tecnicas modernas de mecanizado iii

7/22/2019 Tecnicas Modernas de Mecanizado III

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PARTE III

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INDICE TEMATICO

1 Sistemas de sujecin para mecanizado de 5 ejes 3

2.- Cono de medicin 5

3.- Cundo combinar fresado y torneado 10

4.- Mecanizado adaptativo para reparacin de labes de turbinas 15

5.- Sujetadores que evitan la vibracin con ruido 18

6.- Nuevos mtodos para fresado en duro 23

7.- Torneado continuo en fresas/torno 26

8.- Calibracin 3D o de tres ejes: cul es la diferencia? 29

9.- Retos en el corte del CGI 34

10.- Rectificado plano de profundidad 37

11. Mecanizado de alta velocidad, sin velocidad 40

12.- Mecanizado basado en conocimiento 44

13.- Rectificado: guas hidrostticas 50

14.- El atractivo del Peel Milling 52

15.- Aceptando el desbaste por penetracin 54

16.- Integracin directa entre aplicaciones CAD y CAM 58

17.- Desde el Laboratorio 62

18.- Generalidades del mecanizado 3+2 68

19.- Herramientas de corte, rectificado y operacin de un taller de afilado 71

20.- Herramientas para perfilar y fresar en 3D 73

21.- Los costos ocultos de las herramientas de corte 75

22.- Rectificado sin centros. No es magia 80

23.- Insertos intercambiables de herramientas para mquinas de baja potencia 84


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1 - Sistemas de sujecin para mecanizado de 5 ejes

El mecanizado en cinco ejes requiere condiciones especiales de los sistemas de sujecin.

Una mquina de cinco ejes puede ser un recurso tremendo, aunque las limitaciones en el sistema desujecin pueden disminuir su valor. Tener el husillo y la herramienta de corte cerca del trabajo puede serproblemtico cuando la mesa de trabajo est en el camino, por ejemplo. Un sistema de sujecinintroducido recientemente, permite que una pieza de trabajo sea sujetada rgidamente mientras se elevadesde la superficie de la mesa de trabajo. Mover la pieza de trabajo lejos de la mesa crea un espacio parala nariz del husillo y la herramienta de corte cuando la mesa gira la pieza de trabajo a fin de mecanizarlaen mltiples caras, o cuando el cabezal de husillo rota y gira para crear contornos o superficiesesculpidas. Sin este espacio, el usuario puede estar forzado a volver a fijar la parte o a cambiar a unaherramienta de corte ms larga y menos rgida.

La caracterstica de diseo ms significativa del sistema de sujecin, denominado Kurt VB 5AX 100, es laubicacin del husillo de tensin, el cual se monta directamente bajo la pieza de trabajo soportada. Estosignifica que las fuerzas de sujecin se aplican cerca de la parte superior de las mordazas verticales de laprensa, como se muestra en la ilustracin. Cuando las fuerzas de sujecin se aplican lejos de lassuperficies de contacto de las mordazas y cerca de la mesa, las mordazas pueden doblarse por latensin. Esta deflexin reduce las fuerzas de sujecin y la rigidez del alistamiento. Como resultado, elusuario puede tener que recortar avances y velocidades para evitar la vibracin con ruido. El diseo de lanueva prensa evita estas limitaciones y compromisos.

Otra caracterstica notable de diseo es el plato de soporte de la pieza de trabajo, el cual se une a la carainterior de cada mordaza. Los dos platos opuestos proveen una superficie de asiento segura para la piezade trabajo antes de que se ajuste la prensa, contribuyendo as a la repetibilidad del sistema. Unos frenosdel trabajo opcionales proveen una localizacin positiva y referenciamiento si se desea. Las superficies desujecin son slo de 8 mm (0.315") de profundidad, para minimizar la obstruccin de la pieza de trabajo.


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Los bloques de montaje bajo cada mordaza pueden apernarse en las ranuras en T estndar o en la grillade ubicacin de la mesa. Tambin pueden unirse a fijaciones personalizadas. Las mordazas, unaestacionaria y otra mvil, ajustan en los bloques de montaje para lograr una altura sobre la mesa de 177mm (6.889"). Unos elevadores opcionales pueden mover la pieza de trabajo a 200 mm (7.874") o 225 mm(8.858") sobre la mesa.

El husillo de tensin llega desde una mordaza a la otra, con ejes de extensin apropiados que seadicionan si es necesario. El ancho de sujecin ms pequeo es de 2 mm (0.079"). El eje de extensinms largo es de 240 mm (9.448"), pero pueden combinarse ejes para anchos de sujecin ms grandes.El sistema suministra una fuerza de sujecin de 40 kN (8.992 lb).

La fuerza de sujecin se aplica cerca de la pieza de trabajo y no cerca de la mesa, evitando as los problemas potenciales

mostrados en la parte inferior.

Al combinar juegos de sujetadores es posible asegurar piezas de trabajo grandes. Por ejemplo, puedenusarse dos juegos para sostener una pieza de trabajo rectangular sujetndola con un par de mordazasen cada extremo. Unos pasadores redondos insertados en la parte superior de las mordazas proveenuna sujecin segura para piezas de trabajo circulares o con forma de anillo.

Una mquina de cinco ejes puede ser un recurso tremendo, pero tambin una tremenda inversin. Lainversin en accesorios -como los sistemas de sujecin especiales-, puede ayudar al taller a obtener lomximo de este recurso.


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2 - Cono de medicin

En un taller, los calibradores neumticos pueden ayudar a detectar si el cono en unportaherramientas est desgastado o es impreciso.

El uso de conos nunca haba sido ms importante. La mayora de diseos de portaherramientas usaconos porque ellos proveen una buena alineacin y pueden bloquearse en su posicin. En la manufacturade portaherramientas y husillos, el control del cono y su tamao determina qu tan bien puededesempearse la mquina durante su ciclo de corte.

Las dos condiciones ms importantes en el control del cono son su tamao y su ngulo. El tamao secontrola por la tolerancia, y por eso, es idntico a un dimetro interior o exterior cilndrico. El ngulo delcono, por otro lado, puede controlarse al menos por tres factores: 1) ngulo incluido o ngulo por lado; 2)cono por pulgada o por pie; 3) dos dimetros en ubicaciones con dato especificado.

Los calibradores neumticos miden efectivamente casi todos los tipos comunes de dimensiones y sonparticularmente aptos para verificar tales relaciones dimensionales. Como herramienta de inspeccin, lacalibracin neumtica puede medir muchos trabajos ms rpidamente, con mayor conveniencia yprecisin que otros mtodos de medicin. En la medicin de condiciones de agujeros de alta precisin,

por ejemplo, la calibracin neumtica es inigualable por su velocidad y precisin. Tambin, cuando severifican caractersticas dimensionales, el aire ofrece suficiente amplificacin y confiabilidad para medirtolerancias mucho ms all del alcance de los calibradores mecnicos.

Las compaas preocupadas por los estrictos requerimientos de calidad verifican regularmente el desgaste o imprecisin de los

conos portaherramientas. Los trabajadores de produccin no requieren entrenamiento especial en el uso de calibradoresneumticos para conducir estos chequeos.

Adems, la calibracin neumtica es sencilla. Los trabajadores de produccin no requieren entrenamientoespecial para usar calibradores neumticos. Al verificar un agujero, por ejemplo, no es necesariodesarrollar habilidad en "afinar el medidor" para encontrar el dimetro real: simplemente se inserta eltapn neumtico en el agujero y se lee la medida. Es tan simple como eso.

Cmo trabaja la calibracin neumtica

La calibracin neumtica usa el principio de contrapresin para determinar el tamao de una partemedida. De acuerdo con las leyes de la fsica, el flujo y la presin resultan directamente proporcionales alespacio y ambos reaccionan inversamente el uno respecto a la otra. As, la relacin entre la presin deaire y la distancia de una restriccin (pieza de trabajo) a la salida de aire (chorro) puede representarse enuna grfica. Vea la lnea (a) como se muestra en la figura 1. A medida que se incrementa la distanciaentre el chorro y la superficie de trabajo, la presin decrece y la relacin se convierte en lineal, como se


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representa por la seccin recta (b) en la figura 1. Esta porcin recta de la curva puede calibrarse conprecisin y representa la escala del calibrador neumtico.

Para medir conos en un ambiente de produccin, pocos mtodos diferentes pueden igualar la velocidad ydesempeo del aire, ya que mltiples circuitos de chorros de aire pueden colocarse en calibradores deconos muy pequeos. Los calibradores neumticos de conos se usan a lo largo del proceso demecanizado, que incluye:

La inspeccin de nuevos portaherramientas.

La inspeccin de nuevos husillos.

El monitoreo de portaherramientas usados para asegurar que se ajustan apropiadamente con la mquina.

El monitoreo del husillo para verificar que el portaherramientas est sentado apropiadamente en el husillo.

Portaherramientas y husillos

Existen muchos tipos de portaherramientas estndar, pero los dos ms comunes son el CAT-V y el HSK.El NMTB y el CAT-V son muy similares y usados con frecuencia. Los portaherramientas NMTB/CAT-Vson conos externos, disponibles normalmente en tamaos comunes: 30, 40, 45, 50 y 60 (pero existenotros), segn el tamao y capacidades de la mquina CNC. Recientemente, el portaherramientas estiloHSK se ha vuelto tambin muy popular por su alto desempeo en aplicaciones de mecanizado rpido.Normalmente se especifican tamaos de herramental 32, 40, 50, 80 y 100 (pero tambin existen otrostamaos). Estos nmeros definen tanto el dimetro de la lnea del medidor como su longitud. Tanto elNMTB como el CAT-V usan por lo general un cono 7:24, mientras el HSK utiliza un cono poco profundode 1:10.

Fig. 1 El flujo de aire restringido crea una curva de presin/distancia. Esta curva de presin/distancia es bastante linealsobre una porcin de su rango y es altamente repetible.

Muchas razones justifican la popularidad de estos portaherramientas. Una ventaja es que no sonautobloqueantes, y en lugar de ello, se aseguran en el husillo mediante una barra de traccin -un arregloque facilita y agiliza los cambios de herramienta-. Tambin son econmicos, porque el cono mismo esrelativamente fcil de producir y requiere mecanizado de precisin de slo una dimensin, el ngulo delcono.

Los portaherramientas deben posicionar apropiadamente la herramienta de corte en relacin con el

husillo, y cuando est asegurada en sitio, debe mantener rgidamente esa relacin. Por eso la precisinde las superficies cnicas tanto en el portaherramientas como en el husillo es crtica.


