porta)erramientas pueden ser divididosen dos categoras

*ectos sobre la pieza ecanizada rec)inar de la superficie metlica causadas por el movimientode la )erramienta de corte Htro efecto es la imposibilidad de conseguir tolerancias mu# precisas

*ectos sobre la $%uina @on ms destructivos %ue los efectos sobre la pie&a mecani&ada !asfuer&as centrfugas causan grandes tensiones internas en el )usillo $stas tensiones provocangeneran un fallo prematuro de los rodamientos $sto puede significar la parada de produccin deuna m%uina de alta velocidad durante semanas con el fin de sustituir el )usillo de precisin"operacin %ue no est exenta adems de un alto coste econmico Htro efecto del dese%uilibrioest relacionado con la reduccin de la vida de la )erramienta de corte 50D menos respecto aluso de porta)erramientas e%uilibrados.


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Fig. 1.- Fig. 2.- Comparacin entre vstagos HSK y CAT (SK)

$n un principio todos los porta)erramientas son e%uilibrados desde su fabricacin a lasrevoluciones %ue exige el cliente R76" R254. $l porta)erramientas %ue ofrece un ma#or gradode e%uilibrado es el tBrmicoS sin embargo existen e%uipamientos externos %ue nos permitirn une%uilibrado ms preciso ara el mecani&ado a alta velocidad" lo ideal sera ree%uilibrar el con/unto)erramienta 9 porta)erramientas 9 )usillo en la propia m%uina )erramienta ;o obstante" )o# enda" existen mu# pocos sistemas para un e%uilibrado completo" por lo %ue )a# %ue )acerlo en unam%uina de e%uilibrado externa

>efrigeracin

Conos porta-herramientas para mecanizado de alta velocidad

Aitzol Laikiz, Jos Antonio :$nc#ez, Mi)uel A. :al)ado'epartaento de ;n)enier7a Mec$nica de la "ni!ersidad del Pa7s Vasco

1. INTRODUCCIN

'l monta!e de la$ fre$a$ en lo$ centro$ de mecanizado e$ (otro m$ un factor de $umaimportancia a la ora de otener pieza$ con la $uficiente preci$in dimen$ional calidad

$uperficial. '$ta $u!ecin dee cumplir por otra parte una $erie de reui$ito$, tale$ como

Monta!e de$monta!e de la erramienta en la muina dee $er $encillo

/ermitir el camio automtico de $ta$

!u$te preci$o con el u$illo de la muina /ermitir un perfecto alineamiento del e!e de la erramienta con el e!e del

u$illo

o introducir prdida$ de rendimiento ni ri#idez en el $i$tema

...
http://www.metalunivers.com/arees/altavelo/tutorial/tekniker/refrigeracion.htmhttp://www.metalunivers.com/arees/altavelo/tutorial/tekniker/refrigeracion.htm


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7e au8 $e puede deducir ue un uen $i$tema portaerramienta no %a a me!orar el

comportamiento de una erramienta mal ele#ida o de un u$illo da9ado. :in emar#o, unmal $i$tema portaerramienta $i puede reducir la %ida de la erramienta del u$illo.

'l papel de lo$ cono$ en el M; no e$ di$tinto al ue po$een en el mecanizado

con%encional. :in emar#o, el #ran incremento de %elocidad del u$illo (de$de 6.000 rpmen con%encional a$ta 40.000 en M; a oli#ado a replantear$e a$pecto$ como la unindel cono con el u$illo o el euilirado de lo$ cono$. '$to e$ deido a ue la fuerza

centr8fu#a depende del cuadrado de la %elocidad, por lo ue e$ta fuerza crece de manera

dramtica en el M;.

2. CONOS ISO S

e$talecen $u po$icin cuando un actuador(idrulico o neumtico tira de l producindo$e un a$iento del cono dentro de otro cono

tallado en el e!e del u$illo. :i la %elocidad de #iro aumenta, la fuerza centr8fu#a tamin,

pro%ocando la expan$in del e!e del u$illo. Cuando e$to $ucede, lo$ cono$ =:>, tienden aintroducir$e m$ dentro del u$illo deido a ue el actuador $i#ue tirando de l. '$to puede

de$encadenar 2 prolema$

=mpreci$in en el mecanizado, deido al de$plazamiento ue a $ufrido la

erramienta re$pecto al u$illo.

toramiento del cono en el ca$o de ue el u$illo frene de forma ru$ca

recupere $u$ dimen$ione$.

$stas circunstancias )acen %ue los conos ms extendidos en las m%uinas de alta velocidad seanlos @O

Cono =:> Cono ?:@


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aumenta $e #arantiza el contacto en todo momento, a ue la fuerza centr8fu#a expande la$

mordaza$ ue $u!etan el cono contra el e!e del u$illo. '$ta circun$tancia permite una$condicione$ de corte m$ a#re$i%a$, adem$ de aportar maor ri#idez preci$in ue lo$

$i$tema$ a$ado$ en cono$ =:>.

or otro lado" en la unin del cono # el )usillo" existe un doble contacto entre las superficies delcono # el alo/amiento del e/e $l doble contacto ofrece ma#or repetitibilidad a la )ora de volver acolocar el cono +dems se evita %ue el con/unto cono-)erramienta se introdu&ca dentro del )usillo"cosa %ue suceda en el caso de conos I@H con altas velocidades


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/o$icin amarrada

/o$icin de camio de erramienta

Seccin de sistema de amarre de cono !osiciones amarrada y s"eta de cono

!as m%uinas %ue utili&an conos I@H son ms propensas al c#atter%ue las %ue utili&an @O"debido a %ue la unin entre cono # )usillo no es tan rgida !a menor rigide& de esta unin )acecaer la frecuencia natural de vibracin ms ba/a # obliga a limitar los parmetros de mecani&ado"debiendo ser Bstos menos agresivos

$xisten muc)os tipos de conos @O Tstos se clasifican con 2 6 cifras # una letra" por e/emplo@O-76+ el ms comn. !as cifras dan el dimetro exterior del plato %ue asienta sobre la cara del)usillo !a letra indica el tipo de cono en funcin de diversos factores como longitud" etc $n

general" esta letra es

A Gipo general 7 Giene un plato ma#or %ue el + @e utili&a para traba/os ms agresivos E# - Iguales %ue + # pero eliminando marcas # sistemas de guiado %ue afectan

al e%uilibrado

?na de las principal desventa/a de los conos @O" es su sensibilidad a la presencia de partculascomo viruta o lubricante @i no se )an limpiado correctamente las superficies de contacto en laoperacin de cambio de )erramienta podran %uedar virutas en el )usillo %ue impiden el correctoasiento del cono GambiBn es posible %ue se llene de impure&as la cavidad del cono donde debenentrar las morda&as para su amarre $sta sensibilidad a las impure&as obliga a extremar loscuidados en los cambios de )erramienta ?na posible solucin es soplar cada cono antes deamarrarlo

". SUECIN DE LA ERRAMIENTA

'n #eneral $e u$ca una unin ue cumpla lo$ $i#uiente$ reui$ito$

/reci$in, para minimizar la de$alineacin de la erramienta con el e!e del

u$illo (minimizar el r"no"t


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Au$car la mxima ri#idez a la unin

:imetr8a del con!unto para e%itar de$euilirio

'xi$ten di%er$o$ mtodo$ de $u!ecin de erramienta$ al cono, pero lo$ m$ comune$ $on la$u!ecin mecnica mediante pinza, cono idrulico zuncado trmico.

".1 S/


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$ta $e encuentra un dep$ito de fluido (en la parte interior del cono. Mediante el

accionamiento de un tornillo, $te mue%e un molo ue aumenta la pre$in del fluidoa$ta %alore$ mu ele%ado$. '$ta pre$in e$ e!ercida contra la memrana ue $u!eta la

erramienta firmemente.

Seccin de cono $idr"ico

7eido a ue todo el $i$tema idrulico e$t ai$lado del exterior, la$ impureza$ como la#ra$a, %iruta, etc. no pueden da9ar el $i$tema de amare.


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/or lo #eneral, e$te tipo de cono$ $e utilizan en operacione$ de acaado en el mecanizado

de molde$ en materiale$ duro$.

"." Z/nc;#'& 0$ic&

:on una alternati%a a lo$ idrulico$. diferencia de e$to$ &ltimo$, no di$ponen de nin#&n$i$tema interno ue e!erza pre$in para $u!etar la erramienta. 'n %ez de e$to, el cono e$

macizo con un taladro de preci$in donde enca!a la erramienta.

