Cómo seleccionar un centro de mecanizado vertical
Potencia, velocidad, precisión
El objetivo de toda operación metalúrgica es eliminar el metal dentro de las tolerancias lo más rápido posible. El problema para cada taller es definir cuánta remoción de metal, qué tan rápido y qué tolerancias se requieren de un VMC. Hay muchos factores interrelacionados que afectan la potencia, la velocidad y la precisión de un VMC, pero los tres básicos incluyen el sistema de accionamiento del husillo, el sistema operativo de la máquina (control numérico por computadora) y el sistema de accionamiento del eje. El sistema de accionamiento del husillo proporciona energía a la herramienta de corte para eliminar el metal. El control o "sistema operativo de la máquina" es el cerebro del VMC y coordina el movimiento de la máquina. El sistema de accionamiento del eje es "el paseo". ¿Qué tan suave es el movimiento del VMC y cómo se traduce eso en piezas que son consistentemente precisas con una calidad de acabado superficial aceptable? La calidad del sistema de accionamiento de "la conducción" o del eje es una función de la construcción del cuadro y del sistema de vías X-Y-Z. Este es el hardware de la máquina y determina la rigidez, la capacidad de amortiguación de vibraciones y la resistencia al empuje lateral. Es el equilibrio entre estas tres áreas críticas (potencia, velocidad, precisión) lo que debe evaluar frente a las necesidades de su tienda para obtener la mejor compra por su dinero.Material
Los requisitos básicos para su VMC, como las rpm del husillo, el par a baja velocidad y la potencia a alta velocidad, son establecidos por los materiales que mecaniza. Por ejemplo, los materiales blandos requieren velocidades más altas para el acabado, mientras que los materiales duros requieren un par a baja velocidad, así como rigidez para reducir los efectos del empuje lateral.A continuación se muestra una lista de materiales de uso común que coinciden con los requisitos de la máquina correspondiente y la característica o características que satisfacen esa necesidad.
Volumen de producción
Todos estamos de acuerdo en que el rendimiento es importante. Pero el rendimiento de los prototipos y las tiradas cortas requiere características diferentes a las de las tiradas de producción largas. Si está mecanizando prototipos, cualquier cosa que haga que las configuraciones sean más rápidas y fáciles será importante: edición de programas, acceso al control desde el área de trabajo, altura de la mesa y un sistema de enfriamiento para la estabilidad térmica. Si el VMC es para tiradas de producción largas o tiradas de producción dedicadas, entonces la carga automática y la eliminación de virutas van a ocupar un lugar destacado en su lista.
Calidad
La calidad es una función del control, el codificador, el sistema de vías, la construcción y la rigidez. El control debe ser preciso y debe calibrarse periódicamente. Hay varios tipos diferentes de codificadores disponibles, incluidos codificadores rotativos, escalas de vidrio y escalas láser. Proporcionan una precisión progresivamente mayor a velocidades más altas.Otro problema es el sistema de vías, que afecta a la rigidez, la amortiguación de las vibraciones y la capacidad de soportar el empuje lateral durante las operaciones de mecanizado pesadas.
Operaciones de mecanizado
Las características de VMC que se necesitan para mecanizar un molde de aluminio con contornos 3D, como la alta velocidad de ejecución del programa, la concentricidad del husillo y la rampa ascendente/descendente no son necesariamente las mismas características necesarias para perforar orificios en latón. Si está haciendo piezas 2D, entonces las altas velocidades de avance y las velocidades de cambio de herramienta serán importantes. Tienes que hacer coincidir tus necesidades con el Centro de mecanizado vertical.Sistema de accionamiento del husillo
Generalmente, el husillo se considera el corazón del VMC. El husillo sujeta la herramienta y realiza las operaciones de corte de metales. El husillo debe tener una excentricidad, rigidez, par de rodadura, baja generación de calor y estabilidad térmica constantes. Por mucho que los fabricantes de máquinas herramienta impulsen la flexibilidad, la mayoría de los husillos son mejores en algunas aplicaciones que en otras. Por ejemplo, un husillo que mecaniza aluminio a altas velocidades puede no tener la misma capacidad de corte de metal a bajas velocidades que un husillo diseñado para operaciones de corte de baja velocidad y alto par.Los husillos vienen en una variedad de clasificaciones de velocidad, torque y caballos de fuerza. En la sección anterior sobre materiales, mencionamos que el material de la pieza de trabajo influye en las velocidades, el par y la potencia. Debido a que un VMC de una sola velocidad restringe el rango de velocidad, par y potencia, muchos VMC utilizan transmisiones de engranajes o correa con dos o tres velocidades para aumentar el par a baja velocidad. Pero las transmisiones causan fricción a alta velocidad, y las transmisiones de engranajes causan más fricción que las transmisiones por correa. Por lo tanto, a altas velocidades, la potencia del motor del husillo se roba para compensar la fricción. La fricción generada por las transmisiones por engranajes se traduce en calor y vibraciones que deben disiparse a través del enfriamiento para la estabilidad térmica y técnicas de construcción que aíslan las vibraciones. Una alternativa a las transmisiones es una transmisión eléctrica que utiliza dos devanados de motor diferentes para crear dos rangos de velocidad.
