Maximice la Precisión de su Máquina CNC: Guía Práctica para Precisión y Confiabilidad

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

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

Es Hora de Invertir en una Nueva Máquina Herramienta CNC

Imagine que tiene una nueva oportunidad o tarea de fabricación disponible. Revisa el dibujo del ingeniero para entender qué se debe hacer y comienza a planificar la secuencia y el proceso para mecanizar una pieza específica.

Revisa tus máquinas existentes y verifica la competencia de tus operadores para ver si pueden fabricar esta pieza.

Desafortunadamente, tus actuales máquinas herramienta CNC no tienen las tolerancias requeridas para hacer la pieza. Pueden ser de una especificación inferior o demasiado antiguas para satisfacer esta nueva necesidad.

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

Una Historia de Proveedores de Máquinas Herramienta CNC

En este punto, necesita sopesar el costo de fabricar cada pieza contra el costo de adquirir nuevas máquinas CNC.

Recuerda lo que solías gastar en tus máquinas actuales y estableces un presupuesto lo más bajo posible para maximizar tus ganancias.

Hace 10 años, habrías gastado USD 80.000-100.000 en tu Centro de Mecanizado Vertical. Bien, decides establecer tu presupuesto para una nueva máquina CNC en USD 75.000. Veamos qué hay disponible en el mercado.

A medida que pasan las semanas, contactas a varios vendedores de máquinas herramienta. Te atienden con entusiasmo, ofreciendo una variedad de máquinas CNC que se ajustan a tu presupuesto establecido.

Algunas son más baratas. Otras un poco más caras. Otras aún más costosas.

Todas las promesas hechas por estos vendedores se basan en el hecho de que sus máquinas son más nuevas y mejores que las tuyas actuales. Sin embargo, ninguno de estos proveedores considera los detalles y las tolerancias ajustadas de la pieza mecanizada.

Un día, sin embargo, un vendedor en particular te visita. Después de informarle tu requisito específico – mostrándole el dibujo de tu nuevo trabajo – lo examina de cerca y lo estudia por un tiempo.

Comentando que una pieza mecanizada así puede ser "difícil de mantener", sugiere que necesitarías máquinas con buenos portaherramientas y herramientas de corte.

También destaca que el control de temperatura es clave – en particular, la temperatura de tu taller y de las máquinas en general. Agrega además que tu nueva máquina CNC necesitará escalas de vidrio lineales, herramientas de medición láser y una sonda táctil para medir la pieza mecanizada y hacer auto-compensaciones.

El vendedor explica que su máquina CNC es mejor que tus unidades actuales y las de sus competidores. Después de pedirle el precio estimado, te cotiza – USD 150.000-200.000 – sujeto a tus especificaciones finales.

¡Esto es impactantemente más alto que tu presupuesto establecido! ¡Incluso podrías imaginar que el vendedor intentaba estafarte!

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 preocupaban tus ejes XYZ, el precio y las existencias disponibles de sus máquinas, ofreciendo descuentos adicionales si era necesario.

Contactas a otro proveedor de una marca reconocida bien conocida en el mercado.

Durante su visita, mencionó y repitió la mayoría de los puntos del segundo representante de ventas. Explicó además que su máquina herramienta usa el sistema de Accionamiento Lineal (Linear Drive) que se considera el mejor en el mercado.
¿Su precio de máquina CNC? Un impactante USD 280.000-310.000 – ¡aún más alto que el segundo vendedor aunque el tamaño de la máquina, velocidad del husillo y controles CNC sean similares!

¿A quién debería creer ahora?

Entendiendo los Estándares y la Precisión del Mecanizado CNC

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

Mientras que 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, hay una gran diferencia entre un estándar JIS (usado principalmente por máquinas CNC producidas en Japón) y un estándar VDI (usado por fabricantes europeos de renombre así como 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 entender las diferencias – y la importancia de estas diferencias – es necesario aprender y entender el proceso que los fabricantes de máquinas herramienta CNC usan al medir sus máquinas CNC después del ensamblaje final.