+ temperatura ambiente" el agu/ero es ligeramente menor %ue el dimetro de la )erramienta?tili&ando un calentador por induccin" se calienta el cono # el orificio para la )erramienta se dilata?na ve& dilatado suficientemente" se introduce la )erramienta # se de/a enfriar )asta temperaturaambiente +l enfriarse el cono recupera sus dimensiones su/etando fuertemente la )erramienta$ste mBtodo su/eta la )erramienta al cono con una excelente rigide& # una desalineacin runout.mu# ba/a" al igual %ue en los conos )idrulicos +dems" debido a %ue no son necesarioselementos como tornillos" etc para su/etar la )erramienta" pueden ser perfectamente simBtricos" locual resulta en dese%uilibrios mu# ba/os

$%uipo calentador por induccin 8onos de &unc)ado tBrmico


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con%encional, a ue depende del cuadrado de la %elocidad, lue#o $i $e pa$a de 4.000 rpm a

20.000 rpm, el efecto del de$euilirio $e incrementa en un factor de 25.

'$ o%io, por tanto, ue para %elocidade$ alta$ en el u$illo (M; $e reuierenerramienta$ euilirada$ para otener uena$ calidade$ $uperficiale$ %ida$ de

erramienta$ aceptale$. 'l euilirado u$ca contrarre$tar lo$ efecto$ ne#ati%o$ de laexcentricidad del $i$tema u$illo - cono - erramienta. '$ta excentricidad indica la di$tanciaentre el centro de ma$a$ de la erramienta a$ta $u e!e de rotacin.

$l dese%uilibrio se puede producir por /re$encia de elemento$ a$imtrico$ en el cono portaerramienta$ (tornillo$,

marca$, etc.

Eu8a$ ue no $on perfectamente $imtrica$

=mperfeccione$ en el propio cono

>tra fuente de de$euilirio $on la$ propia$ erramienta$ pinza$. Cuando $e aduiere un

cono euilirado, $uele e$tarlo $in contar con lo$ dem$ elemento$. '$ nece$ario realizar el

monta!e de todo$ elemento$ de forma preci$a, a ue $ino $e introducen de$euilirio$.dem$ e$to$ $ern maore$ cuanto m$ pe$ada lar#a $ea la erramienta. 'l M; oli#a

el u$o de erramienta$ $imtrica$, no $iendo en a$oluto acon$e!ale utilizar erramienta$

de$euilirada$ como roca$ de un $olo filo, etc.

$l problema real no es el dese%uilibrio en si" sino la combinacin de este dese%uilibrio con altasvelocidades de giro del )usillo !a fuer&a debida a este dese%uilibrio es de la forma

Fde$e Fuerza deida alde$euilirio en *

D 7e$euilirio en #G mm@ ,elocidad del )usillo en rpm

$n la figura se puede observar la fuer&a de dese%uilibrio para distintos niveles de dese%uilibrio


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%aores de a &"er'a otenidas para di&erentes dese"iirios de $erramienta

:i el de$euilirio e$ #rande (6 a " #Gmm la fuerza deida al de$euilirio puede $er del

orden de la fuerza de corte, $oretodo en operacione$ de acaado. Como norma #eneral $edee mantener la Fde$epor dea!o de la$ fuerza$ de corte.

+ctualmente" la norma ms extendida para establecer este e%uilibrado es la I@H 1E=0-1 $steestndar establece distintas 'clases R( 8uanto menor sea la clase R" me/or e%uilibrado implica*uc)os fabricantes de conos estn produciendo conos de clase R10 a R25 $ste valor R dicta elmximo dese%uilibrio utili&ando la frmula

D 7e$euilirio admi$ile H#GmmI

: ;elocidad del u$illo en rpm

m ma$a del $i$tema H@#IR 8lase R dado por I@H 1E=0 - 1


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Valores de dese%uilibrio en *uncin de la clase G 8 de la !elocidad de )iro

+ pesar del uso de la norma I@H" Bsta fue diseada para el e%uilibrado de rotores de turbinas" porlo %ue los valores de dese%uilibrio obtenidos son en ocasiones excesivamente restrictivos para lama#ora de las aplicaciones de mecani&ado Htro problema es %ue" segn la norma" se permite undese%uilibrio ma#or a las )erramientas ms pesadas" cuando estudios experimentales demuestran%ue cuanta ma#or sea la masa de las )erramientas" menos dese%uilibrio es permitido 8omoconclusin" se puede decir %ue el uso de las clases R son mu# restrictivas # aumentan los costesde e%uilibrado de conos" pero %ue sirve para %ue el usuario %ue ad%uiere el cono tenga unagaranta de su correcto e%uilibrado +n as" existen numerosas discrepancias sobre la

extrapolacin de esta norma

or ltimo" para minimi&ar el dese%uilibrio del con/unto )erramienta U cono # pin&a si existe." sepuede

*inimi&ar el runoutde la )erramienta @iempre %ue sea posible" utili&ar )erramientas cortas *anipular el con/unto con sumo cuidado

Refi:e#cin en Mec#niB#'& 'e A(0# Ve(&ci'#'


1. INTRODUCCIN

$n los procesos de corte" aproximadamente el EQD de la energa mecnica se transforma enenerga tBrmica a travBs del ci&allamiento" corte # friccin entre la viruta # la cara dedesprendimiento de la )erramienta +un%ue gran parte de la energa es evacuada por las virutas" elcalor se acumula en lugares cercanos al punto de corte # a la cara de desprendimiento en contacto


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con las virutas $sta acumulacin de energa provoca fenmenos no deseados en el proceso demecani&ado

a. !a )erramienta se fragili&a # se estimula el desarrollo del desgaste

b. >especto a la calidad final del componente mecani&ado" la precisin geomBtrica disminu#e

debido a la expansin de la )erramienta # de la pie&a con el calor

$n todo proceso de mecani&ado se dan cita tres funciones vitales lubricacin" refrigeracin #retirada del material excedente

L/%ic#cin @u ob/etivo es reducir las fuer&as de corte # el desgaste de la )erramienta mediantela disminucin de la friccin entre la cara de incidencia de la )erramienta # la superficie de la pie&a"as como entre la cara de desprendimiento # las virutas !os fluidos refrigerantes actandirectamente en el punto de friccin" creando una capa protectora en esa &ona # no permitiendo uncontacto directo entre la )erramienta # la pie&a

Refi:e#cin *itiga el dese%uilibrio tBrmico del sistema generado durante el proceso por elro&amiento entre pie&a # )erramienta" adems del calor generado por deformacin plstica en el

proceso de formacin de la viruta

Re0i#'# 'e( $#0ei#( eFce'en0e !a evacuacin # transporte de las virutas es una de lasfunciones ms importantes de los fluidos lubricantes @i Bstas permanecen cerca de la &ona decorte calientan la pie&a e influ#en en la precisin final del componente mecani&ado or otra parte"las virutas tienen un alto impacto en la vida de la )erramienta cuando son cortadas de nuevo"aumentando la temperatura # las fuer&as en el punto de corte" lo %ue provoca desgastes del tipo dedescascarillado en los filos de corte

2. TENDENCIAS EN EL USO DE LU7RICANTES

!os fluidos lubricantes 9 refrigerantes son uno de los agentes ms efectivos en tBrminos de

productividad de los procesos de mecani&ado" aun%ue tambiBn tienen un factor indeseable

$n la ltima dBcada los problemas asociados al impacto medioambiental de los procesos defabricacin )an sido ob/eto de amplios estudios # consideraciones !as condiciones ambientales enlos puesto de traba/o se vuelven necesariamente malas cuando los lubricantes se evaporan debidoal calor generado en el proceso de corte !os lubricantes poseen gran cantidad de componentes #aditivos del tipo clorado # sulfrico. %ue tienen alta influencia no slo en la salud de los operariossino tambiBn en el posterior tratamiento # almacena/e de los residuos

". EL PROCESO MAV G EL USO DE LU7RICANTES

$n el caso del mecani&ado de alta velocidad" es necesario aclarar ciertos aspectos %ue )acen aeste proceso un tanto peculiar en referencia al uso comn de lubricantes # refrigerantes

$n el proceso *+, el tiempo de contacto entre la )erramienta # la viruta es extremadamente cortodebido a la alta velocidad de giro del cabe&al" por lo %ue la transferencia de calor a la )erramientaes tambiBn pe%uea # se reduce por tanto la necesidad de disponer de un sistema de lubricacin$sta presuncin es siempre dependiente del material %ue estemos mecani&ando" #a %ue latransferencia de energa depende del coeficiente de transmisin tBrmica de cada material" pero esaplicable a la ma#ora de aceros" en algunos tipos de aleaciones ligeras aluminio # magnesio." #no es aplicable en el caso del mecani&ado de aleaciones de ba/a ma%uinabilidad aleaciones basetitanio # base n%uel.


