Cómo mejorar la precisión de las máquinas herramienta CNC

Una de las tareas más importantes en el mecanizado es garantizar que su nueva máquina herramienta CNC sea precisa y precisa. Pero, ¿cómo elige la herramienta adecuada para su fábrica, dada la asombrosa cantidad de opciones, configuraciones y precios disponibles?

En este artículo, lo guiaremos a través del proceso paso a paso necesario para optimizar la precisión, repetibilidad y tolerancias de su máquina CNC cuando compra una nueva máquina herramienta.

Es hora de invertir en una nueva máquina herramienta CNC

Imagine que tiene una nueva oportunidad o tarea de fabricación a su disposición. Verifica el dibujo del ingeniero para comprender lo que debe hacerse y comienza a planificar la secuencia y el proceso para mecanizar una pieza específica.

Revisa sus máquinas existentes y verifica la competencia de los operadores de su máquina para ver si pueden fabricar esta pieza.

Desafortunadamente, sus máquinas herramienta CNC actuales no tienen las tolerancias requeridas para fabricar la pieza. Pueden tener una especificación inferior o ser demasiado antiguos para satisfacer esta nueva necesidad.

Cuando esto suceda, es posible que desee comenzar a invertir en una tecnología más nueva y moderna.

Una historia de proveedores de máquinas herramienta CNC

En este punto, debe sopesar el costo de fabricación de cada pieza con el costo de adquirir nuevas máquinas CNC.

Recuerde lo que solía gastar en sus máquinas actuales y establece un presupuesto lo más bajo posible para maximizar sus ganancias.

Hace 10 años, habría gastado entre 80 000 y 100 000 USD en su centro de mecanizado vertical. De acuerdo, decide establecer su presupuesto para una nueva máquina CNC en USD 75,000. Veamos qué hay disponible en el mercado.

A medida que pasan las semanas, se pone en contacto con varios vendedores de máquinas herramienta. Ellos lo atienden con entusiasmo y le ofrecen una variedad de máquinas CNC que se ajustan a su presupuesto establecido.

Algunos tienen un precio más bajo. Otros un poco más altos. Sin embargo, otros pueden ser más costosos.

Todas las promesas hechas por estos vendedores dependen del hecho de que sus máquinas son más nuevas y mejores que sus máquinas actuales. Sin embargo, ninguno de estos proveedores tiene en cuenta los detalles y tolerancias estrictas de la pieza mecanizada.

Sin embargo, un día, un vendedor en particular lo visita. Después de que usted le informa sobre sus requisitos específicos, mientras le muestra el dibujo de su nuevo trabajo, él lo examina de cerca y lo estudia durante un rato.

Al comentar que una pieza mecanizada de este tipo puede ser "difícil de sujetar", sugirió que necesitaría máquinas con buenos portaherramientas y herramientas de corte .

También destacó que control de temperatura es clave, en particular, la temperatura de su taller y de las máquinas en general. Añade además que su nueva máquina CNC necesitará escalas de vidrio lineales, herramientas de medición láser y una sonda de contacto para medir la pieza mecanizada y hacer auto-off-sets .

El vendedor explica que su máquina CNC es mejor que sus unidades actuales y sus competidores. Después de preguntarle por el precio estimado, él lo cotiza - USD 150,000-200,000 - sujeto a sus especificaciones finales.

¡Esto es sorprendentemente más alto que su presupuesto establecido! Incluso puede imaginar que el vendedor estaba tratando de engañarlo.

Sin embargo, también empiezas a pensar en lo que explicó y te das cuenta de que tiene sentido. Después de todo, los otros proveedores nunca hablaron de estos factores. Solo les preocupaba su eje XYZ, el precio y las existencias disponibles de sus máquinas, ofreciendo descuentos adicionales si era necesario.

Se pone en contacto con otro proveedor de una marca de renombre que sea bien conocida en el mercado.

Durante su visita mencionó y repitió la mayoría de los puntos del 2º representante de ventas. Explicó además que su máquina herramienta utiliza el sistema Linear Drive, que se considera el mejor del mercado.
¿El precio de su máquina CNC? Un impactante valor de 280.000-310.000 dólares:esto es incluso más alto que el del segundo proveedor a pesar de que el tamaño de la máquina, la velocidad del husillo y los controles CNC son similares.