El Papel de las "Máquinas Madre" en las Máquinas Herramienta CNC

Todos los fabricantes de máquinas herramienta de renombre que ofrecen máquinas CNC de alta calidad hacen uso de una "Máquina Madre" para fabricar sus propias piezas críticas. Estas son máquinas que pueden lograr las tolerancias más altas – a menudo dentro de unos pocos micrones. Los costos de tales máquinas son a menudo muy altos, y pueden ser de 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 vendedor de que esta máquina puede lograr la misma o incluso "en papel" mejor precisión que una costosa "Máquina Madre", ¡debe ser extremadamente escéptico!

Tales afirmaciones son demasiado buenas para ser verdad.

Cómo los Sistemas de Accionamiento, Guías y Husillos de Bolas Afectan la Precisión

¿Qué hay de los sistemas de accionamiento lineal? ¿Realmente son necesarios?

Tales sistemas fueron diseñados hace mucho tiempo para ayudar a las máquinas herramienta a lograr velocidades más rápidas. Hwacheon Machine Tools tuvo nuestra propia experiencia cuando diseñamos y construimos un Centro de Mecanizado Horizontal hace más de 18 años.

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

Un sistema de accionamiento lineal puede ayudarle a lograr buenas tolerancias y precisión. Sin embargo, las máquinas modernas con husillos de bolas de buena calidad y Guías Lineales de Rodillos – o Guías de Caja Sólida (endurecidas, rectificadas 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 puede lograr la misma o similar precisión que 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 sala / taller
• Temperaturas fluctuantes y cambiantes en la sala / taller
• Corrientes de aire creadas por puertas, portones, sistemas de aire acondicionado que pueden perturbar la temperatura estable en su taller
• Tenga en cuenta que la temperatura de su máquina cambiará desde la mañana temprano (cuando su operador inicia) hasta la hora del almuerzo, descanso y tarde
• Husillo funcionando a mayor velocidad por tiempo prolongado (preste atención al sistema de enfriamiento de la carcasa, nariz y rodamientos del husillo)
• Material usado para construir su máquina (calidad del material de fundición)
• Diseño de su máquina (¿el calor se distribuye uniformemente en el cuerpo y partes de su máquina?)
• Calibración de su máquina antes de comenzar el trabajo
• Mantenimiento regular
• Y muchos otros puntos

Para asegurar que el rendimiento de su máquina herramienta no se vea comprometido, Hwacheon usa Guías Lineales de Rodillos fabricadas por una empresa de renombre en Alemania en todas nuestras máquinas CNC. Estas incluyen la línea de centros de mecanizado Hwacheon VESTA. El tamaño y el número de bloques/zapatas usados en cada riel varía, sujeto al tamaño y propósito de la máquina individual.

Los precios de las Guías Lineales de Rodillos pueden variar ampliamente, dependiendo de la marca, tipo, tamaño, grado de calidad y país de origen.

Nota: Estos factores a menudo pueden ser manejados o gestionados directamente por los usuarios de la máquina

Factores que Afectan las Tolerancias de las Piezas de su Máquina CNC

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

• El material de su pieza
• Sujeción de la pieza (el trabajo de tolerancia en micrones requiere sujeción en micrones)
• Mecanizado en 2-3 ejes o incluso hasta 5 ejes (con más ejes usados, su máquina puede permitir que más tolerancias se sumen)
• Forma de la pieza – redonda, cuadrada, rectangular u otras formas
• Calor durante el mecanizado – asegúrese de usar refrigerante suficiente durante el corte
• Remoción excesiva de material de una sola vez pondrá estrés en su pieza. Por lo tanto, debe liberar este estrés antes de continuar su trabajo de acabado fino.
• Resolución del sistema de medición de su máquina CNC)
  • a) Codificador (Encoder)
  • b) Sistema de Medición Directa (cuanto más fino – mejor para lograr mayor precisión)
• Sus herramientas (herramientas de calidad proporcionan trabajo de calidad)
• Calidad y estándar del portaherramientas
• Enfoque y método de corte así como programa CNC
• Y muchos otros puntos

Nota: Estos factores a menudo pueden ser manejados o gestionados directamente por los usuarios de la máquina

Construcción de la Máquina, Fundición y Otros Factores que Afectan la Precisión CNC

Más allá de lo anterior, también necesita considerar otros factores pertenecientes a su Máquina Herramienta CNC en sí. Para una empresa como Hwacheon Machine Tools, nos aseguraremos de que se cuiden los siguientes factores:

