Las soluciones de sujeción CNC que todo fabricante debería conocer

El mecanizado CNC es un método de fabricación tradicional que utiliza herramientas de corte y rotación para realizar una serie predeterminada de cortes en un bloque sólido de material. Las operaciones de corte se derivan de archivos de diseño digital, que se pueden distribuir a múltiples máquinas CNC simultáneamente, lo que permite a los fabricantes producir múltiples copias de una pieza con mayor rapidez.

Si bien el mecanizado es un proceso versátil capaz de producir de manera confiable piezas precisas y precisas (por eso se usa a menudo para crear componentes aeroespaciales, médicos y automotrices críticos), la naturaleza inherente del proceso crea limitaciones a la geometría que es posible crear con el mecanizado CNC. Los elementos de diseño, como las esquinas internas afiladas, por ejemplo, son difíciles de crear con herramientas giratorias redondas, mientras que las características recortadas como las colas de milano y las ranuras en T son difíciles, si no imposibles, de alcanzar con herramientas estándar.

Otro problema potencial tiene que ver con la sujeción del trabajo, o cómo se fija la pieza de trabajo en su lugar durante el proceso de mecanizado. Si las piezas de trabajo son difíciles de agarrar o se agarran incorrectamente, la viabilidad de la pieza, el cronograma de producción y el costo por unidad pueden verse afectados negativamente.

Esto es lo que los fabricantes deben saber para aprovechar al máximo sus soluciones de sujeción.

Los fundamentos de la sujeción CNC

La forma en que se sujeta una pieza puede afectar significativamente una serie de factores logísticos, incluidas las trayectorias de herramientas viables, qué superficies de la pieza de trabajo se podrán mecanizar sin configuraciones adicionales y la velocidad y la fuerza permitidas de las herramientas de corte. Los componentes básicos de sujeción de piezas, como las mordazas, las prensas e incluso la mesa de la máquina, pueden limitar la capacidad de las herramientas de corte para acceder a la pieza de trabajo, lo que puede ocasionar que se dedique más tiempo a configurar la pieza, en lugar de hacer funcionar el husillo.

Sin embargo, al igual que el mecanizado CNC de 5 ejes proporciona herramientas de corte y piezas de trabajo con capacidades de rotación adicionales durante la producción, las soluciones de sujeción de piezas de 5 ejes pueden mejorar drásticamente la eficiencia de la fabricación de piezas que requieren mecanizado en la mayoría o en todos los lados.

Utilizadas en tándem, las soluciones de sujeción y mecanizado multieje permiten que las piezas de trabajo se coloquen en una posición óptima, se agarren una vez, se mecanicen y luego se cambien rápidamente. Esto a menudo se logra a través de sistemas de cambio rápido de punto cero, que aseguran una colocación confiable de la pieza de trabajo y permiten que los componentes se transfieran de manera eficiente a otras máquinas para operaciones secundarias según sea necesario.

Cuando se implementan correctamente, los sistemas de sujeción de piezas CNC pueden mejorar la eficiencia de producción al minimizar el tiempo necesario para configurar y cambiar las piezas de trabajo. Las soluciones de sujeción ayudan a hacer que los procesos de producción sean repetibles, lo que contribuye aún más a las mejoras medibles en la velocidad de producción y la confiabilidad del proceso, así como en la exactitud, precisión y calidad de las piezas finales.

Desafíos comunes de sujeción de piezas CNC

Los desafíos de sujeción de piezas CNC más comunes surgen cuando los fabricantes intentan producir piezas con geometrías inusuales o piezas que son engorrosas y grandes.

Además de optimizar el diseño de piezas para la fabricación (DFM), ¿cuál es la mejor manera de mantener estables y seguras las piezas de trabajo inusuales, delicadas o de paredes delgadas durante el mecanizado? En muchos casos, las herramientas de sacrificio se utilizan para soportar piezas de trabajo con formas no estándar, y las características de diseño integradas, como orificios para pasadores o protuberancias roscadas, a menudo se pueden usar para sujetar la pieza de trabajo en su lugar. Incluso incorporar tan solo 1/16" adicional de material en la parte inferior de una pieza de trabajo puede aumentar su capacidad de sujeción.

Sin embargo, a veces, los fabricantes pueden necesitar adoptar soluciones más creativas. Los sacos de arena, por ejemplo, se pueden usar para reducir la vibración de la pieza de trabajo, mientras que las ceras, las arcillas y los pegamentos especiales pueden ayudar a sostener las secciones delicadas de la pieza de trabajo. Las ceras y las arcillas, en particular, son bastante rígidas a temperatura ambiente y se vuelven fluidas cuando se exponen a temperaturas más altas, lo que es útil para eliminarlas una vez finalizado el proceso de mecanizado.