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$l desarrollo de recubrimientos de ltima generacin" con una excelente resistencia a altatemperatura favorecen la posibilidad de reali&ar el mecani&ado en situaciones de ausencia derefrigerante o con una mnima cantidad del mismo *V!" o Miniu


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!a tBcnica denominada mecani&ado de alta velocidad )ace referencia a procesos de mecani&adoen los cuales la velocidad de corte se )a incrementado de manera notable" elevando los niveles deexigencia a gran parte de las tecnologas implicadas en el proceso de corte

?no de los elementos clave es" evidentemente" la m%uina )erramienta" a la cual se le exige unma#or grado de rapide& # precisin" lo %ue )ace %ue los accionamientos empleados en los e/es de

avance cobren una importancia fundamental en el buen )acer de la misma

:ependiendo de las aplicaciones" se exigen m%uinas cu#as velocidades de avance superen los100 m 9 min" # ms importante %ui&s %ue el valor del avance es el valor de la aceleracin" sobretodo cuando se mecani&an formas comple/as" considerndose necesarios valores de al menos 1go incluso ma#ores

o# por )o#" la tecnologa de los accionamientos en m%uina )erramienta est dominada por losservomotores rotatorios usados en con/uncin con una serie de componentes mecnicos detransmisin como los )usillos a bolas" los engrana/es o las correas dentadas" siendo dic)oscomponentes los %ue limitan en la actualidad los valores de velocidad # aceleracin alcan&ables!os motores lineales /untamente con potentes 8;8s" aparecen como una gran fuente potencial deprestaciones para m%uinas )erramienta de alta velocidad

2. QU ES UN MOTOR LINEAL?

!a explicacin )abitual de lo %ue es un motor lineal es %ue se trata de un motor rotatorio'desenrollado(" es decir" %ue se )a cortado por uno de sus radios # se )a estirado )asta de/arloplano

ablando de un modo ms preciso" un motor lineal consiste en un elemento primario" donde seencuentran los devanados" # un elemento secundario %ue se extiende a lo largo de la distancia %uese va a recorrer" aportando como venta/a la posibilidad de poder disponer de varios primarios sobreun mismo secundario +l igual %ue en el caso de los motores rotatorios" pueden existir modelossncronos # asncronos Wunto con las guas lineales" el sistema de medida lineal # el reguladorelectrnico forman el con/unto activo de accionamiento lineal


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ntegracin de "n motor inea en "n carro de m"ina $erramienta

1. Q/ &fecen (&) $&0&e) (ine#(e)?

or mu# fino %ue se )ile en el proceso de sintona de los accionamientos" el valor limitado de la

rigide& /unto con la existencia de posibles )olguras en la transmisin mecnica restringe el uso de)usillos a bolas )asta una longitud de unos 7m" una velocidad de unos 70 m 9 min " # unaaceleracin de )asta 1g en el me/or de los casos !as aplicaciones con motores lineales eliminanlos elementos de transmisin mecnica" %ue debido a su elasticidad" )acen %ue los accionamientosse comporten con una naturale&a oscilatoria" limitando la dinmica # la ganancia del factor >! !atransmisin de la fuer&a se reali&a a)ora directamente por el campo magnBtico Godo elloproporciona una serie de venta/as sobre los accionamientos tradicionales basados entransmisiones mecnicas

*a#ores valores de velocidad" pudiendo llegar )asta 600 m9min *a#ores valores de aceleracin" lo %ue es muc)as veces mas importante %ue el

valor de la velocidad mxima para reducir los tiempos de mecani&ado !os valorestpicos andan en torno a 1 2g" o incluso ms

*a#or anc)o de banda del sistema de accionamiento # ma#ores valores del factor

Ov" %ue dan una idea de la rapide& # calidad de respuesta del e/e $l sistema esms preciso cuando se despla&a a altas velocidades" por lo %ue la calidad de lainterpolacin as como la velocidad # precisin en aplicaciones de contorneado seincrementan notablemente

>educcin de los niveles de vibracin *a#ores cursos sin comprometer el gradode prestaciones

!a tabla muestra una pe%uea comparacin entre las prestaciones tpicas %ue ofrecen los motoreslineales # los )usillos a bolas

#usillo a bolas $otor lineal%eloci!a! m"&ima ' m/s 2 m/s (3 * posible)

Aceleracin m"&ima ' , - 2 ,' -

Ri-i!e !in"mica ,0 1-/mm 2, 1-/mm

Tiempo posiciona!o ,'' ms ,' 2'ms

4uera m"&ima 2.5'' N .''' N/bobina

4iabili!a! .''' ,'.''' '.'''

Fuente: High Speed Machining with GE-FANUC Linear Motors. Technica !rie"

or otro lado" tal # como era de esperar" no son todo virtudes $l uso de motores lineales presentauna serie de inconvenientes ?na de las pegas de motores lineales es la necesidad de disipacindel calor %ue se genera" por lo %ue es necesario disponer se sistemas de refrigeracin #9oaislamiento tBrmico de los accionamientos para %ue puedan operar con precisin @i los motoresno se refrigeran adecuadamente" las dilataciones tBrmicas conducidas al resto de elementos de lam%uina pueden comprometer su nivel de precisin # prestaciones Godo ello incrementa el costede las soluciones basadas en motores lineales !a no existencia de elementos de transmisinmecnica %ue amortigen los cambios de carga repentinos o cual%uier otro tipo de perturbacinmecnica" )ace %ue esta tarea tenga %ue reali&arla el controlador electrnico" por lo %ue Bste tiene


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%ue ser extremadamente rpido parta mantener la estabilidad $s )abitual emplear tBcnicas defiltrado sofisticadas %ue evitan las resonancias mecnicas cuando los motores se utili&an encondiciones dinmicas exigentes

*d"o de mecani'ado asado en motores ineaes desarroado en de/o0 con veocidades de 1 mmin y

aceeraciones de 1 ms2

+. CONCLUSIONES

!os motores lineales eliminan los componentes mecnicos de las transmisiones utili&adas en losaccionamientos tradicionales" proporcionado un importante incremento en los niveles de velocidad"aceleracin # precisin a alta velocidad" lo cual presenta evidentes venta/as" abriBndoles un ampliocampo de aplicacin # de futuro @in embargo" los motores lineales no sustituirn losaccionamientos rotatorios de forma inmediata ;o es suficiente colocar motores lineales en diseos#a existentes" sino %ue es necesario reali&ar un completo rediseo de la m%uina )erramienta para

aprovec)ar las venta/as %ue ofrecen $s necesario seguir de cerca la evolucin de esta tecnologa# tenerla en cuenta a la )ora de reali&ar nuevos desarrollos

Controles numricos para MAV

=abier :abalza, 1an "ribe9txeberria;deko Centro Tecnol)ico

1. INTRODUCCIN

!as aplicaciones de alta velocidad en m%uina )erramienta exigen un nivel mnimo de prestacionesa los 8;8s %ue gestionan el proceso de mecani&ado" de modo %ue sean capaces de controlar lasaltas velocidades # aceleraciones de los e/es con el nivel de precisin re%uerido

$l procesamiento de los datos en el 8;8 comien&a por el intBrprete del programa" el cual descifrael programa escrito en formato I@H de manera %ue pueda ser asimilado por sistema de control #e/ecutado en el interpolador ero antes de %ue los datos lleguen al interpolador es necesarioreali&ar una serie de transformaciones como compensacin de la geometra de la )erramienta"escalado" rotacin" cinemtica de la m%uina" etc :espuBs" el interpolador acta enviando a losservos las consignas adecuadas


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$n aplicaciones de contorneado" la forma ms )abitual de especificar las tra#ectorias %ue debeseguir la )erramienta est basada en la generacin de una sucesin de puntos entre los cuales sereali&an interpolaciones lineales 8uanta ms precisin se exige" ma#or es el nmero de puntos" #el )ec)o de tener %ue procesar toda esa cantidad de informacin con precisin # a gran velocidadimpone la adopcin de soluciones especficas en los controles numBricos para alta velocidad

$! 8;8 tiene %ue ser capa& de reali&ar las operaciones manteniendo los diferentes errores %ue seproducen dentro de las tolerancias establecidas ara el traba/o en alta velocidad" las exigenciasson" como cabe esperar" ms severas debido sobre todo a los altos valores de avance %ue sere%uieren $n los siguientes puntos se anali&an las prestaciones %ue puede disponer un 8;8 paratraba/ar en alta velocidad

$xisten en el mercado numerosos fabricantes de 8;8s especialmente diseados para elmecani&ado de alta velocidad" entre ellos podemos citar los siguientes Midia" Magor" eiden)ain"@iemens" Manuc" @elca" ;um" etc

C3Cs Fidia para ata veocidad

2. CARACTERISTICAS DE LOS CNC DE ALTA VELOCIDAD

2.1 Tie$3& 'e cic(& 'e( )e>cci&n#$ien0&

$l tiempo de ciclo del servoaccionamiento es el tiempo %ue transcurre entre cada medida deposicin # actuali&acin de la consigna %ue el 8;8 enva a los diferentes servoacionamientos

