Cómo el equilibrio de herramientas aumenta la vida útil y la productividad de las herramientas

El descentramiento de la herramienta de corte y el desequilibrio del portaherramientas hacen que el mecanizado sea un desafío. Esto es lo que necesita saber sobre las técnicas de equilibrio de herramientas y cómo realizar este procedimiento correctamente puede minimizar las vibraciones, mejorar los acabados superficiales y la vida útil de la herramienta por igual.

El equilibrio de herramientas es imprescindible para el mecanizado de alta velocidad, donde las velocidades del husillo alcanzan las 20 000 rpm o más. Pero muchos expertos le dirán que la necesidad de equilibrar comienza a tan solo 6000 rpm y que omitir este paso crítico reduce tanto la vida útil como la productividad de la herramienta.

Brendt Holden, presidente de Haimer Inc., es una de esas personas. Le gusta contar una historia de hace 15 años sobre un taller de maquinaria en Wisconsin que luchaba con una operación aburrida. Después de instalar uno de los equilibradores de herramientas de Haimer, el taller de maquinaria pudo aumentar significativamente el rendimiento en ese trabajo, junto con muchos otros.

“Ese taller en particular no tenía una sola máquina a más de 6000 rpm”, recuerda Holden. "Fue un maravilloso testimonio de la importancia del equilibrio de herramientas, independientemente de la velocidad del husillo".

No estaban solos. Un importante fabricante de motores de EE. UU. ahorró 250 000 dólares al año en tiempo de inactividad no planificado después de implementar una solución de equilibrio de herramientas. K&G Manufacturing en Minneapolis descubrió que los conjuntos de portaherramientas preestablecidos fuera de línea se cortan a la medida la primera vez que se equilibran. Incluso la industria del rectificado conoce el valor del balanceo, como puede atestiguar el fabricante de herramientas de corte OSG:después de balancear los paquetes de ruedas, la compañía descubrió que la producción aumentó en un 20 %, la vida útil del husillo aumentó en un 30 % y el consumo de energía se redujo en un 18 %.
 

Si estas anécdotas no logran convencer a los escépticos, aquí hay un ejemplo más científico, uno que ayuda a explicar la efectividad del balanceo de herramientas.

Los ingenieros de Haimer montaron fresas en dos portaherramientas, uno equilibrado y el otro no. Ambos fueron revisados ​​en una de las unidades de preajuste de herramientas de la compañía y tenían menos de 2 micrones de desviación. Luego, hicieron girar cada conjunto de portaherramientas a 18 000 rpm mientras lo analizaban con un acelerómetro. ¿Los resultados? Mientras que el conjunto equilibrado mantuvo el mismo nivel de descentramiento cercano a cero, el desequilibrado aumentó a 11 micrones (0,0004"), un aumento de cinco veces.

Si el descentramiento mortal de la herramienta no es suficiente para convencerlo, pruebe esto:pregunte a cualquier reconstructor de husillos de máquinas herramienta cuál es la causa principal de la falla prematura. La mayoría sugerirá que se trata de a) choques ob) desequilibrio del portaherramientas. Para muchos centros de mecanizado, especialmente aquellos con husillos de alta velocidad, un reemplazo puede costar fácilmente más que una unidad de balanceo de herramientas, y eso sin tener en cuenta el tiempo de inactividad de la máquina y los retrasos en la producción resultantes.

Quizás estés pensando:“Lo entiendo. Por eso compramos portaherramientas equilibrados”. Y aunque Holden y otros le dirán que este es un buen comienzo, es el equivalente a comprar llantas de alta calidad para su automóvil:aún deben equilibrarse y, al igual que con las herramientas de corte y los portaherramientas, debe hacerse como un conjunto completo. .

Alineación de portaherramientas

Irónicamente, el proceso no es tan diferente. Así como un mecánico de automóviles agregará pequeños pesos a un lado de la rueda para compensar el desequilibrio, también podría un asistente de caja de herramientas agregar tornillos de metal pesado o anillos de formas extrañas al portaherramientas, ajustando cuidadosamente cada uno hasta que la condición de desequilibrio haya desaparecido. sido cancelado. También es posible taladrar o fresar el propio portaherramientas, eliminando pequeñas cantidades de metal hasta lograr el equilibrio, aunque obviamente este es un enfoque más costoso (y permanente).

Los neumáticos y los portaherramientas también sufren los mismos tipos de desequilibrio, a saber, estático y dinámico. Retire una tuerca de la rueda de su F-150 y creará un desequilibrio estático, que puede considerarse simplemente como demasiado peso en un lado. Golpee una roca con la hélice de su barco de pesca y es probable que enfrente un desequilibrio dinámico o un desequilibrio en dos planos de rotación. Esta última condición es la más común en los centros de mecanizado CNC, especialmente con herramientas y portaherramientas más largos.