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Fig. 2 El herramental de ajuste estrecho detectar un ngulo de cono ms grande o ms pequeo de lo que debera ser. Sinembargo, esta clase de herramental no provee una indicacin de precisin en el posicionamiento axial. La unidad neumticade anillo cnico mostrada abajo es tpica para herramental de ajuste estrecho.

Si la tasa de conicidad del portaherramientas es demasiado grande, habr excesivo espacio entre lasdos superficies y el extremo ms pequeo del cono. Si la tasa de conicidad es demasiado pequea,habr mucho espacio libre en el extremo mayor. Cada situacin puede reducir la rigidez de la conexin ycausar desviacin lineal de la herramienta, lo cual puede manifestarse en la pieza de trabajo como unerror en la geometra y, o, en su acabado superficial. Los errores del cono pueden afectar tambin lacantidad de espacio libre entre la brida del herramental y la cara del husillo, creando errores deposicionamiento axial.

Tres tipos de herramientas neumticas

A medida que se incrementan las demandas de precisin y alta velocidad del mecanizado, lastolerancias de manufactura del husillo y los conos portaherramientas se estrechan. Sin embargo, amboscomponentes continan sujetos a imprecisiones en la manufactura y al desgaste. En respuesta, algunas

compaas con requerimientos muy altos de precisin, calidad y productividad -particularmente en loscampos mdico y aeroespacial- verifican regularmente la precisin de los conos portaherramientas y loshusillos de las mquinas usando los portaherramientas. Esto se hace normalmente con un calibradordiferencial neumtico, que combina la alta resolucin y precisin necesarias con la velocidad, facilidadde uso y robustez, requeridas en el taller. El tipo ms comn de calibrador neumtico para herramentalde cono tiene dos pares de chorros en circuitos de aire opuestos y est diseado para un ajuste estrechoentre la parte y la herramienta.

El herramental de ajuste estrecho no mide dimetros de parte como tales. En lugar de ello, muestra ladiferencia diametral en dos puntos sobre la pieza de trabajo, en comparacin con los mismos dos puntosen el patrn (vase figura 2). Si la diferencia en dimetro en el extremo mayor del cono es superior a ladiferencia en dimetro del extremo pequeo, el chorro superior ver mayor contrapresin que el chorroinferior. Esto reflejar un cono negativo o un ngulo de cono ms grande. Si la diferencia diametral en elextremo pequeo es mayor que la diferencia en el extremo mayor, el calibrador leer un cono positivo oun ngulo de cono ms pequeo.

Fig. 3 Puede aadirse un juego adicional de chorros al herramental estilo "espacio vaco", para inspeccionar errores de bocade campana y forma de barril en el cono.


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Sin embargo, ya que un calibrador neumtico diferencial indica slo diferencias diametrales, no mostrarel dimetro de la parte en cada sitio. As, mientras este tipo de herramienta neumtica provee una buenaindicacin del desgaste del cono y nos permite predecir una prdida de rigidez en la conexin, no noscuenta nada sobre la precisin en el posicionamiento axial de la herramienta.

Para eso necesitamos una herramienta neumtica estilo "espacio libre". La cavidad de la herramienta esdimensionada para aceptar el cono portaherramientas completo, mientras la brida del portaherramientasse referencia contra la superficie superior de la herramienta. Esto posibilita medir dimetros en alturasconocidas (adems del cambio en espacio libre, como con el de tipo ajuste estrecho). Puede adicionarseun juego adicional de chorros, como se muestra en la figura 3, para inspeccionar la boca de campana yla forma de barril, dos condiciones ms que reducen el rea de contacto entre el portaherramientas y elhusillo.

Existe un tercer tipo de calibrador neumtico de conos, un cruce entre los estilos mencionados arriba.Este se llama calibrador de conos de "ajuste simultneo". Es bsicamente una herramienta de ajusteestrecho con un indicador que referencia en la cara de la brida par del portaherramientas. Esto indicaqu tan lejos alcanza el portaherramientas en el husillo. As, mientras el calibrador neumtico provee unalectura del ngulo del cono, el indicador provee una referencia del tamao de los dimetros. Cuando semide un portaherramientas cnico, si el dimetro del cono es demasiado grande, no llegar lo

suficientemente lejos en el calibrador. Si el dimetro es muy pequeo, caer ms all en el calibrador.

Dada una comprensin bsica de cmo trabaja un calibrador neumtico, estos tipos de herramental sonfciles de usar. La calibracin es un asunto sencillo: insertar el cono patrn y ajustar el cero. Medir esan ms fcil: slo se inserta la parte y se toma la lectura. Sin embargo, se requiere cuidado,especialmente cuando se manejan portaherramientas pesados. Aunque el herramental neumtico esrobusto, puede daarse.

Graduacin de calibradores neumticos

Los calibradores neumticos para herramental cnico requieren patrones cnicos. Los portaherramientasson de inters particular, porque la precisin del cono afecta la calidad de las partes fabricadas con estosportaherramientas. Segn el estndar Ansi B5.10, los portaherramientas con brida en V se construyen a

una tasa especificada de conicidad de 3-1/2 pulgadas por pie, +0.001/-0.000 pulgadas. El estndar ISO1947 define un nmero de grados de cono y establece diferentes tolerancias, dependiendo tanto delgrado como de la longitud del cono.

Sin importar cul estndar se siga, resulta necesario graduar el calibrador antes de usarlo para medirpartes. El patrn cnico es generalmente una versin ms precisa de la parte, pero antes que puedausarse para graduar el calibrador, debe certificarse. La tolerancia de 0.001 pulgadas por pie del Ansiparece fcil de lograr hasta que se ve la complejidad del proceso de inspeccin. Primero, la mayora deportaherramientas son mucho ms cortos que 1 pie, de modo que la mayora de calibradores compararealmente dimetros que estn apartados slo 3 o 4 pulgadas. Considerando el ejemplo de 3 pulgadas,la parte tiene que cumplir una tolerancia medida de 0.00025 pulgadas (es decir, 0.001 pulgadas 4).Usando una relacin de regla del dedo gordo para medicin de 10:1, el patrn de medida debe tenerprecisin de 25 micropulgadas, y el cal ibrador debera resolver la misma cantidad.

Para certificar el patrn -de nuevo usando la relacin 10:1- se requerir un sistema de medicin que

tenga un desempeo superior a 2.5 micropulgadas. Esto es fcil de lograr. Un ambiente de laboratoriocontrolado resulta esencial para lograr el nivel de precisin. Certificar el patrn replica robustamente elproceso de medicin de produccin. El dimetro del patrn se mide en dos alturas conocidas, y lapendiente o ngulo se calcula a partir de los resultados.

El patrn de cono generalmente es una versin ms precisa de la caracterstica de parte, tal como la porcincnica de los portaherramientas.


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Consideraciones esenciales

Entre ms conozca usted sobre su proceso de mecanizado, mejor ser la forma en que su herramental ysus husillos se desempean. La calibracin neumtica puede suplir esa necesidad. Cuando seespecifica un requerimiento de cono, considere siempre:

Qu va a medir:

ngulo del cono? Dimetros en ciertas ubicaciones? Cono y dimetro?

La longitud del cono y la posible ubicacin de puntos de deteccin.

Si el calibrador ser porttil o montado en banco.

Lo que necesita el operador para una lectura.

Los diseos sencillos de ajuste estrecho proveen medicin del ngulo del cono.

La adicin de un indicador provee una referencia del dimetro del cono.

Un calibrador estilo hombro permite circuitos independientes para medicin del cono y el dimetro.

Un tercer circuito de aire puede ayudar a determinar si los lados de un cono estn rectos.


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3 - Cundo combinar fresado y torneado

En el rea de mecanizado multipropsito, muchos talleres optan por esperar para vercmo se comporta una tecnologa antes de aplicarla en sus procesos. Hoy en da, existenmquinas para satisfacer cualquier necesidad, desde las de un taller que produzca partespequeas para la industria mdica, hasta las de uno que fabrique tubos largos para laindustria de petrleo o componentes de motores aeroespaciales que poseen grandesdimetros.

Pocas compaas invierten inmediatamente cuando se introduce una tecnologa. Hay una gran variedadde razones para dudar. A menudo, la adopcin es impedida por costo cuando una mquina innovadoraest disponible por primera vez. Hay incertidumbre sobre el comportamiento de las nuevas tecnologascon el transcurso del tiempo.

Los descubrimientos toman aos para lograrse, pero tienden a ser refinados y mejorados a una tasamucho ms rpida, de modo que aquellos que esperan recibirn generalmente un producto mssofisticado. Todo esto puede justificar perfectamente el no ser uno de los primeros en adoptarlos. Por otrolado, esperar mucho tiempo para acoger el progreso puede poner el negocio en una desventajasustancial. Este llamado de juicio debera evaluarse peridicamente.

En el rea de mecanizado multipropsito, muchos talleres de mquinas toman inicialmente la decisin deesperar y ver cmo se comporta la tecnologa. La combinacin de funciones de fresado y torneadorequiri programadores y operadores familiarizados con cada tipo de mecanizado.

En un principio, la gran mayora de mquinas multipropsito se enfoc en un proceso, con un desempeomenor en las otras reas. Muchos talleres queran evaluar el valor de esta tecnologa con el tiempo antesde adoptarla. Eran reservas comprensibles, pero ya han quedado atrs.

Las fuerzas radiales generadas por la operacin de torneado se canalizan a travs de la estructura del husillo de fresado. Loscortes interrumpidos, as como el torneado continuo, pueden manejarse con el husillo.

En la actualidad hay una diversidad increble en mquinas multipropsito disponibles para los propietariosde diversos talleres. Existen mquinas para satisfacer cualquier necesidad, desde las de un taller queproduzca partes pequeas para la industria mdica, hasta las de uno que fabrique tubos largos para laindustria de petrleo y gas o componentes de motores aeroespaciales que poseen grandes dimetros yrequieren un eje Z corto.

Las mquinas multipropsito varan desde el nivel introductorio hasta aquellas que proveen nivelesincreblemente altos de desempeo, con presupuestos de todos los tamaos. Para la mayora de

fabricantes, los beneficios potenciales de las mquinas multipropsito son abrumadores.


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Con el husillo de fresado bloqueado en una posicin sin rotacin, el torneado de pinza con husillo y una torreta ms baja, secrea un centro de torneado de cuatro ejes.