$l valor de este tiempo marca la precisin en distancia %ue se puede obtener para un e/emoviBndose con un avance determinado" o viceversa" para una precisin o distancia mnima entre

medidas determinada marca la velocidad de avance mxima or e/emplo" para una velocidad deavance de 7 m9 min # un tiempo de ciclo del servo de 1 ms" se tiene %ue por cada ve& %ue el 8;8mide la posicin del e/e este se )a movido 0"2 mm $ste problema de resolucin obliga a %ue los8;8s dispongan de tiempos de ciclo del servo rpidos si se %uiere traba/ar con precisin convalores de avance rpidos

$l tiempo de ciclo del servo es uno de los aspectos clave a tener en cuenta para mecani&ar rpidocon precisin !os 8;8s para alta velocidad disponen en la actualidad de tiempos de ciclo delservo del orden de unos 100s


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2.2 Tie$3& 'e 3&ce)& 'e %(&H/e

$l tiempo de proceso de blo%ue es el mnimo tiempo %ue transcurre entre la e/ecucin de dosblo%ues del programa de 8;8 $l tiempo proceso de blo%ue inclu#e el tiempo %ue necesita el 8;8para interpretar un dato del programa" inclu#endo todas las funciones preparatoriascompensaciones" transformaciones." # adems iniciar # terminar el movimiento en cuestin $n

alta velocidad" # especialmente para aplicaciones de contorneado" es )abitual exigir tiempos deproceso de blo%ue de 1 ms

!a velocidad de proceso de blo%ue necesaria para obtener una precisin determinada depende dela capacidad de aceleracin de la m%uina >educir el tiempo de proceso de blo%ue a valores pordeba/o de la capacidad de aceleracin de la m%uina no reduce el tiempo de e/ecucin delmecani&ado

;nter*ace di)ital con los accionaientos. Accionaientos di)itales

$l uso de un interface digital entre el 8;8 # los accionamientos" permite a Bste disponer de msinformacin sobre el estado de los accionamientos as como influenciar el comportamiento de losla&os !os accionamientos digitales permiten al 8;8 disponer de funciones tales como

+lta resolucin digital en la monitori&acin de la velocidad # la tra#ectoria

+lgoritmos de control de alto nivel" pudiBndose destacar

Meed-forYard en los la&os de posicin # velocidad" tambiBn conocidos comofeed-forYard de velocidad # aceleracin @e trata de controles en avance %uepermiten una importante reduccin de los errores de seguimiento ante cambiosde consigna

+mortiguacin activa" consigue incrementar el valor de la amortiguacin delsistema electromecnico para poder incrementar el valor de la ganancia >!della&o de posicin # traba/ar con un ma#or grado de precisin

8ompensaciones de fricciones estticas # )olguras +mplio rango de opciones de anlisis" como por e/emplo osciloscopio o anali&ador

de frecuencias integrados

osibilidad de reali&ar funciones de tratamiento de seal :@." tales como laimplementacin de filtros digitales

2." L&&A;e#'

Vui&s una de las prestaciones ms importantes de la %ue es necesario %ue cual%uier 8;8disponga para traba/ar en alta velocidad sea la funcin 'look9a#ead( mirar en adelanto. $n lafuncin !ooN-+)ead el procesador del 8;8 evala por adelantado los cambios en los movimientosde los e/es %ue aparecen en el programa de pie&a %ue se est e/ecutando para responder antes de

%ue sea demasiado tarde" permitiendo a la m%uina reali&ar el a/uste a tiempo $sto permite a lam%uina mantener el avance a valores relativamente altos evitando marcas en el mecani&ado"redondeo de aristas o bruscos arran%ues # paradas de la m%uina" por medio de ir a/ustando lavelocidad mirando el programa por adelantado


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,oo/ a$ead4 F"ente Siemens

;o existe ninguna regla %ue diga cuantos blo%ues es suficiente mirar por adelantado $sta cantidades dinmica" cambia en funcin de los detalles de la pie&a" las exigencias en cuanto a precisin" olas caractersticas de la m%uina 8omo regla general" cuanto ms lenta sea una m%uina menoraceleracin." ma#or nmero de blo%ues !ooN-+)ead sern necesarios $l traba/ar con ma#ornmero de blo%ues en !ooN-+)ead %ue el necesario no influ#e en principio en el mecani&ado" perose pierde potencia de clculo en el 8;8 #a %ue esta reali&ando operaciones innecesarias $lnmero tpico en alta velocidad est por encima de 100 blo%ues" aun%ue )a# casos en los %ue sepuede llegar )asta 1000 blo%ues

2.+ C&n0&( 'e #ce(e#ci&ne)

$l tener altos valores de /erN o sacudida supone fuertes cargas para la mecnica de la m%uina)erramienta # provoca vibraciones en los e/es !os controles proporcionan la posibilidad de limitarel valor del /erN" lo %ue )ace %ue el perfil de la aceleracin no sea una constante" sino %ue tengaforma trape&oidal" me/orando notablemente el comportamiento de la m%uina


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!er&ies de aceeracin

@e logran todava me/ores resultados suavi&ando la curva de la aceleracin" sustitu#endo la curvatrape&oidal por una curva en forma de campana" por e/emplo una funcin sen-

8on la implementacin de este tipo de funciones se obtiene un doble beneficio por un lado sereducen los esfuer&os a los %ue se ve sometida la mecnica de la m%uina" # por otro" gracias a lareduccin de vibraciones" se consiguen movimientos ms suaves %ue permiten elevar el valor de lavelocidad # reducir el error

2.@ C#3#ci'#' 'e #($#cen#$ien0&. E0;ene0.

*uc)os de los actuales programas generados por los pa%uetes 8+* para el mecani&ado depie&as en 6:" ocupan varios megas de memoria debido a la necesidad de mantener el error cordala un valor ba/o

!os actuales 8;8s estn" cada ve& ms" basados en ar%uitecturas 8" las cuales proporcionan

discos duros con capacidades de almacenamiento de gigas" por lo %ue el problema del espacio%ue exista antiguamente #a no es tal +dems" la conexin a red de los 8;8s proporciona todaslas venta/as aadidas %ue supone una conexin de este tipo en cuanto a la transmisin # utili&acinde cual%uier tipo de informacin

2.J In0e3&(#cin 3&(in$ic#. NUR7S.

!os ;?>@ ;on-?niform >ational -@plines. son entes matemticos %ue definen exactamenteuna curva o superfice a partir de varios puntos de control" no necesariamente pertenecientes a la


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tra#ectoria" # unos pesos asociados a los mismos !os pesos actan esencialmente como lagravedad" produciendo deformaciones en la direccin de los puntos de control 8uanto ma#or seala comple/idad de la curva" ma#or ser el nmero de puntos de control %ue deber especificarse"pero" en todo caso" el nmero de puntos generados ser menor %ue el necesario utili&ando laaproximacin tradicional por tramos rectos !a reduccin en el nmero de puntos mane/ado en lascurvas )abituales est en una proporcin de entre un 60 # un 50D

$l empleo los ;?>@ para definir una tra#ectoria de mecani&ado precisa evidentemente de ladisponibilidad de un 8;8 con interpolador polinmico" capa& de procesar la informacin codificadaen esta forma

J

5#empos de c"rvas 3678S

*uc)os de los pa%uetes de 8+: existentes traba/an internamente con ;?>@ para la definicinde curvas # superficies !a disponibilidad de un 8;8 con capacidad de procesar ;?>@ supone laeliminacin de un paso intermedio generador de error a la )ora de aproximar una tra#ectoria curvaa una de multitud de tramos rectos" con el consiguiente incremento de la calidad superficial"

disminucin de la talla del fic)ero de la tra#ectoria" e incluso incremento de la velocidad de avance

!a reduccin del volumen de datos %ue se obtiene con la especificacin de las tra#ectoriasmediante ;?>@ tiene importancia en el caso de utili&ar 8;8s con ba/a capacidad dealmacenamiento" )abituales )asta fec)as recientes @in embargo" los 8;8 actuales" con gigas dememoria" # con la posibilidad de aplicar la funcin look9a#ead" dilu#en algunas de las venta/as deluso de los ;?>@

$n definitiva" si bien los ;?>@ son una nueva tBcnica %ue comien&a a desarrollarse # %ue )aaportado # puede seguir aportando una serie de venta/as" algunas de ellas #a no son tales graciasa las prestaciones de los 8;8s de ltima generacin !as limitaciones de la m%uina en cuanto avelocidades de avance #9o aceleraciones no estn causadas por la capacidad de proceso de datosdel 8;8" sino por la respuesta del sistema electromecnico

". CONTROLES A7IERTOS

!os fabricantes de 8;8Zs actuales estn apostando cada ve& ms por los denominados controlesabiertos" los cuales bsicamente aprovec)an la ar%uitectura 8 para permitir al usuarioimplementar funciones propias" poniendo a su alcance muc)os recursos internos del control