Irónicamente, los portaherramientas de estilo CAT, uno de los favoritos de los fabricantes de máquinas herramienta aquí en los EE. UU., están inherentemente desequilibrados debido a las ranuras asimétricas de la brida. También lo son los portaherramientas estilo Weldon con su tornillo de fijación en un lado. Incluso las herramientas HSK, especialmente la forma A más común, sufren cierto nivel de desequilibrio, aunque no se acerca al de los portaherramientas de cono pronunciado. Los fabricantes de herramientas intentan compensar estas condiciones desafortunadas, pero colocan una perilla de retención en un extremo del portaherramientas, un taladro o una fresa de extremo en el otro, y todo queda descartado. De ahí el consejo de equilibrar siempre los portaherramientas como un conjunto completo.

Pruebas de equilibrio de herramientas en el pudín

Este desequilibrio es cuantificable. Se conoce como el valor G, y la mayoría de los expertos de la industria sugieren que las herramientas deben equilibrarse a 2,5 G o mejor (es decir, un valor inferior a 2,5). Para los inclinados a las matemáticas, el sitio web de Haimer ofrece fórmulas alucinantes sobre la ciencia del equilibrio de herramientas aquí, junto con razones adicionales por las que es importante para cualquier persona interesada en mejorar sus operaciones de fresado, taladrado y mandrinado.

Entonces, ¿qué hacer al respecto? La respuesta debería ser obvia ahora:invertir en una máquina de balanceo de herramientas, tal como lo hizo otro de los clientes de Brendt Holden hace varios años cuando compró su primer centro de mecanizado de 20,000 rpm. Los resultados fueron tan buenos que comenzó a equilibrar todo en el taller, incluso para sus máquinas más antiguas que estaban limitadas a 8000 rpm.

“La vida útil mejorada de la herramienta y el acabado de la superficie fueron una nota al margen”, dice Holden. “Lo que más notó fueron las tasas mejoradas de remoción de metal. Mientras que antes podría haber cortado una pieza a 3000 rpm, descubrió que normalmente podía duplicar esa velocidad equilibrando, con el correspondiente aumento en la velocidad de avance. Estaba emocionado".

Más allá del balance de herramientas

Matt Brothers, gerente del Centro tecnológico Industry 4.0 de Zoller Inc., puede compartir historias de éxito similares de clientes que implementaron una de las soluciones de equilibrio de herramientas de la empresa. Sin embargo, se apresura a señalar que una máquina equilibradora es solo una pieza de una estrategia de cuna de herramientas mucho más grande. Igualmente importante es la necesidad de preajustar las herramientas fuera de línea, lo que elimina la posibilidad de que el operador cometa un error al poner en marcha la máquina herramienta y aumenta considerablemente la disponibilidad de la máquina para arrancar.

Debido a las capacidades avanzadas de imágenes ópticas de la mayoría de los precalibradores, también permiten que los asistentes del almacén de herramientas inspeccionen minuciosamente las herramientas antes de usarlas y midan el descentramiento de suma importancia mencionado anteriormente. Y para aquellos talleres que usan herramientas de ajuste por contracción, Zoller (y Haimer) ofrecen máquinas combinadas capaces de hacer ambas cosas en una sola operación.

Brothers sugiere que, cuando se implementa con una solución de gestión de herramientas (TMS), los preconfiguradores de herramientas fuera de línea brindan una visibilidad completa del uso de la herramienta, al mismo tiempo que mejoran todo el flujo del proceso de programación y configuración.

“El TMS de Zoller puede comunicarse directamente con la máquina herramienta”, dice. “Puede interactuar con el sistema CAM del taller, su software de simulación o su sistema de monitoreo de la vida útil de la herramienta. El almacenamiento de información sobre herramientas de corte y portaherramientas en una sola base de datos ofrece muchas ventajas, incluida una precisión de datos mejorada, inventarios de herramientas reducidos, menos tiempo de inactividad y flujos de proceso más eficientes. Es por eso que creemos que TMS debe ser una parte integral de cualquier tienda enfocada en la Industria 4.0”.

Para los talleres interesados ​​en cualquiera de estas tecnologías de mejora de la productividad, ahora es el momento de investigar. La Deducción de equipo de la Sección 179 finaliza en diciembre. Póngase en contacto con MSC, o con cualquiera de las empresas enumeradas en este artículo, para obtener más información.

¿Está cosechando los beneficios del equilibrio de herramientas?

A menudo se piensa que el equilibrio de herramientas solo es necesario para el mecanizado de alta velocidad, pero muchos talleres pueden beneficiarse de él.

Los expertos le dirán que la necesidad de equilibrar comienza a tan solo 6000 rpm y que omitir este paso crítico reduce tanto la vida útil como la productividad de la herramienta.

Realice nuestra encuesta a continuación para compartir sus puntos de vista sobre el equilibrio de herramientas y ver lo que otros están pensando.

¿Ya estás equilibrando tus herramientas?

¿Qué beneficios ha visto del balanceo de herramientas? ¿Qué desafíos has enfrentado? Comparta sus pensamientos en los comentarios a continuación.