Eliminar el riesgo de imprecisin

A medida que evoluciona la industria, muchos fabricantes encuentran retos para mantener rangos cadavez ms estrictos de precisin. Es muy comn producir partes que requieren tolerancias por debajo de0.001 pulgadas. Tambin resulta fcil encontrar centros autnomos de fresado o torneado que puedensatisfacer estas necesidades, pero eso es slo la mitad de la batalla.

Cuando se producen partes mediante una combinacin de centros de fresado y torneado, puede serdifcil, si no imposible, mantener altos niveles de precisin. Cada vez que se transfiere una parte de una

mquina a otra, se aade una nueva variable.

Para operaciones de fresado, la mquina torno-fresa brinda ventajas de acceso a las caractersticas geomtricas de la parte,que antes requeriran operaciones secundarias. Ms an, el uso de materiales prefabricados o barras en bruto como materiaprima, simplifica la sujecin de trabajos y elimina fijaciones ms complejas.

Estas variables aumentan rpidamente. Una parte de complejidad media puede pasar procesos demecanizado en media docena de mquinas o ms. Sin importar cunto cuidado se ponga o cun

sofisticado sea el equipo, las tolerancias siempre se deteriorarn cuando una parte requiere volverse afijar.


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Las mquinas multipropsito estabilizan el proceso de manufactura al permitir cortar partes hastacompletarlas en un solo alistamiento. La inevitable imperfeccin que se produce cuando se completanmltiples alistamientos es eliminada, lo cual hace mucho ms fcil mantener tolerancias estrechas.

Para fabricantes que trabajan partes con requerimientos de precisin menos estrictos, puede pareceraceptable ignorar el efecto del mecanizado multipropsito sobre la precisin. Antes de hacer esto, talescompaas necesitan considerar la naturaleza cambiante de la industria.

Es imposible poner atencin a las noticias sin enfrentar el temor de perder trabajo de manufactura por lacompetencia extranjera. Las opiniones sobre la seriedad de este riesgo varan, pero puede decirseobjetivamente que el trabajo de baja tolerancia es un mayor riesgo de contratar por fuera.

Vista general del taller de Pfeifer Industries, que utiliza mquinas de torneado/fresado Mori Seiki.

Por otro lado, las industrias que requieren alta precisin, como la mdica y la aeroespacial, experimentanun crecimiento significativo en Estados Unidos. Los fabricantes que hoy producen trabajos de bajatolerancia pueden percibir pronto la necesidad de adaptar soluciones para tener xito.

Alivio en automatizacin

En aos recientes, muchos fabricantes se han visto enfrentados a una disminucin de la mano de obracalificada. Como resultado, la automatizacin se ha convertido en una herramienta valiosa para lograrcrecer, independientemente de la disponibilidad de trabajadores adicionales. Mediante un sistemaautomatizado, la productividad aumenta y un operador es capaz de producir mucho ms con la mismacantidad de esfuerzo.

Mientras sea posible, el desarrollo e integracin de un sistema automatizado en varias mquinas puedeser una propuesta extremadamente costosa y retadora. Construir automatizacin en una sola mquinaofrece una solucin mucho ms simple: minimiza la cantidad de equipos necesarios, reduce laintervencin del operador e incrementa la flexibilidad del sistema.

Pfeifer Industries, en Naperville, Illinois, es un ejemplo perfecto de la eficiencia posible al automatizaruna sola mquina. Este taller de dos personas dise una celda de manufactura usando uno de losmodelos de mquina integrada Mori Seiki con capacidades de fresado, un cargador gantryy un sistemade medicin de partes Hydrogage. Una parte comn producida previamente por esta compaa requiri 3minutos 15 segundos de torneado, y 4 minutos 8 segundos de fresado, con un operador para transferirpartes de una mquina a otra.

Con la celda de automatizacin para una mquina, Pfeifer disminuy el tiempo total de mecanizado aslo 5 minutos, 20 segundos por parte. La productividad incrementada aument la capacidad de 87partes por da a 252 partes por da.

An ms importante para el pequeo taller: la cantidad de mano de obra requerida disminuydrsticamente. En el pasado, uno de los dos empleados del taller habra necesitado atender la mquina

de manera constante durante la operacin. Hoy, la celda de automatizacin slo requiere 10 minutos detrabajador por cada hora de produccin.


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Muchos talleres pueden no ser capaces de lograr resultados tan asombrosos como los de Pfeifer, perolos beneficios bsicos aplican a la mayora de fabricantes. Con accesorios como un cargador gantryogrupo de pallets, una mquina multipropsito sencilla puede, fcilmente, convertirse en una celda deautomatizacin que duplica o triplica la cantidad de partes producidas por hora de trabajador.

Flexibilidad y entrega rpida

Para ahorrar dinero, muchas compaas han abandonado la prctica de mantener un inventariosustancioso de partes. Por esto, la velocidad de entrega es generalmente una preocupacin principalcuando se selecciona un proveedor. Para los fabricantes, esto se traduce en la necesidad de agilizar laproduccin e introducir flexibilidad, que va de la mano con la manufactura esbelta.

Lograr una ventaja competitiva en tiempo de entrega puede ser difcil, si no imposible, cuando una partedebe pasar por muchas mquinas hasta estar terminada. Normalmente, cuando una parte llega a unamquina, debe esperar en fila hasta que se completen otros trabajos.

Cuando esto ocurre en cada paso del proceso, el tiempo total crece drsticamente. Aun con el sistemade programacin ms eficiente, este tipo de desperdicio existe cuando varios lotes de partes compitenpor tiempo en el mismo grupo de mquinas.

Un destacado fabricante aeroespacial evalu su flujo de trabajo e hizo una notable revelacin: una parteespecfica requiri 30 operaciones para ser mecanizada hasta el acabado.

En promedio, cuando una parte se mova por el taller, esperaba tres das en cada estacin antes de serprocesada. Entre el tiempo de espera y el tiempo de mecanizado, el tiempo de produccin total de laparte implicaba alrededor de 30 semanas. Procesadas en lotes de 20, cada parte representaba uningreso de US$15.000.

Puesto que el valor del trabajo en proceso exceda el costo de integrar mquinas multipropsito, elfabricante se dio cuenta que el costo de invertir en nueva tecnologa era pequeo en comparacin con elriesgo de perder el trabajo frente a un taller con tiempos de entrega ms rpidos. Despus de integrarmquinas multipropsito, el nmero total de procesos y tiempo de entrega cay significativamente y eltaller permaneci competitivo.

Adems de proveer tiempos de entrega rpidos, la reduccin significativa de la cantidad de tiempo queuna parte gasta como trabajo en proceso, permite un alto grado de flexibilidad. La historia prueba queninguna industria es inmune a fases de contraccin, por lo que muchos talleres buscan activamentediversificar su base de clientes. El proceso de produccin simplificado, resultado del mecanizadomultipropsito, facilita que un fabricante adapte el flujo de trabajo ms rpidamente y atienda una basede clientes mixta.

Pfeifer Industries produce estas partes completas en su centro automatizado fresa/torno. La productividad ha mejorado y lamano de obra se ha reducido con esta tcnica de procesamiento.


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Qu se debe considerar

Como con cualquier inversin significativa, hay muchos factores por considerar cuando se toma ladecisin de adoptar el mecanizado multipropsito. Primero, un taller debera verificar si se justifica elcosto de la tecnologa.

Para talleres relacionados exclusivamente con partes que pueden ser mecanizadas hasta el final, en unsolo alistamiento, en un centro de fresado o torneado, el mecanizado multipropsito puede que noofrezca mucha ganancia. Pero otros fabricantes s se beneficiarn de esta tecnologa, y es simplementecuestin de encontrar la mejor forma de hacerlo as.

La naturaleza de las partes que se producen desempea un papel importante para determinar quvariedad de mecanizado multipropsito es el mejor en un taller. Para partes que requierenprincipalmente torneado, con algunas operaciones simples de fresado o taladrado, un centro de torneadocon herramental vivo probablemente sea la opcin ideal.

Por otro lado, las partes que requieren mucho fresado y torneado, son mejor servidas por una mquinaque incorpore ambos procesos sin comprometer el uno con el otro. Los talleres tambin deberan tener

presente que el mecanizado de alta velocidad y en cinco ejes slo ser posible en un verdadero centrode fresado/torneado.

Al elegir un modelo especfico de mquina, un taller debera considerar las especificaciones yrequerimientos de trabajos potenciales, as como aquellos existentes. La tecnologa multipropsito ya seha observado lo suficiente como para que los fabricantes de maquinaria sean capaces de brindardetalles de clientes que se han beneficiado de sus mquinas.

La reputacin no es suficiente para justificar una decisin de compra, pero debe ser consideradadefinitivamente en el proceso. Muchas mquinas multipropsito incorporan caractersticas de diseo einnovaciones desarrolladas inicialmente en centros de fresado o torneado. Mirar la historia de esascapacidades en otras mquinas puede ofrecer algunas indicaciones sobre qu esperar de ellas en unnuevo contexto.

Sea que se busque menores costos, mayor productividad, tolerancias ms estrechas, entregas msrpidas o capacidad incrementada, el mecanizado multipropsito puede ayudar a un taller a lograr susmetas. La tecnologa se ha probado por s misma y las compaas que no saquen ventaja de susbeneficios probablemente se encontrarn en desventaja frente a la competencia.


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4 - Mecanizado adaptativo para reparacin de labes de turbina

El CNC de respuesta en tiempo real trae nuevas posibilidades para aplicaciones difciles demecanizado.

El trmino "mecanizado adaptativo" es usado ampliamente en estos das. En general, describe una tecnologaque adapta los datos de manufactura a condiciones variables. El mecanizado adaptativo se usa por lo generalcuando los componentes individuales en un lote tienen ligeras diferencias geomtricas. Estos componentes confrecuencia requieren mezcla y operaciones de pulido basadas en la habilidad y destreza de la mano humana.

Algunos sistemas de los cuales se dice son adaptativos, realmente ofrecen la capacidad de "mejor ajuste". Esdecir, alinean una pieza de trabajo en una posicin de dato conocida. La tecnologa de mecanizadoverdaderamente adaptativa se enfoca en las variaciones especficas que hacen diferente una pieza de trabajo deotra. Usa un sistema de escaneado, un software especial y un computador servidor integrado con un control demquina CNC para tomar el control ejecutivo del proceso, modificando de manera automtica los patrones deherramientas programados para cubrir las variaciones de parte a parte.