!a utili&acin de la ar%uitectura 8 # el softYare estndar en dic)os sistemas abre enormementelas posibilidades de los 8;8s actuales :e esta manera" todo el )ardYare # softYare %ue )a sido


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desarrollado para el entorno 8 puede a)ora ser utili&ado directamente en los 8;8s or tanto" laintegracin con perifBricos" ad%uisicin de datos" etc se solucionan fcilmente con sistemascomerciales de terceros fabricantes" diferentes de los fabricantes de 8;8s

+. CONCLUSIN

8omo principales conclusiones desde el punto de vista del control para el mecani&ado de altavelocidad" cabe destacar la necesidad de disponer de 8;8s con tiempos rpidos de proceso deblo%ue # de ciclo de servo %ue" /unto con los accionamientos digitales" permitan traba/ar conelevadas aceleraciones # velocidades de los e/es GambiBn )a# %ue subra#ar la necesidad dedisponer de algoritmos de look9a#ead para obtener altas velocidades de e/ecucin de losprogramas

Sot!are CA"#CAM para Mecanizado de Alta Velocidad

Joseba Prez Bilbatua, Goretti Alberdi, Patxi Lpez

Centro de Aplicaciones del Mecanizado de Alta Velocidad de Tekniker

1. INTRODUCCIN

:esde %ue el conocimiento del proceso de mecani&ado a alta velocidad )a llegado a ser unatecnologa extendida en el sector industrial" las empresas %ue desarrollan softYare )an pretendido'no perderse el carro( de la innovacin" colocando el sello ':o*t?are para el ecanizado de AltaVelocidad( en sus productos

$sta campaa de marNeting )a supuesto el desconcierto entre los usuarios" primero por conocer sisu pa%uete de 8+:98+* est o estar a la altura necesaria #" segundo" por %uienes debenincorporar en sus empresas un softYare de alto nivel # les es difcil 'despe/ar el camino(

+ continuacin describimos las diferentes estrategias de corte %ue se emplean )abitualmente enlas operaciones de mecani&ado a alta velocidad" las cuales deben estar disponibles por a%uelsistema de 8+:98+* %ue %uiera competir en el rea del mecani&ado de alta velocidad

2. OPERACIN DE DES7ASTE

a$ter

'$ta traectoria $e #enera a partir de un n#ulo

dado en KL , manteniendo un con pa$o lateral

ae un pa$o %ertical ae. 'l $oft*are deieraincluir por defecto diferente$ opcione$ para

adaptar$e al mecanizado de alta %elocidad,

como $on radio$ en lo$ camio$ de direccin,entrada$ en e$piral, etc...


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Trocoide$ o 'picicloide$

/oco$ pauete$ incorporan e$te tipo dee$trate#ia a%anzada. ff$et

Con$i$te en otener traectoria$ $i#uiendo el

contorno de la #eometr8a. 7e la mi$ma manera

ue la traectoria a$ter, el $oft*are deieraincluir por defecto diferente$ opcione$ para

adaptar$e al mecanizado de alta %elocidad como

$on radio$ en lo$ camio$ de direccin, entrada$en e$piral, etc...

'ntrada$ en

7ee de incorporar diferente$ forma$ de entrarla erramienta $ore la pieza taladro, rampa o

e$piral, $ta &ltima e$ la m$ recomendale para

$al%a#uardar la inte#ridad de la erramienta.

rco$

'l $oft*are deiera #enerar automticamenteradio$ o arco$ para e%itar parada$ ru$ca$ ante

un camio de traectoria.

Camio$ de 7ireccin.

'$ nece$ario tener un control total de la

traectoria pro#ramada, el $oft*are no$ dee

permitir en todo momento camiar la direccinde mecanizado.

'dicin de la$ $enda$ de mecanizado.

'n muco$ de lo$ ca$o$ e$ nece$ario modificar

Mecanizado de re$to$

'l pauete de C7)CM dee reconocer de

forma automtica zona$ ue no a mecanizadouna erramienta anterior.


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la $enda de mecanizado otenida de forma

automtica para acerla coincidir con zona$concreta$ de la #eometr8a, el pauete de

C7)CM dee permitir editar la traectoria

para modificarla, orrarla, etc...

Minimizar lo$ mo%imiento$ de traa!o con el

dimetro de la erramienta.

'l $oft*are no$ deiera proponer una$

traectoria$ de mecanizado e%itando ue la

erramienta mecanice con todo $u dimetro.

". OPERACIONES DE ACA7ADO

$n el mecani&ado de alta velocidad es necesario calcular muc)as tra#ectorias por lo %ue elsoftYare debe ser mu# flexible

ZIG-ZAG o Raster

'$trate#ia ue la maor8a de pauete$ de C7)CMincorpora, la $enda de mecanizado $e proecta con un

n#ulo pro#ramado

.

Planos en Z


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Offset

'n e$ta e$trate#ia $e mantiene con$tante el pa$o lateralproectado $ore la $uperficie para lo cual, realiza una

reduccin del contorno $ore toda la $uperficie de la

pieza

Mecanizado por zonas

'l $oft*are dee dar la po$iilidad de di%idir la piezapor zona$ a$8, mecanizar cada zona con la e$trate#ia

ue m$ con%en#a

Lmites

'l pauete de C7)CM dee $er flexile para crear

l8mite$ $ore la$ $uperficie$ con o!eto de creare$trate#ia$ por zona$.

Bitangencias

'l $oft*are dee incorporar la po$iilidad de $eleccionar

zona$ de unin de $uperficie$ con radio$ de cur%atura

peue9o$

+. SIMULACIN DEL MECANIZADO


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$l softYare debe incorporar la posibilidad de simular las estrategias de mecani&ado + pesar %ueexisten softYare especficos para la simulacin de las tra#ectorias" somos de la opinin %ue estaopcin debe estar incorporada como una )erramienta ms dentro del propio programa de8+:98+*

$a mquina-herramienta para Mecanizado de Alta VelocidadJuan Mart7n 9 Tcnico Coercial Juan Mart7n, :.L.Lluc Castellano Aloril

$n este captulo se profundi&ar en las soluciones constructivas de las m%uinas-)erramientapreparadas para aplicaciones de alta velocidad

$ste estudio se basa nicamente en los centros de mecani&ado de fresado. # no se tienen encuenta otras m%uinas de arran%ue de viruta como tornos" abrasin rectificadoras. o


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electroerosin $l concepto de mecani&ado de alta velocidad se )a empleado indistintamente paramuc)as de estas tecnologas" pero slo se tratarn los centros de mecani&ado fresadoras. paraarran%ue de viruta

ara afrontar el estudio de las soluciones constructivas de las m%uinas-)erramienta )a# %uedefinir primero las necesidades funcionales de las mismas $videntemente estas necesidades soncualitativa # cuantitativamente diferentes dependiendo de la aplicacin de la m%uina $n el casode una m%uina diseada para el mecani&ado de moldes de in#eccin de plsticos" donde elacabado de las superficies comple/as de 6: es lo ms importante" los conceptos de precisin[0"002 mm." falta de vibracin \0"002 mm" pico a pico. # re%uerimientos de ,caprox 600 m9min.sern mu# diferentes a una m%uina concebida para el mecani&ado en serie de pie&as de aluminioo magnesio de fundicin" donde lo %ue prima son las aceleraciones" velocidades deposicionamiento # minimi&acin de los tiempos de no-corte

@e intentarn agrupar todas las necesidades en los rangos ms estrictos para cual%uier aplicacin$n otro captulo se retomarn estas necesidades para m%uinas concretas # aplicaciones diversas

1. DE-INICIN DE LAS NECESIDADES -UNCIONALES DE LAM=QUINAERRAMIENTA

$n un captulo anterior se )an definido los parmetros de aplicacin deseados para la m%uinaperfecta de alta velocidad +)ora %ueremos traducir estos parmetros en parmetros funcionalesde la m%uina

!os parmetros de aplicacin velocidad de corte ,c." cantidad de material desalo/ado *>>. #avance para diente f&. son fcilmente relacionables con conceptos funcionales tales comovelocidad de cabe&al @." potencia de cabe&al s. # avance M. Htros como rigide&" amortiguacin"precisin o estabilidad tBrmica" se interrelacionan # afectan a muc)os de los sistemas de lam%uina-)erramienta" )aciBndolos algunas veces incompatibles con los re%uerimientos

funcionales

1.1 Ve(&ci'#' 'e c&0e 4Vc6 >e(&ci'#' #n:/(# 'e( c#%eB#( 4S6

!a velocidad de corte ,c." es la velocidad tangencial del corte de la )erramienta cuando el cabe&algira a las revoluciones necesarias para arrancar la viruta @u magnitud es de velocidad m9min. #depende de la velocidad angular del cabe&al @" rpm. # el dimetro de la )erramienta" ])erramientamm. @abemos por captulos anteriores %ue" con estas magnitudes" la velocidad de corte secalcula segn la ecuacin

donde

>max^ rugosidad mxima terica mm.> ^ radio de la )erramienta mm.