Ahora, ¿a quién deberías creer?

Comprensión de los estándares y la precisión del mecanizado CNC

Lo que acabamos de describir sucede todos los días en todo el mundo. Hay muchas categorías, estándares de calidad y niveles diferentes de máquinas herramienta CNC; necesita conocer las diferencias para tomar la decisión correcta.

Si bien los proveedores de máquinas herramienta pueden prometer tolerancias de +/- 1,5 micrones o menos, tenga en cuenta que los proveedores de diferentes ubicaciones o países pueden adoptar diferentes estándares.

Por ejemplo, existe una gran diferencia entre un estándar JIS (utilizado principalmente por máquinas CNC producidas en Japón) y un estándar VDI (utilizado por fabricantes europeos de renombre y utilizado por Hwacheon Machine Tool en Corea del Sur).

Estos estándares ya se han utilizado durante más de 30 años para medir y comparar los niveles de precisión de las máquinas herramienta, especialmente en Asia Pacífico.

Para comprender las diferencias, y la importancia de estas diferencias, es necesario aprender y comprender el proceso que utilizan los fabricantes de máquinas herramienta CNC al medir sus máquinas CNC después de que se realiza el ensamblaje final.

El papel de las "máquinas madre" en las máquinas herramienta CNC

Todos los fabricantes de herramientas de máquinas de renombre que ofrecen máquinas CNC de alta calidad utilizan una "máquina madre" para fabricar sus propias piezas críticas. Estas son máquinas que pueden alcanzar las tolerancias más altas, a menudo dentro de unas pocas micras. Los costos de estas máquinas suelen ser muy altos y pueden ascender a millones de dólares.

Si un usuario final recibe una cotización / oferta para un centro de mecanizado vertical estándar básico a USD 70,000-100,000 (X =1000 con husillo de 10-12,000 rpm), y una promesa del proveedor de que esta máquina puede lograr lo mismo o incluso "en papel ”con mayor precisión que una costosa“ máquina madre ”, ¡necesita ser extremadamente escéptico!

Tales afirmaciones son demasiado buenas para ser verdad.

Cómo los sistemas de transmisión, las guías y los husillos de bolas afectan la precisión

¿Qué pasa con los sistemas de accionamiento lineal? ¿Son realmente necesarios?

Estos sistemas se diseñaron hace mucho tiempo para ayudar a las máquinas herramienta a alcanzar velocidades más rápidas. Hwacheon Machine Tools tenía nuestra propia experiencia cuando diseñamos y construimos un centro de mecanizado horizontal hace más de 18 años.

Hoy en día, la demanda de sistemas de accionamiento lineal sigue presente. Sin embargo, las máquinas CNC estándar a menudo omiten estos sistemas debido a sus mayores costos y mayor complejidad.

Un sistema de transmisión lineal puede ayudarlo a lograr buenas tolerancias y precisión. Sin embargo, las máquinas modernas con husillos de bolas y guías de rodillos lineales de buena calidad, o guías de caja sólida (endurecidas, pulidas y raspadas a mano a la perfección), pueden ofrecer mejores resultados en precisión y estabilidad a largo plazo.

Por lo tanto, un centro de mecanizado CNC con husillos de bolas de alta calidad en todos los ejes, así como guías sólidas raspadas a mano, pueden lograr la misma precisión o similar a una versión de accionamiento lineal.

Factores que afectan las tolerancias de su máquina CNC

Lograr tolerancias en una pieza en un rango de menos de diez (10) micrones es realmente un desafío. Para hacerlo, considere los siguientes factores que influyen en las tolerancias de su máquina herramienta:

• Temperatura de la habitación / taller
• Temperaturas fluctuantes y cambiantes de la sala / taller
• Corriente de aire creada por puertas, portones, sistemas de aire acondicionado que pueden alterar la temperatura que de otro modo sería estable en su taller
• Tenga en cuenta que la temperatura de su máquina cambiará desde temprano en la mañana (cuando su operador comienza por primera vez) hasta la hora del almuerzo y desde el descanso hasta la noche
• El husillo funciona a mayor velocidad durante un tiempo prolongado (tome nota del sistema de enfriamiento de la carcasa del husillo, la punta y los cojinetes)
• Material utilizado para construir su máquina (calidad del material de fundición)
• Diseño de su máquina (¿el calor se distribuye por igual en el cuerpo y las partes de su máquina?)
• Calibración de su máquina antes de comenzar a trabajar
• Mantenimiento regular
• Y muchos otros puntos