Los procesos para manufacturar y reparar labes y aspas usados en motores de turbinas de gas son aptosinherentemente para mecanizado adaptativo. Esto porque poseen un amplio rango de retos complejos

relacionados con la geometra, que requiere a menudo estrategias de mecanizado en cinco ejes. Es decir,algunas operaciones de reparacin, como recontornear perfiles aerodinmicos despus de reparaciones desoldadura, se continan realizando manualmente. Por esto la industria de turbinas de gas es el foco principalpara TTL, una compaa de Reino Unido que ha diseado y entregado sistemas de mecanizado adaptativopersonalizados por casi 20 aos. TTL es parte de StarratHeckert.


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Un ejemplo adaptativo

Una demostracin que hace TTL para ilustrar la capacidad de la tecnologa de mecanizado adaptativa es unaoperacin de grabado en cinco ejes sobre la superficie de huevos de gallina sin cocer. Al igual que los labes,aspas y componentes de combustin que conforman las turbinas de gas modernas, dos huevos nunca sonidnticos.

El primer paso es digitalizar la superficie del huevo. Los datos capturados se transfieren a un computador queprocesa los datos y modela el tamao y forma del huevo. Los patrones de herramientas de mecanizado, nicospara cada huevo particular, se generan con base en esos datos. El cdigo CN resultante controla la mquina decinco ejes y permite grabar la cscara del huevo a una profundidad predefinida de aproximadamente 0,05 mm(0.002"), sin importar las variaciones de la superficie.

Los retos de grabar huevos diferentes son tcnicamente equivalentes a mecanizar nuevas fundiciones o forjas yremover los recubrimientos o el exceso de soldadura cuando se reparan componentes de turbina. Puedenlograrse buenos resultados con la combinacin apropiada del diseo de fijaciones, tipo de mquina-herramientay alistamiento de la mquina-herramienta. Para componentes de turbina reparadas, por ejemplo, puedealcanzarse una precisin de mezcla entre la soldadura de reparacin y el material base con un tamao de pasode slo +0,00 mm / +0,02 mm (+0.000"/+0.0008").

La tecnologa de mecanizado adaptativo tambin es efectiva para reparar blisks(discos con labes). El diseo deuna sola pieza del blisk reemplaza la serie tradicional de labes individuales que conforman las etapas de unrotor. Los blisksse han integrado ampliamente en los diseos de rotor en aos recientes porque ofrecen ventajassignificativas de desempeo sobre diseos de labe sencillo. Los blisks se producen principalmente usandooperaciones de mecanizado en cinco ejes para lograr los requerimientos de tiempos de ciclo, precisin yacabado superficial. Son ms costosos y complejos de manufacturar que los diseos de labe sencillo, de modoque hay gran inters en desarrollar mtodos ms rentables para repararlos. Sin embargo, sus geometrascomplejas hacen el proceso de reparacin del blisktan difcil como manufacturar uno nuevo.

La reparacin es necesaria cuando un bliskse daa fsicamente en servicio (debido al impacto de un ave, porejemplo), o a desgaste por rutina. La reparacin del blisk suele comenzar aumentando la superficieaerodinmica en la punta y en el borde o reemplazando completamente secciones individuales del perfilaerodinmico mediante soldadura por rayo de electrones. En cada caso, el material adicionado debecontornearse para llevar la superficie aerodinmica a su forma original. Usando mecanizado adaptativo,operaciones como restauracin de cuerdas, perfilado del borde, mecanizado de la superficie aerodinmica ymezcla en el material original, pueden desarrollarse automticamente.

Adems, la precisin de mezcla puede lograrse generalmente sin comprometer el espesor del componente o laforma geomtrica. Esto es de particular importancia en aplicaciones de turbinas con esfuerzo crtico, en lascuales deben mantenerse los espesores de pared. Aunque la mezcla manual puede producir un componenteagradable a la vista, la precisin geomtrica del componente puede no cumplir las especificaciones.

El mecanizado adaptativo modifica automticamente los patrones de herramientas programados con variaciones

sutiles en la geometra de parte a parte, encontradas cuando se reparan componentes de motores de turbinas.


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Comienza con el escaneo

Las sondas de contacto o las sondas de escner lser permiten que el proceso de mecanizado adaptativoconsidere la deformacin plstica y los componentes desgastados antes del mecanizado. En comparacin conlas sondas de contacto, la velocidad con la cual un lser puede capturar los datos implica una reduccin

drstica en los tiempos de escaneo. Esto es particularmente til cuando se necesita recrear superficies grandesrpidamente y con eficiencia, como la reparacin de componentes de turbinas de gas. El sistema LDS-100 deTTL usa un cabezal de digitalizacin lser que se instala en el husillo de la mquina, as como una tarjeta deinterfaz con el computador de alta velocidad. Los datos recogidos desde el dispositivo se capturan directamenteen un conversor anlogo a digital de alta velocidad en el computador servidor. Los puntos de datos puedencapturarse individualmente o en una serie continua a velocidades de 100.000 puntos por segundo, lo cual setraduce en velocidades de digitalizacin tan rpidas como 6 metros por minuto.

El lser est soportado por rutinas de software personalizado para conversin de datos, filtrado y suavizado. Elescner lser puede producir resultados de 0,005 mm.

La reparacin de labes y blisks por medio del mecanizado adaptativo comienza escaneando el componente. La digitalizacin lser,que ofrece una alternativa a las sondas de contacto tradicionales, es particularmente efectiva para escanear con rapidez superficiesgrandes.

Requerimientos de mquina

Para aplicaciones de mecanizado adaptativo, el CNC de la mquina debe ofrecer una arquitectura abierta parapermitir comunicacin a dos vas entre el control y el computador servidor. Esta comunicacin debe ser ms queslo cargar y descargar un programa. Por ejemplo, el sistema adaptativo debe poder determinar desde lamquina el estado de las herramientas de corte en el carrusel y tambin leer y reaccionar ante mensajes deerror de la mquina.

La comunicacin a dos vas tambin es necesaria para permitir el pulido adaptativo usando medios de pulido yrectificado. Es importante mantener registro del tamao real de la rueda, el cual cambia con el desgaste yafilado de la rueda. Esto se hace con una medicin lser en proceso controlada por una interfaz decomunicaciones de bajo nivel entre el computador servidor y el CNC.

Debido a la rpida capacidad de cmputo ahora disponible, que permite procesar grandes cantidades de datosrpidamente, los clculos complejos requeridos para el mecanizado adaptativo pueden desarrollarse casi entiempo real. Adems, los ltimos CNC proveen las altas velocidades de procesamiento necesarias para manejar

datos de mecanizado complejos en cinco ejes, incluso a altas tasas de avance.


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En contraste con la rigidez esttica, la rigidez dinmica es la resistencia de un componente a la deflexin cuandolas fuerzas aplicadas son altamente variables o cuando las condiciones con las cuales se aplican, cambian. Unproceso de mecanizado crea naturalmente una situacin muy dinmica. Las fuerzas de corte cambianrpidamente a medida que la herramienta de corte y el husillo rotan, cuando los ejes de la mquina se mueven adiferentes velocidades y direcciones, y cuando la remocin de material cambia la forma y masa de la pieza detrabajo.

Estas fuerzas y condiciones variables tienden a crear vibraciones, o deflexiones intermitentes, en los elementosdel sistema. Estas vibraciones ocurren con alguna frecuencia natural, el punto en el cual el sistema "quiere sonarcomo un timbre". Cuando son lo suficientemente fuertes, las vibraciones pueden alcanzar la punta o los filos deuna herramienta de corte y dejar ondulaciones en la superficie mecanizada. Las ondulaciones representan unaserie de puntos bajos y altos que corresponden a fuerzas alternantes altas y bajas creadas por los filos de corteque vibran. El espaciamiento de las ondas refleja la frecuencia de la vibracin.

Cuando coinciden las partes altas y bajas de las ondulaciones con las fuerzas altas y bajas producidas por laherramienta de corte en pases subsecuentes, las deflexiones son ms pronunciadas. Este efecto es como unciclo vicioso. Cada vez empeora, hasta alcanzar eventualmente un punto en el cual las condiciones afectanadversamente los resultados del mecanizado. Esta vibracin autoexcitada se llama comnmente (vibracin conruido), por el sonido distintivo que produce. La principal evidencia visible del martillero es un patrn notable demarcas indeseadas de la herramienta en la superficie de la pieza de trabajo.

La esencia de controlar la vibracin es interrumpir este ciclo de vibraciones autoexcitadas. Debe prevenirse quelas vibraciones se alimenten ellas mismas. Existe un gran nmero de estrategias para lograr este objetivo, entreellas la de mantener las vibraciones lejos de alcanzar suficiente energa para eliminar esa negativa reaccin encadena.

Este mandril automtico Macro-style, un tem estndar en el catlogo de System 3R, est disponible con tecnologa VDP, como seevidencia por la capa viscoelstica visible cerca de su filo inferior. Los estilos de mandril ms largos, como MacroMagnum y Dynafix,tambin estn incluidos en el rango VDP.

Un tema absorbente

System 3R y su socio de I&D, el Departamento de Ingeniera de Produccin en el Royal Institute of Technologyen Estocolmo, vio el potencial de mejorar el desempeo dinmico de un sistema de sujecin de trabajos, parabeneficiar as el proceso de mecanizado completo. El objetivo era desarrollar un sistema de palletcon buenascaractersticas de amortiguacin de vibraciones. Era una proposicin desafiante.


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Los desarrolladores queran un sistema efectivo sobre una alta gama de frecuencias, porque el mecanizadoinvolucra muchas variables que pueden formar vibraciones. Es difcil predecir estas frecuencias, as quesintonizar un sistema a una frecuencia especfica resulta intil. Los desarrolladores queran un sistema que nofuera excesivamente costoso o complicado, que pudiera ser usado para un amplio rango de tamaos de palletyfuera compatible con componentes de productos existentes ya en los talleres de los clientes. An de mayorimportancia, el sistema no poda comprometer la rigidez esttica.

Despus de examinar cierto nmero de posibles soluciones, los desarrolladores concluyeron que laamortiguacin con polmero viscoelstico era la que mejor satisfaca sus necesidades. Los polmerosviscoelsticos constituyen una clase de materiales, como el plstico, con propiedades nicas que los hacenaptos para amortiguacin de vibracin. Estos materiales son elsticos hasta que se someten a presin o fuerzasde corte. Tales fuerzas transforman inmediatamente el material en un semislido, que absorbe y disipa energaen un alto grado.