@i los nuevos materiales del alma de la )erramienta #" sobretodo" los nuevos recubrimientospermiten mecani&ar a ms altas velocidades de corte" la m%uina debera aumentarproporcionalmente la velocidad angular de su cabe&al


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!a velocidad angular mxima del cabe&al de la m%uina-)erramienta depende de un parmetrobsico de diseo !a ,cdepende" aparte del tipo de )erramienta" de su dimetro # del material %uese est mecani&ando #" por tanto" de la aplicacin a la %ue estB destinada la m%uina

+s pues" para materiales ligeros como el aluminio o el magnesio las velocidades de corte %ue sepueden conseguir con )erramientas adecuadas llegan a 1500 m9min" mientras %ue para titanio es

posible" con suerte" llegar a L0 m9s !a variacin es grande +dems" las )erramientas con las %uepodemos llegar a cortar con alta velocidad son de ] 25 mm muc)as de las aplicacionesaeronuticas en aluminio. )asta a ] 1 mm o incluso menores para mecani&ar directamente acerotemplado para moldes de in#eccin de plsticos.

or tanto" # poniendo algunos de los casos ms tpicos" la velocidad angular mxima del cabe&altendra %ue ser como se muestra en la tabla 1

$aterial %c#erramienta

m6nimo%eloci!a! an-ular

(7)

eronutica pieza$ de e$tructura$ luminio 1200 15 25.500

Molde$ de ineccin de pl$tico$

multica%idad de preci$in

cero 7=

1.2344 220 1 B0.000

eronutica pieza$ e$tructurale$ Titanio 60 N 10 1.O00

Taa 1.- %eocidad ang"ar mima de cae'a

8on estos valores se comprueba %ue las diferencias de velocidad angular de cabe&ales entrediferentes aplicaciones son evidentes $stos valores son valores tericos %ue" en la prctica" sepueden ver limitados para la potencia necesaria en la punta de la )erramienta" la vida til delcabe&al o para los avances de mecani&ado re%ueridos en estas velocidades angulares del cabe&al:e todo esto se )ablar en el apartado 2

1.2 A>#nce 3& 'ien0e 4fB6 #>#nce) 'e 0#%#


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$aterial 8#erramienta

m6nimo%eloci!a!

(7)A9ance por!iente (z)

A9ance !etraba:o (4)

eronutica pieza$ de

e$tructura$luminio 3 15 25.500 0,25 1O.125

Molde$ de ineccin

pl$tico$

cero 7=

1.2344 2 1 B0.000 0,05 B.000

eronutica pieza$

e$tructurale$Titanio 3 N 10 1.O00 0,2 1.140

Taa 2 .- Avances de traa#o y por diente

@e observa tambiBn en esta tabla" como en la Gabla 1" %ue la variacin de resultados" en este casode M" es enorme :e todas maneras" el dato ms interesante es %ue en el mecani&ado de altavelocidad de corte. tambiBn los avances )an de aumentar" # este factor es ms importante %ue lavelocidad angular del cabe&al por%ue afecta de forma directa la dinmica de los e/es coordenados# por tanto a la estructura de la m%uina $s de vital importancia entender %ue una fresadora dealta velocidad no es una fresadora convencional de control numBrico con un cabe&al de elevada

velocidad de rotacin

!a tabla 2 evidencia %ue la m%uina de alta velocidad )a de ser concebida desde un inicio deforma diferente

1." V&(/$en 'e $#0ei#( 'e)#(&


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Taa 9.- Cantidades desao#adas y potencia necesaria para eo

:e nuevo se observa %ue las potencias necesarias en la punta del cabe&al difieren muc)o entre lasdistintas aplicaciones

1.+ Re(#cin 'e 0ie$3& 'e c&0e 0ie$3& 'e n&c&0e?no de los ob/etivos del mecani&ado de alta velocidad es" evidentemente" la reduccin del tiempodel proceso de mecani&ado asta a)ora se )a visto el mismo proceso tecnolgico" pero en elproceso total de fabricacin de una pie&a intervienen otros tiempos donde la m%uina no 'eliminamaterial(" %ue pueden ser denominados tiempo de no-corte del inglBs @non9cuttin) tie. $steinclu#e los tiempos de carga # descarga de pie&a" cambio de )erramienta" posicionamiento envaco de los e/es # aceleracin # desaceleracin del cabe&al

Godos estos factores son ms importantes cuanto menores sean los tiempos de mecani&ado $starelacin de 'tiempo de corte( 9 (tiempo de no-corte( determina la urgencia de reducir o no lostiempos de no-corte en una m%uina

or e/emplo" en un molde donde el tiempo de mecani&ado de una pie&a mediana ie carcasa de untelBfono. es de 20 o 60 )oras" los tiempos perdidos por carga # centrado de pie&a 15 min."cambios de )erramienta" etc" son prcticamente despreciables # por tanto no sern valores mu#importantes $n cambio" en el mecani&ado de una pie&a de prefundicin de aluminio donde losespesores de materiales a desalo/ar son mu# pe%ueos # la cantidad de )erramientas es grandepara la especiali&acin de las mismas" los tiempos sumados de no-corte pueden llegar al =0 o 50Ddel tiempo total de proceso $n este caso" por tanto" la reduccin de los tiempos de no-corte se)ace tan necesaria como la reduccin del tiempo de mecani&ado

$n este sentido" los centros de mecani&ado de alta velocidad dedicados a la produccin de pie&asen serie tienen en cuenta las siguientes caractersticas

1.+.1 Ace(e#cin 5 'e)#ce(e#cin 'e( c#%eB#(Gan importante es poder girar a" por e/emplo" 15000 rpm" como llegar lo ms rpidamente posible

!as operaciones de agu/erear en aluminio pueden suponer a menudo slo 2 o 6 segundos si seutili&an condiciones de alta velocidad @^15000 rpm" M^1000 mm9min. @i acelerar a la velocidadangular de traba/o supusiera 10 segundos" por muc)o %ue se mecani&ase en alta velocidad elrendimiento del proceso sera extremadamente pobre $n el apartado 2 se ver %ue este factorafectar a menudo el diseo del tamao de los rodamientos del cabe&al

1.+.2 Tie$3& 'e c#$%i& 'e ;e#$ien0#

$n los procesos de mecani&ado de las pie&as de alta produccin Bsta es la accin %ue ms )aceaumentar el tiempo de no-corte or este motivo" los fabricantes de m%uinas-)erramienta )andesarrollado sistemas de muc)os tipos para reducirlo

$n algunos diseos de m%uina el cambio de )erramienta determina )asta la configuracin de lose/es" # se sacrifican otros factores importantes del mecani&ado con el fin de minimi&ar este tiempode ineficacia $n el apartado 2 se profundi&a sobre las soluciones propuesta

1.+." A>#nce en 3i'& #ce(e#ci&ne) 5 'e)#ce(e#ci&ne) 'e (&) e


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$stos dos factores son los responsables de aumentar o disminuir los tiempos de posicionamiento$n las pie&as donde )a# muc)os procesos de agu/ereado" roscado" etc" los tiempos deposicionamiento son mu# importantes !os avances en rpido no son los nicos responsables deminimi&ar estos tiempos

!as pie&as de produccin son a menudo de dimensiones reducidas" # los posicionamientos de

operacin a operacin son de menos de 100mm @i la velocidad mxima de la m%uina es de 50m9min pero se necesitan =00 mm para conseguir esta velocidad" la solucin es invlida or tantolas aceleraciones son mu# importantes #" por ello" a menudo los datos son dados en tiemposre%ueridos para posicionamientos de ciertas dimensiones

!a necesidad de grandes velocidades # aceleraciones influ#e de forma vital en el diseo de lossistemas de accionamiento" guas" # estructura de la m%uina para conseguir dinmicas mu#interesantes ensamos %ue en las m%uinas de produccin se puede )ablar de velocidadessuperiores a los 50 m9min # aceleraciones superiores a 1R

Htra consideracin tienen los e/es rotativos %ue estn a menudo aparte de los tiempos deposicionamiento" # re%uieren tiempos de enclavamiento o frenado del e/e para poder soportar lascargas debidas al mecani&ado *uc)as pie&as de Bstas son tan importantes como las de

posicionamiento de los e/es coordinados

1.+.+ Tie$3& 'e c#$%i& 'e 3#(e0

$n las m%uinas de produccin los tiempos de preparacin de pie&as se minimi&an utili&andocambios de palet o tabla. para poder )acer la preparacin de las pie&as en paralelo al mecani&adoen una estacin externa $ntonces el nico tiempo %ue provoca no-deficiencia es el tiempo decambio de palet $ste tiempo depende evidentemente de la carga del palet" pero por lo general esde segundos