Para garantizar que el rendimiento de su máquina herramienta no se vea comprometido, Hwacheon utiliza guías de rodillos lineales fabricadas por una empresa de renombre en Alemania en todas nuestras máquinas CNC. Estos incluyen la línea de centros de mecanizado Hwacheon VESTA. El tamaño y la cantidad de bloques / zapatas que se utilizan en cada riel varía, según el tamaño y el propósito de la máquina individual.

Los precios de las guías de rodillos lineales pueden variar ampliamente, según la marca, el tipo, el tamaño, el grado de calidad y el país de origen.

Nota:estos factores a menudo pueden ser manejados o administrados directamente por los usuarios de la máquina.

Factores que afectan las tolerancias de las piezas de su máquina CNC

Más allá de su máquina, también considere estos factores que afectan las tolerancias de su pieza mecanizada:

• El material de tu parte
• Sujeción de la pieza (el trabajo de tolerancia de micrones requiere sujeción de micrones)
• Mecanizado en 2-3 ejes o incluso hasta 5 ejes (con más ejes utilizados, su máquina puede permitir que se junten más tolerancias)
• Forma de la pieza:redonda, cuadrada, rectangular u otras formas
• Calor durante el mecanizado:asegúrese de utilizar suficiente refrigerante durante el corte
• La remoción excesiva de material de una sola vez ejercerá presión sobre su parte. Por lo tanto, debe liberar este estrés antes de continuar con su trabajo de acabado fino.
• Resolución del sistema de medición de sus máquinas CNC)
  • a) Codificador
  • b) Sistema de medición directa (cuanto más fino, mejor para lograr una mayor precisión)
• Sus herramientas (las herramientas de calidad brindan un trabajo de calidad)
• Calidad y estándar del portaherramientas
• Método y enfoque de corte, así como programa CNC
• Y muchos otros puntos

Nota:estos factores a menudo pueden ser manejados o administrados directamente por los usuarios de la máquina.

Fabricación de la máquina, fundición y otros factores que afectan la precisión de la máquina CNC

Más allá de lo anterior, también debe considerar otros factores relacionados con su máquina herramienta CNC. Para una empresa como Hwacheon Machine Tools, nos aseguraremos de que se tengan en cuenta los siguientes factores:

• Hecho de la mejor calidad de fundición (fundido en su propia fundición)
• Diseñado en estructura tipo puente para lograr la máxima precisión desde lo básico
• Guía de rodillos de calidad alemana:los mejores husillos de bolas en calidad, estándar y graduación que ofrecen un paso más estrecho y un diámetro más grande que el normal (opcionalmente también refrigerados por líquido).
• Escalas de vidrio lineales con la resolución más alta en todos los ejes
• Todo el cuerpo de la máquina envuelto en una espuma de temperatura especial para distribuir uniformemente la variación de temperatura
• Sensores de temperatura en la plataforma de la máquina, el bastidor y la carcasa del eje para reaccionar y compensar cualquier cambio de temperatura de forma rápida y precisa
• Transportador de dos virutas que funciona en cubiertas independientes aisladas y desmontables; estas están montadas sobre almohadillas que absorben las vibraciones para evitar la transferencia de calor y vibración al cuerpo de la máquina
• Cables y tuberías montados y ajustados con especial cuidado dentro de la estructura mecánica de las máquinas para evitar vibraciones
• Tanque de refrigerante ubicado en la parte trasera de la máquina para evitar que el calor del refrigerante afecte la bancada de la máquina (además de fácil de limpiar y mantener)
• Eje de motor integrado directo disponible desde 20-32-45,000 rpm, con BBT 40 / HSK-A63 a HSK-E40 y HSK-E32
• Sistema de enfriamiento del husillo con sistema de enfriamiento y filtración de alta calidad
• La carcasa y la punta del husillo están divididos en una pequeña porción para un enfriamiento efectivo y equitativo. Esto evita que el aceite corra de arriba a abajo como se ve en la mayoría de las otras máquinas.
• Cojinetes inyectados directamente con aceite fresco de temperatura controlada; esto asegura que los cojinetes no funcionen continuamente en aceite caliente.
• Software de automatización estándar cargado en la máquina. Para Hwacheon, incluye lo siguiente:
  • a) HSDC - Sistema de control de desplazamiento del husillo Hwacheon
  • b) HTDC - Sistema de control de desplazamiento térmico de Hwacheon
  • c) HFDC - Sistema de control de desplazamiento del bastidor Hwacheon
• Sistema de control CNC y paquete de motor / amplificador probado en todos los mercados e industrias en todo el mundo