Despus de varios aos de exploracin inicial y prueba, los desarrolladores escogieron integrar un polmeroviscoelstico en el diseo del sistema de pallet. Incorporar una capa de este material como un elemento derodamiento prob ser la forma ms efectiva para maximizar el efecto de amortiguacin de vibracin. El diseoincorpora un compuesto especialmente diseado de polmeros de alta amortiguacin y metal en el mandril, laparte de un sistema paletizado que est unida a la estacin de alistamiento, tal como la mesa de trabajo de lamquina o la superficie de un dispositivo de metrologa. El mandril provee una interfaz para los elementos de

referencia que permite intercambiar los pallets de sujecin de trabajos con un alto grado de precisin yrepetibilidad en el posicionamiento (este es el concepto de referencia precisa y repetible, para lo cual lossistemas de herramental integrados derivan su valor). Los elementos de referencia existente son compatiblescon mandriles permitidos para VDP, porque la interfaz no ha sido modificada de ninguna forma.

Ubicar el material viscoelstico en el sistema de sujecin de trabajos es ubicar la funcin de amortiguacin de lavibracin cerca de la interfaz herramienta de corte/pieza de trabajo. Los investigadores teorizan que estaproximidad cuenta para la efectividad de la solucin. Sin importar dnde se originan las vibraciones en elsistema de mecanizado, el sistema absorbe energa donde ms interesa.

Este diagrama muestra que los valores tpicos para cinco importantes factores en una operacin de mecanizado, mejoran cuando sedisminuyen las restricciones impuestas como respuesta a la v ibracin con ruido. Por ejemplo, la calidad superficial puede mostrar unamejora de 200% cuando se aplica la paletizacin con amortiguacin de vibracin.


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Aumentar la barrera contra vibracin

Segn la compaa, la tecnologa diseada mejora la dinmica de un sistema de palletsde manera sustancial,con slo una prdida ligera en rigidez esttica. Afortunadamente, la prdida de rigidez esttica no afect eldesempeo en las pruebas de mecanizado.

Lo que hace interesantes las pruebas de mecanizado con paletizacin de vibracin amortiguada es que losresultados enfatizan la importancia de la vibracin autoexcitada y la cantidad en la cual el martilleo constituye unfactor limitante en muchas operaciones de mecanizado. Por ejemplo, el diagrama de abajo muestra cincovalores normalmente afectados por dicho martilleo.

Cuando un usuario de mquina-herramienta es forzado a cortar con velocidades y avances que eviten lavibracin y prevengan el dao a las herramientas de corte, los delicados rodamientos de husillo y el acabadosuperficial de la pieza de trabajo, se comprometen la capacidad de remocin de material y la eficiencia de lafuerza de corte. As, la vibracin se convierte en la barrera que define los parmetros mximos de corte,mientras los lmites deberan definirse por la resistencia de la herramienta de corte y la potencia de la mquina.Como muestra el diagrama, cuando se mueve hacia atrs la barrera de vibracin, se incrementan los cincovalores. Pueden mitigarse los compromisos y sacrificios, permitiendo mayor utilizacin de toda la capacidad dela mquina-herramienta.

Sin embargo, los desarrolladores notan que esta tecnologa tambin es efectiva cuando la vibracin con ruidono resulta un problema, porque la vibracin est presente en algn grado en casi cualquier situacin demecanizado. Aun con "vibracin estable", la cual puede no ser lo suficientemente crtica para causar lacondicin inestable que se puede detectar como martillero, puede contribuir a un alto desgaste de laherramienta, rugosidad superficial o imprecisin dimensional. Reducir esta vibracin estable con VDP puedeprolongar la vida de la herramienta y producir acabados superficiales que podran, de otra forma, requerir cortesfinos de mecanizado o pulido.

Qu esperar

Aunque los desarrolladores continan probando la tecnologa VDP en sus laboratorios y recolectando datos delos usuarios en campo, el resumen de resultados es positivo. System 4R no dice que el VDP cure todo. En este

punto, la compaa est ms interesada en llamar la atencin en que la sujecin de herramientas es un factorpasado por alto en el control del ruido y la vibracin. An se aconseja a los talleres perseguir cualquier otratctica para mejorar la rigidez esttica y dinmica del sistema de mecanizado. Aqu se presentan algunas notasque la compaa desea dar a los usuarios:

Aplicar VDP siempre resulta en un mejor acabado superficial. La nica pregunta es qu tanto mejorar. Unapequea muestra de las mejoras en el acabado superficial se presenta en la tabla I. Es de notar que elmecanizado convencional presenta la mayor ganancia, pues las fuerzas de corte disminuyen hasta 25%. Encierta medida, la energa perdida de otra forma en vibracin se recupera por el sistema de mecanizado. Lasmenores fuerzas de corte reducen el consumo de energa y reducen el desgaste de la herramienta.

La vida de la herramienta se incrementa hasta 30%. Esto se traduce en menores costos de la herramienta decorte. El beneficio puede pronunciarse especialmente con herramientas de corte en carburo recubiertas, porquela vibracin con ruido tiende a desprender el recubrimiento, dejndolo sin efectividad como escudo de calor ylubricante en el corte.

La vida del husillo se alarga. Los husillos diseados para mecanizado de alta velocidad descansan enrodamientos de alto grado y baja friccin, los cuales tienden a desgastarse ms rpido cuando estn sujetos avibracin excesiva. Con VDP, la compaa predice que la vida del husillo puede extenderse hasta 30%.

La capacidad de remocin de material de una mquina se incrementa hasta 30%. Las velocidades y avances noestn restringidos por la vibracin con ruido, de modo que pueden aumentar con seguridad. En las aplicacionesde mecanizado de alta velocidad, este incremento puede ser esencial para recuperar la inversin en funcin deproductividad mejorada y rentabilidad.

Otros aspectos al aplicar VDP tambin merecen atencin.

En el mecanizado en cinco ejes, muchas veces es necesario usar herramientas de corte ms largas o fijacionesms esbeltas para minimizar problemas de vacos. La herramienta de corte o la pieza de trabajo estarn sujetas


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a mayor deflexin. Con estas condiciones, la amortiguacin de vibracin en la sujecin de trabajos esespecialmente valiosa.

En algunos casos, el VDP permite asegurar una pieza de trabajo grande con efectividad en un sistema de palletms pequeo que los recomendados normalmente. Esta aumenta la flexibilidad de un sistema de sujecin detrabajos integrado. Sin embargo, la efectividad total de la amortiguacin de vibracin puede perderse cuando sesujetan piezas de trabajo pequeas en palletssobredimensionados, porque las vibraciones no alcanzan la capaviscoelstica para su absorcin.

El eslabn perdido?

La sujecin de trabajos es un factor principal en el contexto de desempeo de sistemas de mecanizadoindividuales y del taller en general. Por una parte, como muestra esta discusin, la sujecin de trabajos puededeterminar los resultados de mecanizado en cuanto a calidad de la parte y costos de produccin. Laamortiguacin efectiva de vibraciones en un sistema de sujecin de trabajos disminuye el desperdicio en unproceso de mecanizado al mantener fuera la vibracin con ruido. Por otro lado, la sujecin de trabajos est en elcorazn de estrategias eficientes de alistamiento y puede desarrollar un importante papel en el esfuerzocontinuo de lograr una manufactura esbelta. La manufactura esbelta busca reducir los desperdicios en todoaspecto de la produccin.

Desde cualquier punto de vista, las innovaciones en sujecin de trabajos merecen atencin.


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6 - Nuevos mtodos para fresado en duro

Algunos talleres han implementado el fresado en duro a travs del mecanizado de altavelocidad, como una forma de generar formas intrincadas de troqueles y moldes en elcentro de mecanizado, con menos necesidad de electroerosionado y acabado manual.

El problema de cambiar a un mtodo nuevo y diferente de mecanizado es que sus antiguas expectativaspueden no ayudarle ms.

Algunos talleres han implementado el fresado en duro a travs del mecanizado de alta velocidad, comouna forma de generar formas intrincadas de troqueles y moldes en el centro de mecanizado, con menosnecesidad de electroerosionado y acabado manual. Sin embargo, el mecanizado de acero duro conherramientas pequeas que realizan cortes rpidos y ligeros no es la forma como muchos talleresacostumbran mecanizar estas partes. Para el taller sin esta experiencia de mecanizado en duro, qu tanrpido es el corte? Qu tan ligeros son los pases ligeros? Asumiendo que el taller tiene una mquina-herramienta y unas herramientas de corte apropiadas para este proceso, cmo encuentra losparmetros de corte que generarn eficientemente superficies suaves y detalles precisos en acero duro?

William G. Howard Jr., gerente de lnea de producto en centros de mecanizado vertical para Makino,escribi un libro sobre fresado en duro: Alta velocidad, soluciones de fresado en duro,de Hanser GardnerPublications. Tambin detall el proceso de fresado en duro en una reciente exposicin de tecnologa quetuvo lugar en las oficinas centrales de troqueles y moldes de Makino en Auburn Hills, Michigan. Entre lostips que ofreci estaban algunas reglas para encontrar los parmetros correctos de mecanizado parafresado en duro.

Estos parmetros no constituyen el proceso completo (de all la necesidad del libro). Adems, l comentaque el fabricante de herramientas de corte puede ser capaz de ofrecer parmetros ms productivos yespecficos que estos. Sin embargo, si el taller tiene una mquina de mejor desempeo con herramental

de mayor rendimiento y en ausencia de experimentacin o consejo de expertos para ofrecer parmetrosms especficos, los rangos y ecuaciones presentadas abajo le darn al taller un buen punto de partidapara aplicar el fresado en duro efectivamente.


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Velocidad

Qu tan rpido cortar en el proceso de fresado en duro depende de cunta dureza est involucrada. Useestos rangos como puntos de partida:

Por supuesto, la velocidad de husillo en revoluciones por minuto que equivale a este valor en sfm (piescuadrados por minuto), estar determinada por el dimetro de la herramienta. Ya que la herramientapuede ser pequea, es posible que se necesite un husillo rpido para lograr estos rangos de velocidad decorte. El uso de un escariador de nariz esfrica para el fresado en duro de superficies complejas detroqueles y moldes, slo hace ms probable la necesidad de velocidades ms altas. Cuando unaherramienta de nariz esfrica corta a profundidades de corte axiales ligeras, la herramienta no corta en sudimetro completo. Para determinar el valor de rpm necesario para lograr el valor de sfm que se requiere

con tal herramienta, use el dimetro efectivo de la herramienta, el cual se calcula con esta frmula:

Tasa de avance

La carga de viruta o tasa de avance en pulgadas por diente, puede aproximarse como una funcin deldimetro real de la herramienta. Use estos rangos como punto de partida para una tasa de avance defresado en duro:

Estas tasas de avance asumen una longitud de herramienta estndar. Si se necesita una herramienta delongitud extendida porque la caracterstica fresada en duro es difcil de alcanzar, probablemente seaconseje una tasa de avance ms ligera.