1.@ E)0#%i(i'#' 0$ic#

asta a)ora se )an comentado caractersticas tecnolgicas %ue afectan directamente a alguno delos elementos de la m%uina-)erramienta la ,c" la velocidad angular del cabe&al" el f&" los avancesde traba/o de la m%uina" etc ero todos estos elementos tienen en comn intentar reducir eltiempo de proceso o minimi&ar los tiempos de no-corte" # por tanto se necesita adems potencia enlos sistemas de accionamientos

:esgraciadamente esta potencia extra tambiBn provoca cantidad de calor extra %ue puedeprovocar reducciones en la vida de los elementos mecnicos" as como falta de precisin or elloes de vital importancia extraer el calor generado en las m%uinas de alta velocidad

$videntemente cada da se constru#en sistemas ms eficientes donde las pBrdidas de calor seminimi&an" pero estos avances afectan ms a los sistemas electrnicos %ue a los mecnicos"donde la friccin # las fuer&as de inercia siempre suponen generacin calorfica

@e ver en los siguientes apartados %ue la generacin de calor afecta a todos los sistemasmecnicos

[email protected] C#%eB#(

$n el apartado 11 se )a visto %ue para conseguir ma#ores velocidades de corte es necesarioaumentar la velocidad de angular de los cabe&ales $sto afecta ante todo al motor deaccionamiento del cabe&al -%ue tendr tambiBn %ue girar a ms revoluciones - o al sistema de


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transmisin" %ue tendr %ue multiplicar an ms las revoluciones del motor - afrontando gravesproblemas de e%uilibrado # vibraciones

GambiBn afecta directamente a la composicin" naturale&a # tamao de los rodamientos del propiocabe&al %ue debern ser dimensionados de acuerdo con las velocidades exigidas" sin olvidar eltraba/o %ue deben desarrollar # por tanto su rigide& !a rigide& mecnica de los rodamientos es

proporcional a su dimetro" pero un dimetro ma#or tambiBn provoca una ma#or fuer&a centrfuga# generacin de calor" reduciendo as la vida de los rodamientos

Mabricar cabe&ales de gran velocidad con rigide& suficiente para el proceso de mecani&ado # unavida til ra&onable supone un compromiso de diseo" %ue comprometer" en muc)os casos" lanecesidad de refrigeracin de los rodamientos con sistemas comple/os

+parte del problema mecnico" la generacin de calor )acia el cabe&al afecta directamente a laprecisin del e/e _ de la m%uina Inexorablemente" el calentamiento del cabe&al compromete elalargamiento del mismo $l intento de control de este alargamiento es vital en procesos demecani&ado donde buscamos precisiones en el e/e _ de menos de 0"010 mm como en moldes dein#eccin de plstico de precisin. # supone uno de los campos de estudio ms importante para losingenieros de diseo de la m%uina-)erramienta

[email protected] Si)0e$# 'e #cci&n#$en0&)

$l sistema de accionamientos resulta tambiBn afectado para la generacin de calor ara conseguirvelocidades ms altas se aumentar el paso del )usillo de bolas" re%uiriendo a la ve& una potenciasuperior del motor $ste entonces genera ms calor de lo normal aun%ue los servomotores sinescobillas tienen eficiencias mu# elevadas. %ue se pueden transmitir al )usillo de bolas # a laestructura de la m%uina

ero el elemento ms crtico es el )usillo de bolas $ste se calienta por el calor generado en la)embra aun%ue se trate bsicamente de un proceso de rodadura entre las bolas # las pistas del)usillo de bolas # )embra $ste calor provoca inmediatamente alargamientos del )usillo de bolasafectando su vida # la precisin dimensional de la m%uina

1.@." E)0/c0/#

!a estructura es un elemento esttico" pero tambiBn puede recibir calor procedente de diversasfuentes ?na de ellas es el calor generado en los accionamientos o en el cabe&al %ue puedetransmitirse por conduccin a la estructura" por lo %ue tendremos %ue aislarla Htras fuentesimportantes de calor pueden ser las externas" como la temperatura ambiente o los ra#os solares

$stos factores no se tienen a menudo en cuenta" pero pueden afectar tanto a la precisin como alas fuentes internas de la m%uina

or ltimo" la estructura puede recibir una cantidad de calor para el mismo proceso de corte $l

mecani&ado de alta velocidad basa la proteccin de la )erramienta en %ue parte del calor generadoen el corte se lo lleve la viruta +dems muc)as veces el corte se )a de )acer con emulsionesrefrigerantes %ue se llevan tambiBn gran cantidad de calor !as dos" las virutas # la taladrina entran"si no lo evitamos en contacto directo con la parte de la estructura de la m%uina %ue configura elrea de traba/o" transmitiendo tambiBn el calor recibido para conduccin

1.J Ri:i'eB K #$&0i:/#cin


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!a rigide& es la resistencia de un cuerpo a la deformacin sobre una carga odemos )ablar derigide& esttica si el cuerpo recibe la carga constante # de rigide& dinmica si la naturale&a de lacarga se frecuencia $n una m%uina-)erramienta se encuentran cargadas los dos tipos # por tantolos elementos constructivos de la misma )an de tener en cuenta las dos

!as cargas constantes son fundamentalmente la misma estructura # el peso de la pie&a a

mecani&ar # sistemas de utilla/es GambiBn en menor medida generalmente. el peso de la)erramienta !as proporciones de diseo de las partes estticas # mviles de la estructura )an deasegurar una alta rigide& pero" adems" tienen %ue poder dar una buena respuesta dinmica

!as cargas dinmicas son las debidas principalmente al proceso de corte ensamos %ue a lasm%uinas de alta velocidad las revoluciones del cabe&al pueden" como )emos visto anteriormente"llegar a =0000 rpm lo %ue supone" teniendo en cuenta %ue un )erramienta integral tiene)abitualmente 2 labios" una frecuencia de

f ^ =0000970.J2 ^ 1666 &

$s importante a la )ora de disear las caractersticas estructurales de una m%uina ale/ar lo msposible la frecuencia natural de las frecuencias de traba/o" con el fin de evitar vibraciones excesivas

%ue" comportan a menudo" roturas de )erramienta # acabados superficiales mu# pobres

!a amortiguacin es la capacidad de un sistema de absorber vibraciones $sta absorcin devibraciones se )ace mediante fuer&as de fregamiento $stas fuer&as pueden ser fuer&as defregamiento seco o 8oulomb. entre dos slidos del sistema" fuer&as de fregamiento de un cuerpoen un fluido o fuer&as producidas para el fregamiento interno entre las molBculas de un cuerpo %uese deforma elasticidad.

$n una m%uina-)erramienta es la absorcin de energa vibratoria la %ue producema#oritariamente las deformaciones de la estructura # de los elementos de la cadena deaccionamiento !os materiales se deforman" los )usillos de bolas pueden colgar # las guasaumentan # disminu#en la precarga !a amortiguacin es" en principio" contraria a la rigide&" # esto)ace %ue los parmetros de diseo de los elementos constructivos siempre deban soportar el

compromiso entre rigide& # amortiguacin

,ale la pena profundi&ar un poco ms en las consecuencias fsicas de esta dicotoma @isimplificamos a 1 variable # en 1 elemento toda la estructura de la m%uina" podemos considerar%ue la rigide& de toda la cadena de elementos se puede modelar en un molde de constante derigide& 'N( donde

5c"acin 2

or otro lado" la suma de los elementos amortiguadores de las vibraciones podemos modelarloscomo un fregamiento viscoso con constante de amortiguacin 'c( donde

5c"acin 9

!a propia masa de la estructura responde a la ecuacin

5c"acin :


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C finalmente la accin de la )erramienta se puede modelar como una fuer&a peridica de la forma

5c"acin ;

:e esta manera la ecuacin dinmica del sistema es

5c"acin .- *onta#e de cae'a con transmisin de engrana#es. 5 e#e a'" se despa'a para $acer e camio de

gamas

!a venta/a de estas transmisiones es su capacidad para multiplicar el par del motor" a menudo porcuatro +dems" el motor est aislado del cabe&al #" por tanto" es ms fcil controlar el calorgenerado por las dos unidades separadas

!os inconvenientes ms destacables son la poca eficiencia Q0D." el ruido # las vibracionesgeneradas en el corte +dems" la velocidad mxima en punta de )erramienta no supera nunca lasL000 rpm

$ste tipo de cabe&ales son ideales para aplicaciones de alta velocidad donde )ace falta muc)apotencia a ba/as revoluciones o sea un gran par $n algunas condiciones de corte de titanio" por

e/emplo" con )erramientas de dimetros grandes pueden ser necesarios de 1000 a 2000 ;m

[email protected] C#%eB#( c&n 0#n)$i)in 3## c&e#)

$sta construccin del cabe&al es probablemente la ms utili&ada )o# en da en centros demecani&ado convencionales $s fcil de montar" # por tanto mu# econmica +dems" dependiendode las correas # la relacin de poleas %ue se instalen" podemos obtener un cabe&al con un alto para ba/as revoluciones o un cabe&al con velocidades de )asta a 15000 rpm con un nivel devibraciones # ruido aceptable para muc)as aplicaciones


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$l inconveniente de estos sistemas es %ue" precisamente al ser verstil" ni la potencia a ba/asrevoluciones es suficiente en las aplicaciones con ms re%uerimientos de par" ni el nivel devibraciones a altas revoluciones es aceptable en aplicaciones donde los acabados superficialessean crticos

+dems" dependiendo de las correas" se genera bastante calor" %ue est sin embargo siempre

aislado en el motor # en el cabe&al ero el punto ms dBbil del cabe&al es el rodamiento desuporte posterior las correas e/ercen una fuer&a radial %ue limita en muc)o casos la vida de esterodamiento figura 1E.