Hay una variedad de rodamientos de husillo disponibles, como rodamientos de rodillos convencionales, rodamientos de bolas o híbridos, rodamientos cerámicos, hidrostáticos, neumáticos, magnéticos y combinaciones. Cada uno de los sistemas de rodamientos tiene sus propias fortalezas y debilidades. Los rodamientos de rodillos son rígidos y duraderos, pero pueden generar calor, lo que resta rendimiento. Por lo general, los rodamientos de bolas generan menos calor y funcionan mucho más rápido que los rodamientos de rodillos, pero no son tan rígidos. Los rodamientos híbridos con bolas de cerámica y pistas de acero pueden funcionar más rápido que los rodamientos de bolas convencionales porque tienen menos masa y más rigidez, pero tienen más probabilidades de fallar en un choque porque son frágiles.
Los cojinetes hidrostáticos e hidrodinámicos soportan el miembro giratorio con una película fluida. En aplicaciones de baja velocidad, los rodamientos hidrostáticos pueden ser muy rígidos y libres de fricción, y en aplicaciones de alta velocidad no son rígidos o requieren refrigeración. La generación de calor no es un problema con los cojinetes de aire; sin embargo, no son rígidos y pueden ser inestables. Los cojinetes magnéticos tienen mejores características de control que los cojinetes neumáticos, pero deben protegerse contra impactos.
Construcción
La mayoría de los VMC utilizan piezas fundidas debido a su resistencia general superior y características de amortiguación de vibraciones y bajo costo. Las piezas fundidas deben tener paredes uniformemente gruesas porque la variación en el grosor de la pared puede causar problemas de enfriamiento y distorsión. Las secciones delgadas pueden volverse quebradizas y causar distorsión cuando están bajo tensión.Algunos VMC utilizan soldados, que generalmente están hechos de acero. En pequeñas cantidades, las piezas soldadas cuestan menos que las piezas fundidas y son más rígidas y fuertes en comparación con las piezas fundidas del mismo tamaño y peso. Generalmente, las piezas soldadas son más rígidas que las piezas fundidas y tienen menos características de amortiguación. Por lo tanto, funcionan bien a bajas velocidades, pero a altas velocidades, las soldaduras son más susceptibles a la vibración y las vibraciones que pueden causar acabados superficiales rugosos.
Los materiales más nuevos que son más ligeros, como los compuestos, el aluminio y el titanio, también se utilizan en la construcción de máquinas herramienta. Estos materiales pueden proporcionar ventajas significativas en las máquinas más nuevas de mayor rendimiento. Por ejemplo, la masa reducida facilita la aceleración y la desaceleración. El uso de materiales de tipo compuesto ha aumentado debido a la alta relación resistencia-rigidez en relación con el peso, así como a la estabilidad térmica.
Sistemas de Vías
El sistema de guía de la máquina herramienta incluye los componentes que soportan el husillo y la mesa, así como guían su movimiento. Las vías de caja y las guías lineales son los dos tipos principales de sistemas de vías. Cada sistema tiene sus características positivas y negativas. Desafortunadamente, un tipo de sistema de vías no es apropiado para todas las aplicaciones. Por lo tanto, cuando esté buscando una máquina herramienta, debe adaptar el sistema de forma a su aplicación específica.Creemos que los sistemas de caja proporcionan a un VMC una vida útil más larga y menos vibración, lo que produce piezas más precisas. Las características de amortiguación de vibraciones de las guías de caja prolongan la vida útil de la herramienta y permiten acabados superficiales más suaves. Si su aplicación requiere alta precisión y la capacidad de mecanizar materiales difíciles con tolerancias estrictas, es más probable que un VMC con un sistema de caja proporcione la solución óptima.
Los VMC con guías lineales proporcionan un posicionamiento más rápido; Sin embargo, tienen una capacidad reducida para amortiguar las vibraciones, soportar el empuje lateral y resistir los daños de los choques. Si el costo inicial del VMC es una preocupación, los materiales a mecanizar no son difíciles, no se requieren operaciones pesadas de desbaste/corte y las tolerancias/acabado superficial no son tan críticas, entonces una máquina herramienta con centro de mecanizado de guía lineal puede ser una buena solución.