Nota:estos factores deben ser gestionados por los fabricantes de su máquina herramienta.

Volver a nuestro cliente de máquina herramienta ...

Volvamos ahora a nuestro cliente. Tiene un nuevo pedido de mecanizado que tomar, pero se da cuenta de que con las máquinas disponibles actualmente no puede cumplir con los requisitos.

¿Gastará lo más bajo posible o invertirá en la máquina herramienta CNC de gama alta disponible en el mercado?

La respuesta con seguridad está en algún punto intermedio.

La verdad es que lograr una mayor precisión y estándares de mecanizado requiere una mayor cantidad de inversión en su máquina herramienta CNC.

Sin embargo, incluso la mejor y más sofisticada máquina herramienta CNC no puede ofrecer los resultados deseados si las circunstancias circundantes no coinciden con su implementación, ¡o si una máquina herramienta de alta gama funciona como una máquina estándar básica!

Entorno y entorno del taller

El entorno y el entorno de su taller deben adaptarse a la máquina en cuestión.

Asegúrese de que esté limpio, sin vibraciones en el piso de su taller y con temperatura controlada.

El operador de su máquina CNC deberá comprender los requisitos básicos y el cuidado necesarios para lograr tolerancias estrictas en la fabricación de su pieza. Si no lo hace, su nueva inversión no entregará lo que se requiere. Puede utilizar la lista de verificación que le proporcionamos como guía.

Portaherramientas de calidad

También debe comprender que reutilizar los viejos portaherramientas que se ejecutan en otras máquinas puede ser muy económico, pero una tontería. Si lo hace, puede arruinar sus nuevas máquinas y acortar su vida útil, ¡del mismo modo que no comprará un automóvil nuevo ni usará las llantas de su vehículo anterior!

Por lo tanto, su equipo de sujeción debe seleccionarse en consecuencia para proporcionar la mejor y más precisa sujeción y repetibilidad.

Conclusión

Una máquina CNC de producción masiva siempre ofrecerá resultados medios. Para eso están hechos.

Una máquina herramienta diseñada internamente y fabricada cuidadosamente se ajustará incluso a las demandas más altas; naturalmente, esto tendrá un cierto costo.

En ingeniería no hay atajos. Si bien a todo el mundo le gustaría invertir barato para lograr las mayores ganancias, hacerlo sin las herramientas y el equipo adecuados no solo es difícil, sino que a menudo es imposible.

Si se cuidan y se consideran todos los puntos, un centro de mecanizado vertical CNC de 3 ejes con un recorrido en X de 1 my un recorrido en Y de 600 mm, que esté bien equipado y especificado para lograr tolerancias más estrictas, así como un buen rendimiento (y su necesidades) pueden tener un rango de precios de USD 180 000 a USD 200 000.

Sin duda, una herramienta de este tipo ofrecerá la calidad y las tolerancias necesarias dentro de diez (10) micrones o menos.

Máquinas herramienta Hwacheon:su elección para una máquina CNC de alta precisión

Hwacheon en Corea del Sur es conocida desde hace más de 74 años como el fabricante líder de máquinas herramienta. Nuestra empresa es particularmente sólida en las industrias de moldes y matrices de calidad, así como en las industrias de fabricación de piezas de precisión.

Para satisfacer sus necesidades en la fabricación de una pieza nueva, como la situación que hemos pintado anteriormente, debe considerar SIRIUS UM + o SIRIUS UL + de Hwacheon. Estas nuevas y mejoradas máquinas herramienta CNC se basan en la línea SIRIUS de alta calidad y se consideran las mejores del mercado a precios muy competitivos.