Fig. 1?.- Cae'a con transmisin para correas. ,a &"er'a tirante de os correas p"ede $acer dismin"ir a vida de os rodamientos

posteriores

$ste cabe&al" con me/oras en la transmisin por correas para reducir el ruido # las vibraciones. #un monta/e con doble rodamiento entre los cuales se sita la polea de transmisin para evitar elfallo." se utili&a todava en muc)as m%uinas resultado de la evolucin de otras convencionalespara )acer mecani&ado de alta velocidad

2.+.@." C#%eB#( c&n #c&3(#$ien0& 'iec0&

$ste tipo de cabe&al elimina las vibraciones # los ruidos de las transmisiones" por lo %ue se puedellegar a velocidades de )asta a 20000 rpm con mu# buenos acabados superficiales 8omo e/emplopodemos mencionar los centros de mecani&ado Casda modelo C* de fabricacin /aponesa

$n este monta/e el motor debe estar bien e%uilibrado" # la alineacin del motor # el cabe&al )a deser excelente para evitar dese%uilibrios %ue indu&can fuer&as radiales a los rodamientosposteriores del cabe&al $l fabricante Casda incorpora adems un acoplamiento elstico de

fabricacin propia %ue absorbe las vibraciones del motor

GambiBn )a# %ue tener en cuenta el aislamiento tBrmico del motor # la absorcin por parte delacoplamiento del posible alargamiento del e/e de Bste )acia aba/o # las del cabe&al )acia arriba @ino" podran aparecer fuer&as $n la figura 20 se muestra un cabe&al con acoplamiento directo


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Fig. 2.- Cae'a con acopamiento directo. ,os circ"itos de re&rigeracin aEsan e caor de motor de cae'a.

8on todas estas consideraciones" el precio de estos cabe&ales es relativamente bueno" sobretodorespecto al coste de los cabe&ales integrados

2.+.@.+ C#%eB#( in0e:#'&

Tstos son" sin duda alguna" los cabe&ales ms utili&ados en las m%uinas-)erramienta de altavelocidad del mercado actual

$ste concepto integra el motor dentro de la estructura del cabe&al" con el fin de evitar cual%uier tipode transmisin #" por tanto" reducir al mximo las vibraciones generadas $n los motores para estaaplicacin se venden el estator # el rotor por separado" con el rotor vaco para integrar los

mecanismos del cabe&al $l motor %ueda en medio de los rodamientos frontales # posteriores

!as limitaciones de velocidad de estos cabe&ales son las de los rodamientos @e encuentrane/emplos de todas las velocidades # potencias @us caractersticas de vibracin son excelentesmenos de 2 pico a pico en muc)os casos. # el ruido es mnimo

!os dos grandes inconvenientes de estos tipos de motor son su precio # la evacuacin del calorgenerado por el motor


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$l precio de compra es elevado por la comple/idad del monta/e" aun%ue cuando se extiendatodava ms" los precios de los motores vacos deberan ba/ar GambiBn es costosa la reparacindel cabe&al" por%ue cuando aparece un problema en el cabe&al rodamientos. o en el motor laconsecuencia es la misma )a# %ue sustituir todo el con/unto $sta caracterstica obliga a losfabricantes a tener un servicio de reposicin de estos cabe&ales efica&" extenso # por tanto caro

8on respecto al calor" en este cabe&al" adems de extraer el calor de la parte exterior de loscabe&ales" )a# %ue extraer el calor del estator del motor" aumentando la potencia refrigeradora #)aciendo los circuitos ms comple/os +dems" en los cabe&ales de induccin los rotores generanmuc)o calor en la c)apa apilada" %ue se transmite directamente al e/e rotativo del cabe&al ortanto" el gradiente es todava ms difcil de controlar

$n el es%uema de la figura 21 se muestra la construccin de uno de estos cabe&ales


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Fig. 21.- Cae'a integra

Htra de las problemticas tanto de este tipo de cabe&ales como de los de acoplamiento directo erala imposibilidad de obtener buenos pares a ba/as # a altas revoluciones $ste problema se )aresuelto incorporando

motores de doble bobinado" %ue utili&an uno de 7 pulsos a ba/o rBgimen # otro de 2 pulsos pararBgimen elevado $s como si se cambiara el motor dependiendo de las revoluciones de traba/o$ste cambio se controla electrnicamente" # se reali&a por tanto de forma dinmica

2.@ E(e$en0&) #/Fi(i#e) en e( $ec#niB#'&

$stos elementos no determinan" generalmente" el diseo estructural de la m%uina pero" paraobtener un resultado ptimo" son tan importantes como el resto de caractersticas $l diseo deestos sistemas )a de asegurar el correcto funcionamiento de una m%uina en ciclos de traba/oexigentes" minimi&ando a la ve& los tiempo de no-corte sobretodo en las aplicaciones deproduccin de pie&as.

[email protected] C#$%i& #/0&$0ic& 'e ;e#$ien0#

8on el cambio automtico de )erramientas se dota a la m%uina de independencia respecto a lapresencia del operario para e/ecutar un traba/o con diferentes )erramientas

$n las aplicaciones donde los ciclos de traba/o con una )erramienta son largos" los tiempos decambio de )erramienta son despreciables $n cambio" en aplicaciones de produccin donde lasoperaciones de cada una de las )erramientas no supera en muc)os casos los 10 s" un cambio de)erramienta de L s supondra una relacin insoportable

$n el primer caso las soluciones adoptadas son mltiples" pero siempre sencillas $n la figura 22se presenta la fotografa de un cambiador tipo paraguas Tste mueve todo el almacBn )acia el

cabe&al # aprovec)a el movimiento del mismo para cambiar la )erramienta

Fig. 22.- Camiador de $erramienta tipo parag"as


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@e trata de una solucin mu# popular en los centros de mecani&ado de ba/o coste @us dosdesventa/as son la invasin de la &ona de traba/o por las )erramientas # la posibilidad de ensuciarlos porta)erramientas con el peligro de excentricidad cuando gira si la viruta se )a %uedadoenganc)ada en el cono

$n el segundo caso" el cambiador siempre debe tener una estacin intermedia entre el almacBn #

si mismo para poder seleccionar la )erramienta del almacBn antes de e/ecutar el cambio de)erramienta $ste elemento intermedio incorpora adems un bra&o" %ue a menudo es accionadomediante una leva mecnica %ue e/ecuta las acciones con un solo movimiento rotativo $stossistemas de leva me/oran la fiabilidad # la rapide& del cambio $n el mercado existen cambios deestas caractersticas %ue cambian la )erramienta en menos de 0"E s

!a figura 26 muestra uno de estos cambios en un centro vertical $n este caso las )erramientastambiBn estn expuestas a las virutas de la mecani&ado

Fig. 29.- Camio de $erramienta en "n centro vertica

$n otras configuraciones" este cambio es aislado por una puerta $stos sistemas se utili&an cuandodos de los e/es se sitan ba/o el cabe&al" como por e/emplo en el centro )ori&ontal de la siguientefotografa


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Fig. 2:.- Centro de mecani'ado $ori'onta con dos de os e#es sit"ados dea#o de cae'a0 y donde e "e e camio de $erramienta se

enc"entra aisado por "na p"erta

[email protected] C#$%i& #/0&$0ic& 'e 3#(e0)

$l cambio automtico de palets intenta dar autonoma a la m%uina e integrar el tiempo depreparacin de la pie&a en el tiempo de mecani&ado *ientras uno de los palets est dentro la &onade traba/o el otro est fuera" # el operador trae la pie&a acabada # prepara la siguiente

$n el mercado existen" bsicamente" dos tipos de cambiadores de palets cambiador paralelo #cambiador rotativo

$n el cambiador paralelo la tabla reali&a u

introduccion al mecanizado de alta velocidad.doc

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