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Profundidad de corte

Los pasos de corte Step-over y Step-down son similarmente dependientes de la dureza del material,hasta un punto. Un factor ms significativo que afecta el Step-over(o profundidad de corte radial) puedeser el acabado superficial deseado de la parte.

Aqu estn las profundidades de corte mximas que deberan emplearse en un proceso de fresado enduro:

Estos valores mximos preservan la vida de la herramienta. Sin embargo, cuando el objetivo del fresadoen duro tambin es la suavidad de la superficie, puede necesitarse una profundidad radial ms ligera.

El requerimiento de acabado superficial por s mismo puede usarse para calcular este valor ms ligerode Step-over. Esto porque el valor de acabado superficial es una indicacin de la altura de cspide entrepases, y la altura de cspide entre pases adyacentes con una herramienta de nariz esfrica puededeterminarse matemticamente a partir del radio de la esfera.

La frmula que relaciona profundidad de corte radial con acabado superficial usando una herramienta denariz esfrica, es la siguiente:

El trmino coseno refleja la posibilidad de mecanizar ngulos de salida o superficies cnicas oinclinadas. ?A? es el ngulo promedio de adhesin entre la herramienta y la superficie con ngulo. Porejemplo, si se us una herramienta de 0.25" de dimetro (radio de 0.125") para lograr un acabadosuperficial RMS de 40 micropulgadas a un ngulo promedio de adhesin de 45 grados, entonces el Step-over sera calculado tomando en cuenta la raz cuadrada de 8 x 0.125 x 0.00004, multiplicado por elcoseno de 45 grados. Esto resulta en 0.0044 pulgadas, o cerca de 1,8% del dimetro de la herramienta.Use esta ecuacin para determinar qu tan pequea puede ser la profundidad de corte radial paracumplir un requerimiento de acabado superficial.

La tasa de avance afecta el acabado superficial tambin. El pase de cada filo de corte a medida que laherramienta avanza, crea una ?cspide?. De ah que, si el objetivo es una superficie suave, entonces elmismo valor calculado como lmite de profundidad radial debera aplicarse como lmite superior en latasa de avance en pulgadas por diente de la herramienta.


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7 - Torneado continuo en fresas/torno

Los avances en el software CAM ahora permiten que las mquinas fresa-torno equipadascon un cabezal de fresado en el eje B, desarrollen torneado de acabado en perfilesinternos y externos de la pieza de trabajo, usando una sola herramienta de corte.

Una atraccin clara a la plataforma de torneado-fresado es la posibilidad de mecanizar completamentepiezas de trabajo en un solo alistamiento.

Los avances en el software CAM ahora permiten que las mquinas fresa-torno equipadas con un cabezalde fresado en el eje B, desarrollen torneado de acabado en perfiles internos y externos de la pieza detrabajo, usando una sola herramienta de corte. Este nuevo ciclo de acabado de torno puede cortarcontinuamente a lo largo de perfiles internos y externos en un solo paso con slo una herramienta,eliminando la necesidad de utilizar una serie de herramientas de torneado con diferentes geometras.

Durante la operacin de torneado de contornos en el eje B, una sola herramienta rota para alcanzar reas que normalmenterequeriran una orientacin separada. Simultneamente, el anlisis de la geometra de la parte y la herramienta de cortedetecta y previene colisiones.

El ciclo de contorneado del eje B fue desarrollado por DP Technology (Camarillo, California) y estdisponible en el paquete CAM Esprit 2008 de la compaa. El ciclo toma una solucin eficiente al rotarcontinuamente el eje B mientras la herramienta de corte sigue el contorno, para que la herramientaalcance reas que de otra forma seran inaccesibles debido a la geometra de la herramienta. Este nuevociclo de mecanizado reduce el nmero de herramientas de corte requeridas, el nmero de cambios deherramienta y el tiempo de programacin, al tiempo que se entrega un acabado superficial suave y sinpasos. Finalmente, los resultados posibles son tiempo y dinero ahorrados para los talleres de mquinas.


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Siguiendo el contorno

En junio de 2007, un exitoso corte de prueba de contorneado en el eje B fue desarrollado por el centrotcnico de Mori Seiki en Los ngeles, California, en una mquina fresa-torno NT3150. Las coordenadasen el cdigo de CN fueron la salida para el centro de la nariz de la herramienta usando la funcin delpunto central de la herramienta rotativa (RTCP) del control Fanuc de la mquina. La funcin RTCP, que

debe usarse para el ciclo de contorneado, hace rotar la herramienta alrededor de su punto de controlms que rotar alrededor del punto pivote del eje B.

El ciclo de contorneado del eje B est basado en el ciclo de contorneado SolidTurn, de Esprit. Laprincipal diferencia es que la tecnologa de eje B ofrece control total sobre la seleccin de estrategias derotacin del eje B y los lmites de ngulo del eje B permitidos.

Los usuarios pueden adoptar dos estrategias para manejar la orientacin de la herramienta en toda laoperacin de torneado. Lo primero es mantener un ngulo de avance constante entre la herramienta y lasuperficie de la pieza de trabajo. As, la herramienta mantiene el ngulo de avance inicial en relacin conel perfil que est siendo cortado. Este ngulo de avance inicial es una funcin de la orientacin originalde la herramienta en el cabezal del eje B y la orientacin del primer elemento en el perfil. A medida quela inclinacin del perfil cambia, el cabezal del eje B inclina la herramienta para mantener el mismo ngulode avance relativo a la superficie de la pieza de trabajo. La inclinacin total de la herramienta est

limitada por un rango que define el usuario de ngulos de avance, adems de la capacidad de deteccinautomtica de colisiones parte/herramienta del software. Esta estrategia produce las mejorescondiciones de corte, al mantener el ngulo ptimo entre la herramienta y la superficie que est siendocortada. Sin embargo, requiere un movimiento casi constante en el eje B, que puede generar movimientosobre la carrera.

La segunda estrategia de rotacin del eje B es minimizar la rotacin de la herramienta, inclinando laherramienta slo cuando sea necesario. Esta estrategia mantiene la orientacin inicial de la herramientahasta que alcanza una superficie que no puede ser cortada con la herramienta en su orientacin actual.Slo as la herramienta se inclina tanto como sea necesario para cortar la superficie dentro de los lmitesde ngulo del eje B definidos por el usuario. Esta estrategia, aplicada en el corte de prueba mencionadopreviamente, limita la rotacin del eje B a reas que no pueden cortar en un ngulo de herramientatradicional.

Ambas estrategias son verificadas fcilmente y los usuarios pueden mostrar vectores de ejes deherramientas en la pantalla a fin de determinar la mejor estrategia para una geometra de parte dada. Elusuario tiene control total sobre el rango de rotacin del eje B durante el corte completo. Una forma delimitar el ngulo de la herramienta es disminuir la rotacin total del eje B permitida, aplicando ngulos deeje B mnimo y mximo definidos por el usuario. Alternativamente, para an mayor control, los ngulosde avance mnimo y mximo definidos por el usuario definen el rango permitido del ngulo de avancelocal de la herramienta.

Prevencin de colisiones

La deteccin de colisiones incorporada previene una colisin entre la parte y la herramienta cuando secalcula el patrn de herramienta. En lugar de confiar slo en la geometra de la herramienta definida, ladeteccin de colisiones usa una silueta de la herramienta que puede ser modificada por el usuario. La

forma de la silueta de la herramienta depende de la geometra real y de los valores de espacios definidospor el usuario para el frente y la parte posterior de la herramienta. Los espacios adicionales puedenaadirse alrededor de la herramienta para evitar la posibilidad de que esta acanale el material mientrascorta perfiles que tienen un ngulo similar al frente o en la parte posterior de la herramienta.


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El ciclo de contorneado del eje B permite que una sola herramienta tornee un perfil completo en una sola operacin. El rangode movimiento del eje B durante el torneado es controlado por la rotacin total del cabezal del eje B permitida y el ngulo deavance apropiado para la herramienta.

Los programadores ya no necesitan crear varios programas con mtodos tradicionales. En lugar de ello,una operacin de contorneado simple en el eje B permitir acabar un perfil entero sin parar por cambiosde herramienta. Eliminar los cambios de herramienta ahorra preciados segundos en el tiempo de ciclototal y tambin elimina la posibilidad de marcas testigo donde termina una herramienta y comienza laotra.


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8 - Calibracin 3D o de tres ejes: cul es la diferencia?

Protegerse contra errores en el posicionamiento volumtrico de una mquina-herramientaes crtico para mecanizar contornos y otras superficies 3D con precisin.

Mucha gente en los talleres cree que la precisin de tres ejes y la precisin 3D son lo mismo. En realidad,la precisin de tres ejes es unidimensional, porque especifica slo la tolerancia de mediciones lineales alo largo de cada eje. La precisin 3D se refiere a la medicin lineal de cada eje y a la relacin de los ejesX, Y y Z, uno con el otro es decir, la rectitud y cuadratura de cada eje con el otro en un cubo de trabajodefinido.

Calibrar la precisin de tres ejes (relativamente sencillo), es til para identificar problemas como desgasteo error de inclinacin en un tornillo de avance/tornillo de bolas. Calibrar la precisin 3D es mscomplicado pero no necesariamente toma ms tiempo. Sin embargo, constituye una forma mucho mejorpara asegurar el desempeo general de una mquina cuando se cortan superficies contorneadas y otraspartes 3D diseadas con software CAD 3D. Para cualquier taller, conocer cundo y cmo hacer estasdiferentes calibraciones resulta importante, porque cada una provee diferente informacin sobre eldesempeo de una mquina.

Antes de adentrarnos en las diferencias entre la calibracin de tres ejes y 3D, es til entender que lamayora de sistemas de posicionamiento de mquinas-herramienta est basada en el sistema cartesianode coordenadas, el cual utiliza una serie de puntos a lo largo de tres ejes coordenados (X, Y, Z) alineadosperpendicularmente uno con el otro, para representar objetos o caractersticas 3D.

