Optimización de la producción con mecanizado en eje Y: Reduzca tiempos de configuración y costos

Una de las megatendencias de fabricación de las últimas décadas es simplificar y minimizar el número de configuraciones de mecanizado requeridas para producir un componente específico. Los mercados exigen plazos de entrega más cortos e inventarios reducidos, y esto crea un claro incentivo para los OEM y quizás aún más para sus proveedores a buscar formas de agilizar la producción de componentes tanto como sea posible.

La rentabilidad de una pieza dada puede incluso depender de la capacidad de combinar varias configuraciones en una sola máquina.

Un aspecto de la tendencia de configuración única es agregar "herramientas vivas", o herramientas rotativas, a los centros de torneado. Para lograr esto, se introdujeron máquinas torneado-fresado con eje Y a finales de los años 90. Los primeros tipos simples de herramientas vivas en centros de torneado tenían una limitación significativa. Debido a que los cortadores rotativos en la mayoría de los diseños de máquinas simplemente se agregaban a la torreta, solo podían accionarse en los mismos dos ejes de movimiento que las herramientas de torneado, es decir, en los ejes X y Z. Para mejorar el alcance, se agregó un conjunto adicional de guías para mover la herramienta viva a través de la cara del husillo. Esto se logró montando las herramientas vivas en los lados del revólver o en su cara, instalando las guías del eje Y en una cama inclinada, o usando una cabeza de fresado independiente. Tanto los fabricantes de máquinas herramienta como los fabricantes pronto reconocieron los beneficios de este enfoque. Ahora, alrededor de dos décadas después, el eje Y se ha convertido en una característica estándar en casi todas las máquinas multi-tarea y opcional en muchos nuevos centros de torneado.

Agregar el eje Y a un centro de torneado proporciona angularidad de 90 grados entre los tres ejes lineales, de manera muy similar a un centro de mecanizado de 3 ejes.

Desafíos en operaciones de corte (parting-off)

El corte es una etapa crucial en cualquier proceso de torneado donde se requiere. Ocupa solo un pequeño porcentaje del tiempo total de corte, pero suele ser la última operación antes de que la pieza termine. Una rotura de la herramienta de corte puede resultar fácilmente en tiempo de inactividad de la máquina y problemas de calidad, y en el peor de los casos, la pieza de trabajo puede tener que desecharse y todo el valor agregado durante las etapas de trabajo anteriores se pierde. El costo del material es otro factor importante. Particularmente al trabajar materiales costosos, como superaleaciones resistentes al calor (HRSA), hay un fuerte incentivo para usar las plaquitas más estrechas posibles.

Estos factores resultan en dos requisitos diametralmente opuestos para las herramientas de corte: Deben ser lo más estrechas y esbeltas posible para minimizar la pérdida de material y optimizar el alcance de la herramienta para diámetros de trabajo máximos. Sin embargo, las herramientas esbeltas sufren fácilmente de mala estabilidad y, por consiguiente, de vibraciones y ruido. El acabado superficial y las tolerancias dimensionales arruinadas por el charleo son riesgos generalmente inaceptables en operaciones de corte. Mientras que el eje Y amplió sustancialmente las posibilidades de usar herramientas rotativas en máquinas multi-tarea y centros de torneado, ahora esta capacidad ha inspirado una innovación importante en una de las misiones originales de estos tipos de máquinas herramienta: el corte en eje Y.

Esta nueva herramienta y método de corte ofrecen mejoras significativas de productividad y seguridad del proceso en potencialmente cualquier operación de corte. La innovación de Sandvik Coromant, el corte en eje Y, se basa en un principio extremadamente simple. Mientras que las herramientas de corte convencionales se alinean con el eje X de la máquina herramienta, la herramienta de eje Y simplemente ha sido rotada 90° en sentido antihorario para alinearse con el eje Y. En la configuración de herramienta de corte convencional, la hoja y el portaherramientas relativamente largos y esbeltos se alimentan en un ángulo de 90° en la pieza de trabajo rotativa y la fuerza de corte más grande es generada por la velocidad de corte, y el resto por el movimiento de avance.

