Alta precisión en fresado 3 ejes y rectificado por coordenadas

Alta precisión en fresado 3 ejes y rectificado por coordenadas

¡Extra grande! 2.000 x 1.800 mm con precisiones de 5 μm

En muchos sectores industriales se pueden observar dos tendencias hermanadas: los clientes piden componentes con dimensiones más grandes y, al mismo tiempo, requieren una mayor precisión y calidad de la superficie. Esto no solo afecta a la fabricación de herramientas y moldes, sino también a otras áreas de aplicación de alta tecnología como la ingeniería mecánica, el sector de la electrónica y la metrología, o la tecnología médica. ¿Cómo tuvo en cuenta un fabricante de máquinas herramienta de tamaño mediano estos aspectos al desarrollar una máquina para tales tareas?


“Nuestro nuevo centro de mecanizado y rectificado RXU 2000 puede dar forma incluso a componentes de gran formato con la máxima precisión”

Jürgen Röders, Director General de Röders GmbH en Soltau

El centro de mecanizado y rectificado de 3 ejes RXU 2000 de Röders, que ha sido recientemente desarrollado para tales fines, tiene un área de trabajo de 2.000 x 1.800 x 800 mm y logra dentro de este una precisión de paso de menos de 5 μm, así como valores de redondez de 1-2 μm, dependiendo del tamaño del orificio.

La capacidad de carga de la mesa es de 5t. En línea con la filosofía de la empresa, se hizo hincapié en ofrecer al usuario el mayor grado de precisión posible de resultado del trabajo, independientemente del alto rendimiento de corte del sistema. En vista de las dimensiones y el alto rendimiento de mecanizado, esto presentó un verdadero desafío.

El mecanizado de materiales endurecidos es nuestra carta ganadora

Basándonos en nuestra experiencia en la fabricación de herramientas y matrices, construimos nuestras máquinas de tal manera que pueden mecanizar piezas de trabajo muy duras con un alto nivel de rendimiento”, explica J. Röders.

Por ejemplo, el husillo estándar del RXU 2000 tiene un par de 101 Nm a 22.000 RPM. Sin embargo, dependiendo de la aplicación, también se pueden utilizar husillos de hasta 80.000 RPM si se acepta un rendimiento de desbaste reducido.

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Placa base para una matriz progresiva hecha de X33CrS16 (1.2085) con una dureza de 48 HRC como pieza de trabajo de demostración
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El husillo estándar (101 Nm, 22.000 rpm) está fresando la pieza de prueba con un cabezal de corte con un diámetro de 52 mm

En comparación con la filosofía convencional de pre-mecanizar piezas de trabajo en estado blando primero, después endurecerlas y solo luego terminarlas, esto ofrece ventajas considerables.

Por un lado, se ahorra tiempo y costes porque la pieza de trabajo solo tiene que cargarse en la máquina una vez. Los costos de transporte y los retrasos de tiempo debido al tratamiento intermedio de enfriamiento y templado también se pueden eliminar por completo.

Con respecto a los requisitos de alta precisión, una ventaja adicional es que se evita la deformación por enfriamiento de las piezas de trabajo.

Con la antigua estrategia de mecanizado, esta distorsión resultó en costos adicionales debido al material que se deja en demasía por seguridad de gran tamaño durante el mecanizado de acabado, que luego tuvieron que mecanizarse en estado duro, aumentando así los costos.

Otra ventaja significativa del concepto de máquina es que el sistema se puede utilizar tanto para fresado como para el rectificado por coordenadas. Además, variantes como el rectificado de perfiles también son posibles. Dado que todas las operaciones se realizan en la misma configuración, no hay necesidad de preocuparse por las desviaciones causadas por desamarrar y volver a amarrar: la pieza sale de la máquina lista para funcionar con un informe de medición.

Además, las desviaciones dimensionales menores detectadas después del desbaste aún se pueden compensar durante el acabado, ya que la medición se realiza en la misma configuración.

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El principio de Quadroguide con cuatro rieles de guía en las cuatro esquinas le da al eje Z una rigidez particularmente alta

Rigidez mejorada gracias a Quadroguide® y a los accionamientos directos lineales

“Para soportar las altas cargas durante el desbaste a largo plazo, los ejes Z e Y se diseñaron utilizando un enfoque Quadroguide “, explica J. Röders. Con este concepto, el eje Z no tiene dos rieles guía, como suele ser el caso, sino cuatro en las cuatro esquinas. Esto aumenta significativamente la rigidez y robustez de estos ejes.

Otra característica clave son los motores directos lineales precisos y altamente dinámicos en los tres ejes. Estos muestran todo su potencial gracias al exclusivo sistema de control Röders, que utiliza controladores de 32 kHz para compensar de forma rápida y precisa las desviaciones más pequeñas debidas al mecanizado, la masa o las fuerzas de fricción.