Las piezas voluminosas, como las que se utilizan en aplicaciones aeroespaciales, de defensa, industriales o vehiculares, presentan otro desafío. Las opciones de sujeción de piezas especiales y personalizadas son costosas y, considerando que algunos componentes grandes solo se producen en volúmenes relativamente limitados, es posible que no valga la pena la inversión. Sin embargo, si se usa para grandes series de producción o se reutiliza para usar con otras piezas, una solución de sujeción de piezas personalizada puede ofrecer un buen retorno de la inversión.

Ya sea que un taller decida invertir en soluciones de sujeción de piezas automatizadas o especializadas para piezas más grandes o use una combinación de mandriles manuales, mordazas y otras soluciones estándar para mantener estable la pieza de trabajo, el objetivo debe ser minimizar la cantidad total de operaciones de corte. operaciones y reposicionamientos para maximizar el tiempo de funcionamiento del husillo. Limitar la cantidad de operaciones de corte también minimiza la posibilidad de errores humanos, mejora la confiabilidad del proceso y, por lo general, mejora la precisión del mecanizado.

Además del tamaño, se debe tener en cuenta la forma de las piezas voluminosas. Los componentes inherentemente asimétricos, como las palas de las turbinas, requieren movimientos de herramienta y husillo de barrido complejos. Estos tipos de piezas desafiantes requieren soluciones de sujeción que puedan sujetar rígidamente una pieza en la posición adecuada, al mismo tiempo que permiten las holguras requeridas por la herramienta de corte y la máquina.

Elegir la mejor solución de sujeción

La solución de sujeción de piezas más adecuada para una pieza en particular estará determinada por algunos factores, incluidos el volumen de producción, la forma de la pieza, las dimensiones de la pieza, el material y los requisitos de tolerancia, así como la frecuencia de cambio.

El mecanizado de gran volumen tiene requisitos fundamentales diferentes a los de los trabajos más pequeños:depende de procesos confiables y repetibles que produzcan piezas de calidad constante durante plazos prolongados, lo que generalmente requiere soluciones de sujeción de piezas especializadas. Los mandriles de longitud muerta son una solución común, ya que son capaces de proporcionar una alta precisión de posicionamiento para operaciones de mecanizado secundario y una mayor fuerza de agarre, lo que es útil para asegurar piezas fundidas o forjadas durante las operaciones de desbaste.

Por el contrario, los trabajos de mecanizado CNC de bajo volumen generalmente pueden depender de herramientas de sujeción tradicionales. Los mandriles de boquilla, que emplean manguitos deslizantes, pueden sujetar con eficacia piezas de trabajo redondas, hexagonales y cuadradas y barras sin perder poder de sujeción, una preocupación importante cuando se trabaja con rotación y fuerza centrífuga. Los mandriles de tres mordazas también se emplean comúnmente, ya que proporcionan un agarre superior al mecanizar piezas de trabajo redondas, mientras que los mandriles de dos mordazas (o 2+2 mandriles de cuatro mordazas) son excelentes para trabajar piezas cuadradas.

Sin embargo, estas soluciones de sujeción tradicionales a menudo introducen consideraciones adicionales. Las abrazaderas aumentan la cantidad de pasos necesarios por operación y pueden interferir con el acceso de las máquinas multieje a la pieza de trabajo, mientras que las prensas imponen restricciones en el tamaño y el tipo de pieza de trabajo que se puede sujetar.

La sujeción es clave para la eficiencia de la producción

Los fabricantes confían en el mecanizado CNC para producir piezas precisas y repetibles. Sin embargo, esta precisión solo es posible si las piezas de trabajo se sujetan en una ubicación definida con una orientación conocida. Además, la repetibilidad del mecanizado CNC requiere que la configuración del mecanizado se pueda reproducir económicamente durante el transcurso de la producción. Por lo tanto, además de asegurar la pieza de trabajo contra la fuerza centrífuga, la gravedad y las fuerzas de corte de la herramienta, las soluciones de sujeción de piezas más efectivas y estratégicas deberían ayudar a reducir los costos de mano de obra y minimizar los cambios de herramientas y configuración.

Las soluciones modulares de sujeción de piezas que permiten cambios rápidos entre piezas de trabajo y herramientas de corte sin interrumpir la producción, la integración de tecnologías de la Industria 4.0 y la automatización mejorada son algunos de los desarrollos tecnológicos preparados para agilizar el mundo del mecanizado CNC. Es probable que estas características ayuden a los fabricantes a lograr más con menos mano de obra, al proporcionar una mayor flexibilidad y capacidad de producción, así como una mayor uniformidad en los cambios entre piezas y distintos trabajos.

Sin embargo, las máquinas CNC son inversiones considerables, por lo que suele ser más rentable externalizar el mecanizado CNC a un socio de fabricación de confianza que llevar los servicios de mecanizado internamente.

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