Beneficios del corte en eje Y

Al girar el asiento de la punta 90 grados y utilizar el eje Y, la herramienta puede abrirse camino en la pieza de trabajo esencialmente con su extremo frontal, lo que alinea casi el vector de fuerza de corte resultante con el eje longitudinal de la hoja. La distribución más favorable de fuerzas elimina los esfuerzos críticos típicos de las hojas convencionales y aumenta la rigidez a la flexión a una profundidad de corte máxima (CDX) de 60 mm (2.36 pulgadas) en más de seis veces. O, inversamente, la susceptibilidad a deformaciones plásticas e inestabilidad es tan baja como un sexto en el diseño de eje Y comparado con las deformaciones típicas de las hojas de corte convencionales. El aumento de más del 500% en la rigidez de la hoja permite avances sustancialmente más altos y voladizos más largos sin pérdida de estabilidad, lo que consecuentemente mejora la productividad de la herramienta en la misma medida. La recomendación general para el corte de barras es minimizar el voladizo (OH) o, con un OH largo, usar una geometría de corte ligera o reducir el avance. Un valor umbral común para avance reducido es un OH que excede 1.5 veces la altura de la hoja. Con herramientas de eje Y, se pueden lograr voladizos más largos sin conformarse con tasas de avance, geometrías de corte o dimensiones de herramienta menos que óptimas.

Gracias a la rigidez aumentada y la flexión reducida consecuentemente, las herramientas de eje Y pueden eliminar la necesidad de ajustes sobre-el-centro y prevenir las desventajas relacionadas como roturas prematuras de plaquitas al pasar por el centro y desgaste rápido de flanco. Otros beneficios incluyen niveles de ruido más bajos, mejor acabado superficial y un proceso más fiable, así como la capacidad de cortar diámetros más grandes que los actualmente posibles.

Aspectos específicos de máquina del corte en eje Y

Centros de torneado: Generalmente usados para producción en masa a partir de barra, típicamente 65 mm (2.56 pulgadas) de diámetro. En este tipo de mecanizado, los mayores beneficios del corte en eje Y son la productividad mejorada y la calidad superficial. Las oportunidades para la optimización de calidad también pueden ser interesantes, ya que el corte es típicamente la última etapa para un componente. Una oportunidad adicional es mejorar la economía del mecanizado reduciendo el ancho de corte.

Máquinas multi-tarea: Las hojas de corte en eje Y ofrecen principalmente mayor accesibilidad y capacidad para diámetros mayores. Una prueba previa confirmó un aumento del 50% en el voladizo al cortar una barra convencional de 120 mm de diámetro a la capacidad máxima de avance de la plaquita. Se logró un aumento del 300% en la productividad sin complicaciones de seguridad del proceso. En un caso de prueba de cliente, el corte en eje Y reemplazó exitosamente el corte con sierra de banda para una barra de Inconel de 180 mm de diámetro, resultando en una mejora significativa de productividad gracias a tiempos de mecanizado dramáticamente más cortos.

Máquinas de cama inclinada: Típicamente, el eje X crea una "subida" inclinada hacia el frente de la máquina, con husillos en uno o ambos extremos laterales de la cama inclinada, y el recorrido del eje X suele ser sustancialmente más largo que el del eje Y. Las limitaciones del espacio de trabajo resultante deben considerarse al considerar la usabilidad del corte en eje Y para un componente específico. En una máquina multi-tarea, que esencialmente podría caracterizarse como un centro de mecanizado con opción de torneado, los ensamblajes de herramientas típicos, como Coromant Capto® C6 o adaptador de hoja HSK63T, son a menudo relativamente largos para permitir un alcance suficiente entre el plato principal y el sub-plato. Debido a esto, la configuración total es débil en la dirección X comparada con la carga del eje Y, donde la fuerza de corte se dirige hacia el ensamblaje de la herramienta y hacia el husillo de la máquina. Los ensamblajes de herramientas de eje Y típicos, usualmente basados en un adaptador VDI o un adaptador de hoja atornillable para la unidad de sujeción adaptada a la máquina (MACU), son largos y esbeltos para alcanzar entre plato principal y sub-plato y permitir el corte cerca del plato.

Comenzando

Una inversión en corte en eje Y es ante todo un cambio en el enfoque de las operaciones de corte y las formas de trabajo relacionadas. Ofrece una manera de utilizar más plenamente las capacidades de máquinas ya equipadas con un eje Y. Alternativamente, es una opción que puede aumentar sustancialmente la productividad de las operaciones de corte en una máquina nueva o una configuración de proceso modificada. El corte en eje Y incluso puede ofrecer la oportunidad de reducir el inventario de herramientas porque hay menos necesidad de hojas dedicadas ya que las nuevas hojas de eje Y encajan en adaptadores estándar y usan plaquitas CoroCut® QD estándar.

Como consideración práctica, debe notarse que el filo de corte está a 7 mm (0.276 pulgadas) por encima de la posición Y = 0 cuando se monta en un adaptador de hoja estándar. El operador debe asegurarse de que esta protrusión se compense en el programa CNC.

Vea detrás de cámaras del eje Y y Demo del eje Y.