Medir el desplazamiento diagonal del cuerpo es un mtodo para verificar la precisin volumtrica 3D con un sistema decalibracin lser.


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Mucha de la confusin que rodea la calibracin de tres ejes y 3D tiene que ver con la terminologa. Untaller que slo calibra el desplazamiento lineal a lo largo de cada uno de los tres ejes, puede consideraresta una calibracin de tres ejes. Sin embargo, los tres ejes no estn calibrados para precisin 3D, porqueel desplazamiento lineal no considera la perpendicularidad de los ejes uno con el otro.

Con base en la geometra de un cuerpo rgido, la cual define posiciones al formar ngulos de 90 gradoscon un eje de una estructura de referencia dada, cada uno de los tres ejes de una mquina-herramientaespecfica es susceptible de seis errores, para un total de 18. Estos seis incluyen tres errores lineales, ascomo errores angulares de inclinacin, orientacin y balanceo, respectivamente. Teniendo en cuenta treserrores potenciales de cuadratura, se llega a un gran total de 21 posibles errores de cuerpo rgido parauna mquina-herramienta de tres ejes. Al calibrar el error de desplazamiento lineal a lo largo de cada eje,slo se determinan tres errores, dejando an 18 errores sin determinar.

Calibracin lineal de tres ejes

El desplazamiento lineal a lo largo de un eje de una mquina CNC puede ser calibrado con un sistemabasado en la tecnologa de medidor lser de desplazamiento Doppler (LDDM). Esto requiere slo doselementos pticos, los cuales se montan temporalmente en una mquina-herramienta o mquina demedicin de coordenadas, para hacer el ajuste del sistema y la alineacin del rayo de manera

relativamente fcil y rpida. El lser en esta aplicacin cumple los requerimientos de trazabilidadestandarizados y ofrece un chequeo de estabilidad superior a 0.1 ppm, una precisin de 1.0 ppm y unaresolucin de hasta 1 micropulgada.

El cabezal de lectura lser se monta en la cama o mesa y un retrorreflector (tambin llamado objetivo) seubica en el husillo. El rayo lser sintonizado se alinea paralelo al eje. El operador programa losincrementos de medicin a lo largo del eje, y el husillo con el retrorreflector comienza en la posicin deinicio. El sistema mueve entonces el retrorreflector a cada posicin incremental especificada y registra lamedicin. El posicionamiento incremental y la captura de datos pueden lograrse automtica omanualmente.

Este proceso identifica desviaciones al comparar la escala de medicin con las posiciones medidas porel sistema de calibracin. Estas desviaciones son usadas para calcular una tabla de compensacin.

Algunas situaciones necesitan la aplicacin de un solo factor de correccin lineal. Otras requierenfactores de correccin de inclinacin incremental, es decir, los errores pueden ocurrir slo en reasespecficas y no son uniformes a lo largo del eje.

Confiar en la calibracin lineal (mediciones unidimensionales paralelas al eje de movimiento) implicaasumir que los errores slo son posibles en el tornillo de avance/tornillo de bolas y en la expansintrmica. La calibracin lineal a lo largo de tres ejes es inadecuada para asegurar la precisin de partes3D. Muchos aos antes, los cuerpos de generacin de estndares nacionales e internacionalesreconocieron esto e introdujeron los estndares de medicin de desempeo de mquinas-herramientaAsme B5.54 e ISO230-6.

Los errores comunes inherentes en el diseo de una mquina-herramienta afectan la precisin delposicionamiento.


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Calibracin 3D

Los estndares Asme B5.54 e ISO230-6 resultaron en dos mtodos para calibracin 3D (volumtrica),incluido el mtodo de desplazamiento diagonal del cuerpo y el propio mtodo de medicin diagonal porpaso secuencial. Durante aos, el mtodo de desplazamiento diagonal del cuerpo definido por AsmeB5.54 e ISO230-6 ha provisto una verificacin rpida del error volumtrico con buenos resultados. Ya

que las mediciones involucradas son relativamente fciles y rpidas de tomar, el costo y el tiempomuerto de mquina son mnimos.

El mtodo de desplazamiento diagonal del cuerpo es una medida de la precisin de posicionamientovolumtrico de una mquina-herramienta con un sistema de calibracin lser. Un lser se monta en lacama de la mquina, y un retrorreflector ubicado en el husillo refleja el rayo lser, el cual se alinea a lolargo de la diagonal de la mquina.

Con el apuntador lser a lo largo de la direccin diagonal del cuerpo y el retrorreflector movindosesobre la diagonal del cuerpo a incrementos especificados por el operador, el sistema de calibracin lserregistra las mediciones en cada posicin. Medir el error de desplazamiento comienza en la posicin deinicio y en cada incremento a lo largo de tres ejes, los cuales se mueven juntos para lograr una nuevaposicin sobre la diagonal.

Las ltimas cuatro diagonales del cuerpo usan las mismas esquinas de las primeras cuatro diagonales,salvo que las direcciones son invertidas. Por esa razn, slo hay cuatro direcciones de diagonales delcuerpo con movimiento hacia delante y movimiento hacia atrs (bidireccional) y slo cuatro ajustes enlos cuales se toman las mediciones despus de cada movimiento simultneo de X, Y y Z. La precisin decada posicin a lo largo de la diagonal del cuerpo depende de la precisin de posicionamiento de los tresejes y de los errores geomtricos de la mquina-herramienta.

En teora, con base en el clculo, los cuatro errores de desplazamiento diagonal del cuerpo sonsensibles a los nueve errores lineales, los cuales pueden ser positivos o negativos y cancelar cada unode los otros. Ya que los errores son estadsticos por su naturaleza, la probabilidad de que todos loserrores sean cancelados en todas las posiciones y en las cuatro diagonales es tericamente posible,pero altamente improbable.

Sin embargo, el mtodo de desplazamiento diagonal del cuerpo no aclara las relaciones entre los erroresde desplazamiento diagonal del cuerpo y los 21 posibles errores de cuerpo rgido. Otra preocupacinsobre este mtodo seala que asigna demasiada importancia a los errores angulares. Para entender lasrelaciones y la importancia de los errores angulares, es necesario derivar las relaciones entre los 21errores de cuerpo rgido y los errores medidos de desplazamiento diagonal del cuerpo.

Con base en las relaciones derivadas de arriba, todos los trminos de error angular se cancelan, salvodos. Por esto, los errores de desplazamiento diagonal del cuerpo son sensibles a errores dedesplazamiento, errores de rectitud y errores de cuadratura, pero no a errores angulares. Ya que hayslo cuatro juegos de datos y nueve juegos de errores, el mtodo de desplazamiento diagonal del cuerpono genera suficiente informacin para determinar la fuente de errores. Optodyne, una compaa quedesarrolla y mercadea sistemas de calibracin lser, desarroll el mtodo diagonal por paso secuencialpara afrontar estos problemas.

El concepto bsico de este mtodo indica que la direccin del rayo lser (o la direccin de medicin) noes paralela al movimiento del eje lineal. Por ello, los errores medidos de desplazamiento son sensibles aerrores que ocurren tanto paralela como perpendicularmente a la direccin del eje lineal. Msprecisamente, los errores lineales medidos son la suma vectorial de todos los errores proyectados a ladireccin del rayo lser, incluidos los errores de desplazamiento (paralelos al eje lineal), los errores derectitud vertical (perpendiculares al eje lineal) y los errores de rectitud horizontal (perpendiculares al ejelineal y a la direccin de error de rectitud vertical).

Recolectar datos con el apuntador de rayo lser en cuatro direcciones diagonales de cuerpo permiteidentificar los 12 tipos de errores. Ya que los errores de cada eje de movimiento son vectores con trescomponentes perpendiculares de error, esta es considerada una tcnica de medicin vectorial.


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Para cada eje existen seis errores posibles.

Durante la medicin diagonal de cuerpo convencional, el rayo lser se mueve a lo largo de una diagonaldel cuerpo y recolecta datos en cada incremento predefinido. Durante la medicin vectorial, los tres ejesse mueven en secuencia a lo largo de una diagonal del cuerpo y los datos se recolectan despus delmovimiento de cada eje. Este mtodo recolecta tres veces ms datos que la medicin diagonal del

cuerpo convencional, y puede separar errores de acuerdo con el movimiento de cada eje.

El mtodo de medicin diagonal por paso secuencial difiere de la medicin de desplazamiento diagonaldel cuerpo, al mover cada eje separadamente y en una secuencia, recolectando el error deposicionamiento diagonal despus de cada movimiento separado de los ejes X, Y, Z. La trayectoria delobjetivo no es una lnea recta, y el movimiento lateral resulta un poco largo. As, debe usarse un espejoplano como objetivo.

La tcnica de desplazamiento lineal convencional mide a lo largo de un solo borde y falla en considerarlos errores de inclinacin, orientacin y angulares. La tcnica por paso secuencial mide a lo largo de loscuatro bordes. Las mediciones se promedian para obtener el error de desplazamiento a travs del centrodel volumen, el cual se considera de mayor precisin inherente.

Por ejemplo, los errores angulares de inclinacin, orientacin y balanceo afectan todas las mediciones,incluido el desplazamiento lineal medido por un interfermetro lser convencional. As, los errores dedesplazamiento lineal medidos a lo largo del eje X sern diferentes cuando se miden en distintos sitios Yy sitios Z. Este es el resultado de diferentes separaciones Abb en diversos sitios y de los movimientosangulares de inclinacin, orientacin y balanceo. Por esta razn, el estndar B5.54 declara que todas lasmediciones de desplazamiento lineales deben estar a lo largo de tres lneas ortogonales, es decir,paralelas a los tres ejes, y pasando a travs del centro del volumen de trabajo.

La ventaja de la tcnica de medicin diagonal por paso secuencial es que los errores de posicionamientocausados por errores angulares, se miden y expresan como errores de rectitud promediados a lo largode lneas de centro del volumen de trabajo. Ya que la mayora de mquinas-herramienta no puedecompensar errores angulares, esta ventaja es crucial. Cuando los errores angulares no pueden sercompensados, la solucin aceptada es compensar los errores de rectitud promediados. Ntese que loserrores de desplazamiento y los errores de rectitud medidos a lo largo de un borde del volumen detrabajo diferirn de aquellos medidos a lo largo de otro borde, por la separacin Abb y los erroresangulares. Debido a esto, la tcnica de medicin diagonal por paso secuencial mide y promedia sobrelos cuatro bordes.


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El mtodo de medicin por paso secuencial desarrollado por Optodyne mide los 21 errores de cuerpo rgido para calibracinvolumtrica 3D.