• Hecho de la mejor calidad de fundición (fundida en su propia fundición)
• Diseñado en estructura tipo Puente (Bridge Type) para lograr la más alta precisión desde lo básico
• Guías de Rodillos de calidad alemana – los mejores Husillos de Bolas en calidad, estándar y graduación ofreciendo un paso más ajustado y diámetro mayor que lo normal (opcionalmente también refrigerados por líquido).
• Escalas de Vidrio Lineales con la más alta resolución en todos los ejes
• Cuerpo completo de la máquina envuelto en espuma de temperatura especial para distribuir uniformemente la variación de temperatura
• Sensores de temperatura en cama de máquina, bastidor y carcasa del husillo para reaccionar y compensar cualquier cambio de temperatura rápida y precisamente
• Dos transportadores de virutas funcionando en cubiertas aislantes y desmontables separadas – estos están montados en almohadillas absorbentes de vibración para evitar transferencia de calor y vibración al cuerpo de la máquina
• Cables y tuberías montados y ajustados con cuidado extra dentro de la estructura mecánica de las máquinas para evitar vibraciones
• Tanque de refrigerante posicionado en la parte trasera de la máquina para evitar que el calor del refrigerante afecte la cama de la máquina (más fácil de limpiar y mantener)
• Husillo de motor integrado directo disponible de 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
• Carcasa del husillo y sección de nariz segmentadas en porciones pequeñas para enfriamiento efectivo e igual. Esto evita el flujo de aceite de arriba a abajo visto en la mayoría de las otras máquinas.
• Rodamientos inyectados directamente con aceite fresco a temperatura controlada – esto asegura que los rodamientos 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 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 mundiales

Nota: Estos factores deben ser gestionados por su fabricante de máquinas herramienta.

Volviendo a Nuestro Cliente de Máquina Herramienta…

Volvamos ahora a nuestro cliente. Tiene un nuevo pedido de mecanizado para aprovechar pero se da cuenta con sus máquinas actuales disponibles que no puede cumplir los requisitos.

¿Debería gastar lo menos posible o invertir en la máquina herramienta CNC de gama alta disponible en el mercado?

La respuesta seguro 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 entregar los resultados deseados si sus circunstancias circundantes no coinciden con su implementación – ¡o si tal máquina herramienta de alta gama se opera como una máquina básica estándar!

Entorno y Taller

El entorno y el taller deben ser adecuados para la máquina en cuestión.

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

Su operador de máquina CNC necesitará entender los requisitos y cuidados muy básicos necesarios para lograr tolerancias ajustadas en la fabricación de su pieza. No hacerlo resultará en que su nueva inversión no entregue lo requerido. Puede usar la lista de verificación que suministramos como guía.

Portaherramientas de Calidad

También necesita entender que reutilizar los viejos portaherramientas usados en otras máquinas puede ser ahorrar en lo pequeño pero perder en lo grande. Hacerlo puede arruinar sus nuevas máquinas y acortar su longevidad – ¡así como no compraría un auto nuevo y usaría los neumáticos de su vehículo viejo!

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 producida en masa siempre entregará resultados promedio. Para eso están hechas.

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

En ingeniería no hay atajos. Mientras todos querrían invertir barato para lograr las mayores ganancias, hacerlo sin las herramientas y equipos adecuados no es solo difícil, sino a menudo imposible.

Si se cuidan y consideran todos los puntos, un Centro de Mecanizado Vertical CNC de 3 ejes con recorrido en X de 1 m y recorrido en Y de 600 mm que está bien equipado y especificado para lograr tales tolerancias más ajustadas así como buen rendimiento (y sus necesidades) puede venir en un rango de precio de USD 180.000 a USD 200.000.

Tal herramienta ciertamente entregará la calidad y tolerancias necesarias dentro de diez (10) micrones y por debajo.

Hwacheon Machine Tools – Su Elección para Alta Precisión en Máquinas CNC

Hwacheon en Corea del Sur es conocido desde hace más de 74 años como el fabricante líder de máquinas herramienta. Nuestra empresa es particularmente fuerte en las industrias de Molde & Troquel de calidad así como en la fabricación de piezas de precisión.

Para satisfacer sus necesidades en la fabricación de una nueva pieza – como la situación que hemos descrito – debería considerar el 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 en el mercado a precios muy competitivos.