Doble función: Además de fresadoras y taladros, los pasadores de rectificado y las muelas de Krebs & Riedel también se utilizan en esta aplicación

Dado que el calor es enemigo de la precisión…

“Para nuestra presentación en la feria AMB elegimos una pieza de trabajo templada a 48 HRC hecha de acero cromado X33CrS16 (1.2085)”, agrega J. Röders. La geometría realizada con esto se basa en la de una placa base real para una matriz progresiva. El mecanizado en bruto se realiza con herramientas de insertos indexables estándar y rectificado de acabado de alta precisión utilizando herramientas de rectificado de Krebs & Riedel. Este acero tiene un coeficiente de expansión térmica de aproximadamente 10.5 μm / (m * K) en el rango de temperatura ambiente.

Con un aumento de temperatura de solo 1 K, la diagonal de una pieza de trabajo plana con las dimensiones de la superficie de la mesa aumentaría en casi 30 μm. Visto al revés, para mantener la precisión garantizada del tamaño de puntada de 5 μm, su cambio de temperatura durante el proceso de mecanizado no debe exceder los 0,15 K.

Dentro de lo que forma la cabina de trabajo, el husillo de fresado por sí solo genera hasta varios kW de potencia. A esto se suman los motores lineales de los tres ejes principales. Mantener el nivel de temperatura de la pieza de trabajo y el área de trabajo dentro de 0.1 K en estas condiciones durante largos tiempos de mecanizado requirió una inmersión profunda en el “cajón de trucos”. 

…el control de las mediciones de temperatura tuvieron que ser escalonadas varias veces…

“Por lo tanto, el RXU 2000 tiene toda una gama de diferentes circuitos de control de temperatura, los cuales se mantienen a 0,1 K”, dice J. Röders. Se prestó especial atención al husillo, así como a los accionamientos lineales, que por lo tanto tienen potentes circuitos de refrigeración primaria para transportar el calor generado allí de la manera más rápida y directa posible. Además, los elementos decisivos se separan térmicamente de los elementos de construcción circundantes, como los ejes o el lecho de la máquina, mediante “trampas de calor” adicionales.

La unidad láser para la medición de herramientas es solo uno de los numerosos dispositivos de medición que el sistema utiliza para monitorearse a sí mismo y optimizar los procesos de mecanizado

Esto evita que el calor no capturado por el sistema de enfriamiento primario se difunda en la estructura básica. El enorme lecho de máquina hecho de hormigón UHPC pretensado (Ultra High Performance Concrete), un material de alta tecnología utilizado, entre otras cosas, en estructuras de puentes altamente estresados, también tiene sus propios conductos de templado. En comparación con la fundición mineral, un material utilizado a menudo para hacer bancadas de máquinas, este hormigón no tiene contenido de plástico y, por lo tanto, ofrece una resistencia a la deformación significativa. “Para nosotros, este enfoque es una tecnología estándar y también proporciona una estabilidad térmica óptima en nuestros otros modelos de máquinas”, dice J. Röders. “El desafío particular con el RXU2000 fue la gran escala a la que esto tuvo que ser implementado”.

… y recurriendo adicionalmente al aceite de rectificado y al aire acondicionado

“Otra medida para la estabilización térmica es el uso de aceite de rectificado en lugar de emulsiones de fluido de corte a base de agua”, señala J. Röders. La desventaja de las mezclas a base de agua es la evaporación de su contenido de agua, que no es controlable y, por lo tanto, perjudica enormemente la estabilidad de la temperatura dentro del espacio de trabajo.

En comparación, el aceite de rectificado, que se mantiene dentro de un rango de temperatura muy estrecho por su propio circuito, contribuye considerablemente a igualar las condiciones de temperatura en la pieza de trabajo y en la máquina. Como guinda del pastel, el RXU 2000 también proporciona aire acondicionado a la cámara de trabajo. Para este propósito, el aire extraído de la sala se acondiciona con precisión a la temperatura requerida en el área de trabajo y luego se sopla a través de la máquina. Antes de ser descargado en la sala, por supuesto, se filtra.

Bastante discreto pero altamente eficiente: las entradas para el aire acondicionado se encuentran debajo del sistema de extinción

Medición y compensación

“A pesar de todas estas disposiciones para el control de la temperatura, es cierto que los resultados precisos del trabajo solo se pueden garantizar midiendo constantemente los resultados”, resume J. Röders. Con este fin, el RXU no solo cuenta con una sonda de medición intercambiable, sino también con muchos otros medios, como cuerpos de referencia, láseres de medición para las herramientas, detectores de sonido basados en la estructura con superficies de diamante para la detección de herramientas de rectificado y un husillo de afilado para las herramientas de rectificado.

Gracias a la suma de todas estas medidas, el punto cero de la máquina del RXU 2000 permanece inalterable incluso para trabajos de más de diez horas. El resultado son piezas de trabajo con una precisión dimensional excepcional. “Por cierto, ya entregamos un primer RXU 2000 a finales de 2021. El cliente está tan satisfecho que ya está pensando en comprar otro sistema”, dice J. Röders felizmente.

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