El valor creciente de la calibracin 3D

Cada taller tiene requerimientos de precisin particulares para sus clientes, procesos y mquinas-herramienta. Mientras los sistemas CAD/CAM 3D sean usados para disear ms partes, la importanciade asegurar que las mquinas-herramienta son capaces de mecanizar partes 3D con precisin, vacreciendo. Ya que la calibracin lineal de tres ejes no considera las relaciones 3D entre cada eje, slo lacalibracin 3D (volumtrica) es aceptable para asegurar que una mquina-herramienta es capaz dehacer partes 3D con precisin.

La continua calibracin y compensacin 3D lleva a tiempos de ciclo ms cortos, mejor calidad de laspartes, reparaciones menos frecuentes y menores costos de garanta. Con programas de control de

calidad del vendedor que requieren calibracin, la capacidad para utilizar calibracin y compensacinvolumtrica llevar inevitablemente a procesos de manufactura ms competitivos y rentables.


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9 - Retos en el corte del CGI

El hierro con grafito compactado (CGI) es usado cada vez ms para componentes diesel yde motores de carreras. La eleccin de la herramienta de corte decidir cunefectivamente los talleres pueden mecanizar este retador material.

El desarrollo continuo de novedosos materiales duros para piezas de trabajo impulsa a los fabricantes deherramientas de corte a crear nuevas y apropiadas geometras de cortador, grados de carburo ytecnologas de recubrimiento. Los talleres que atienden a la industria aeroespacial, por ejemplo, debenencontrar formas efectivas para mecanizar titanio 5553 y compuestos. Lo mismo pasa con los talleresmdicos a los que se les pide mecanizar polmero Peek, inoxidable y otros materiales exticos. Uno delos materiales difciles de mecanizar que hace su entrada en la industria automotriz es el hierro con grafitocompactado (CGI). Este material se usa principalmente para crear bloques de motor, cabezas de cilindroy fundiciones de rodamientos usados tpicamente para grandes camiones diesel. El resultado es unamejor eficiencia de combustible para vehculos en la carretera, porque el CGI pesa la mitad de la fundicinde hierro gris convencional. Adems, tiene el doble de la resistencia y rigidez de la fundicin de hierrogris, lo cual permite a los diseadores minimizar los espesores de pared de los bloques de motor. Comoresultado, un motor en CGI ensamblado pesa usualmente cerca de 9% menos que uno hecho defundicin de hierro gris.

El CGI ha sido usado en Europa por algn tiempo y est ganando aceptacin en Estados Unidos. Puedemanejar presiones de combustin pico encontradas en los motores diesel (los bloques de motores enaluminio con revestimientos de cilindros en hierro no pueden). Algunos motores de carreras estilo V, dealto desempeo, tambin estn hechos de CGI, no slo por su peso reducido sino por su rigidezincrementada, especialmente en el valle entre cilindros.

Una razn por la que el CGI resulta ms difcil de mecanizar es porque tiene dos a tres veces laresistencia a la tensin de la fundicin de hierro gris. La mayor resistencia a la tensin se traduce enfuerzas de corte ms altas durante las operaciones de fresado (se requiere aproximadamente 15% a 25%ms potencia de mecanizado para mecanizar CGI versusfundicin de hierro gris). Por esto, el equipo detaller destinado a mecanizar fundicin de hierro gris puede no poseer la potencia para manejar elmecanizado del CGI. Existen otras dificultades en ello:


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El CGI tiene relativamente baja conductividad trmica, de modo que el calor generado durante elmecanizado se desplaza a la pieza de trabajo, lo cual afecta adversamente el desgaste de laherramienta. A la inversa, la alta conductividad trmica de la fundicin de hierro gris, permitealejar el calor con la viruta durante una operacin de mecanizado.

La corteza de la fundicin en un componente de CGI tiene una estructura ferrtica, lo cualocasiona que el material se pegue al filo de corte de la herramienta. Esto no ocurre con lafundicin de hierro gris, que tiene una estructura perltica.

A diferencia de la fundicin de hierro gris, el CGI no contiene azufre. El azufre en la fundicin dehierro gris se deposita en el filo de corte de la herramienta y acta como un lubricante queextiende la vida de la herramienta.

El titanio que se usa como un elemento de aleacin durante el proceso de fundicin del CGI,crea una piel de fundicin ms dura. Esto tambin causa la formacin de carburos libresabrasivos en toda la fundicin. La cantidad de elementos de aleacin en el CGI tiene un granimpacto en la maquinabilidad y la vida de la herramienta.

Por todos estos factores, las herramientas usadas para cortar CGI generalmente duran la mitad de lo queduran aquellas que cortan fundicin de hierro gris.

Fresado y perforado

El CGI provee, aproximadamente en 50%, mejor acabado superficial (Rz) en fresado que la fundicin dehierro gris, lo cual significa que pueden necesitarse menos pases de mecanizado o que puede no sernecesaria una herramienta de acabado separada para entregar el acabado requerido. Durante elmecanizado, el CGI no produce fractura del filo del componente cuando la herramienta sale del corte. Lafundicin de hierro gris suele producir astillas, que pueden rayar el bloque con fractura extrema. El CGI,que acta ms como el acero en este aspecto, produce una rebaba ms que una fractura.

Debido a la reducida velocidad de corte requerida para mecanizar CGI, se puede triplicar el tiempo quetomara cortar fundicin de hierro gris con procesos convencionales. Sandvik ha desarrollado muchaspruebas para determinar formas efectivas de mecanizar CGI. Para operaciones de fresado, el materialde la herramienta que se ha determinado trabaja mejor es el carburo recubierto con capas gruesas denitruro de carburo titanio (TiCN) y xido de aluminio (Al2O3). Un recubrimiento grueso normalmente tienecomo de 7 a 10 micras; los recubrimientos delgados son usualmente de 2 a 3 micras.


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Para operaciones de taladrado y perforado, la compaa recomienda un sustrato de carburo con altascaractersticas de desgaste abrasivo, acopladas con recubrimientos gruesos resistentes al desgaste, quese aplican usando deposicin qumica de vapor (CVD) con temperatura media. Se ha encontrado queperforar CGI usando un inserto CBN ofrece slo una dcima parte de la vida de la herramienta que si seperfora fundicin de hierro gris. Una geometra ligeramente positiva es apropiada (entre 5 y 10 grados) yse recomienda que las operaciones CGI sean desarrolladas sin refrigerante.

Sandvik trabaj con Makino para desarrollar un proceso de perforado que pueda acabar un cilindroperforado por desbaste en un solo pase. La herramienta de insertos mltiples desarrollada se denominaLong-Edge Tool. La herramienta entra en un patrn helicoidal bajo un cilindro y se dice que acaba unagujero en aproximadamente la misma cantidad de tiempo que si fuera fundicin de hierro gris. Unaoperacin de afilado ulterior es todo lo que se requiere antes del ensamble del motor.

Mientras se desarrollan estos procesos de perforacin-acabado, las compaas determinaron que eldesbaste se ataca mejor usando un cortador tipo fresa tradicional de cabeza sencilla, con insertos quetengan recubrimiento en Si3Ni4 y geometra optimizada para perforar CGI.

Aqu estn los resultados de una prueba de fresado que desarroll Sandvik en un componente de controlde fluido usando su cortador CoroMill 365, diseado para mecanizar fundicin de hierro. El insertogrueso usado tiene geometra positiva 12, pero se instala en un bolsillo negativo para producir un

ngulo total ligeramente positivo. Esto tambin permite una mayor densidad de insertos para maximizarla productividad.

Mquina-herramienta:Heller PFV2

Profundidad de corte:3 mm (0.118)

Penetracin:80 mm (0.315)

Velocidad de corte:130 m/min (426 sfm)

Revolucin:414 rpm

Avance:298 mm/min (11.73 ipm)

Avance por diente:0,36 mm (0.014)

Nmero de insertos:2 insertos para propsitos de la prueba

Total de rea fresada:3,08 m (33.15 ft2)

Vida de la herramienta:130 min (penetracin total)

Vida de la herramienta por inserto:1,54m (16.57 ft2)


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10 - Rectificado plano de profundidad

El rectificado plano de profundidad (creep-feed grinding) es un proceso de fresado.Entonces, por qu no usar un centro de mecanizado vertical? Un proveedor de mquinasrectificadoras describe cmo la plataforma de un centro de mecanizado con husillo verticalpuede permitir un rectificado plano de profundidad ms efectivo.

El rectificado plano de profundidad de gran rendimiento (creep-feed grinding) es un proceso demecanizado abrasivo, pero ms all de eso no se parece a otras formas de rectificado, y tiene mssentido caracterizar el rectificado de profundidad como un proceso de fresado.

Despus de todo, el rectificado de profundidad emplea cortes profundos y una alta tasa de remocin demetal, y ofrece una baja tasa de avance en lugar de un movimiento reciprocante rpido. La herramientaen el rectificado de profundidad (la muela de rectificar) se entierra en el material como un cortador tipofresa.

De hecho, la herramienta se vuelve ms efectiva a medida que su dimetro disminuye y se acerca a lasdimensiones del cortador tipo fresa ms grande en un centro de mecanizado tpico. Y si la mquinamisma est diseada como un centro de mecanizado vertical, dice, entonces una herramienta como esta

se vuelve ms prctica.

Estos puntos resumen el pensamiento detrs de la rectificadora basada en un VMC. El centro derectificado flexible FGC 2, representa un punto de partida diferente de los diseos tradicionales derectificadoras de profundidad, y quiz la orientacin del husillo sea la diferencia fundamental.

Fuera del camino

Cuando se desarroll por primera vez el rectificado de profundidad, prcticamente todas las mquinas derectificado tenan husillos horizontales. El rectificado de profundidad se construy naturalmente sobre esta

plataforma. Sin embargo, uno de los requerimientos bsicos en este diseo horizontal es una muelagrande. El dimetro de la muela tiene que ser lo suficientemente grande para que su borde pase la cajadel husillo y alcance la mesa.


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Este requerimiento impone limitaciones. La penetracin del refrigerante es esencial para un rectificado deprofundidad efectivo, pero el amplio arco de la muela grande resulta en un espacio ms estrecho para queeste refrigerante llegue. Adems, la muela grande hace imprctico interpolar a lo largo de patrones demecanizado complejos. En cambio, las partes se sujetan generalmente en fijaciones complejas, y la partepuede moverse despus de otra

tecnicas modernas de mecanizado iii

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