La tecnología de torneado CNC apunta a sus múltiples facetas

El torneado CNC, en todas sus plataformas de máquinas (suizas, convencionales y multitarea), se está volviendo más inteligente, más rápido y más versátil a través de herramientas y combinaciones de software inteligentemente diseñadas. Qué empresas y soluciones compiten por el liderazgo dependen del problema espinoso que se esté abordando.

El control de virutas, especialmente para materiales difíciles de mecanizar y los llamados "gomosos", es siempre un objetivo principal para encontrar formas de romper las virutas de los nidos de pájaros en virutas diminutas y fáciles de manejar que imitan al acero. La capacidad única de corte de alta frecuencia en los controles CNC está marcando el camino. Los nuevos conceptos de herramientas para operaciones de torneado y automatización de gran volumen siempre son bienvenidos en los talleres que buscan aumentar la productividad o ingresar a nuevos mercados.

Cuando se trata de soluciones de máquinas de torneado, es difícil discutir con Mazak Corp., Florence, Ky. La compañía suministra sofisticadas máquinas multitarea Integrex de cinco ejes para producir piezas de trabajo complejas para el sector aeroespacial, así como su más reciente QT-Ez 12MY. Sistemas multitarea.

Dirigido directamente al mercado de talleres de trabajo, el QT-Ez está “poniendo la calidad y confiabilidad de Mazak al alcance de prácticamente cualquier taller con eficiencia productiva y ahorro de espacio a un precio asequible”, según Greg Papke, vicepresidente de ventas y marketing de Grupo de productos Advantec de Mazak. La QT-Ez ocupa un nicho justo debajo de las omnipresentes máquinas Quick Turn de Mazak.

Para la capacidad de procesamiento multitarea, Papke cita la capacidad de fresado y descentrado del eje Y del QT-Ez. “Para lograr una productividad aún mayor, la máquina QT-Ez se integra perfectamente con una variedad de soluciones de automatización. Estos incluyen alimentadores de barras simples y receptores de piezas, así como instalaciones de robots cooperativos completos, como el Cobot Cell de sistemas de automatización de Mazak”, dice Papke.

Dirigido al creciente mercado de producción de alta mezcla y bajo volumen de piezas de precisión pequeñas y delgadas, Mazak ha presentado su serie Syncrex de máquinas de estilo suizo que también se fabrican en las instalaciones de Florencia. Las máquinas Syncrex presentan un diseño mejorado para el mecanizado de piezas más pequeñas a partir de barras de 12' (3,66 m) de largo con diámetros de 1,5" (38,1 mm) o menos. La serie cuenta con una base de máquina de fundición de polímero de una sola pieza que es Se dice que es un 10% más rígido que el hierro fundido con control térmico que reduce la variación de las piezas en un 25%. Además, Mazak Dynamic Chip Control reduce las virutas largas y fibrosas que pueden ensuciar las herramientas y estropear los acabados de las superficies, según la empresa.

Encontrar soluciones de corte para aplicaciones de torneado de precisión, ya sea para CNC convencional, mecanizado multitarea de piezas complejas o producción de gran volumen al estilo suizo, significa considerar todos los parámetros relevantes de la aplicación, dice Sarang Garud, gerente de producto de torneado, taladrado, mandrinado. Walter USA LLC, Waukesha, Wisconsin. “No adopto el enfoque directo. Prefiero el rifle cuando se trata de formular una estrategia de solución de corte con nuestras últimas tecnologías”, dice Garud.

Las herramientas de torneado de Walter abarcan el torneado, ranurado y tronzado ISO, así como el torneado de roscas. Las herramientas de torneado de precisión, las barras de mandrinar y las hojas de tronzado están disponibles con mangos cuadrados ISO estándar, así como con todas las interfaces estándar en aplicaciones de torneado.

"El giro es muy específico", señala Garud. “Todo importa y hay muchos parámetros a considerar. Todo se reduce a avances y velocidades y a cómo nuestras tecnologías más nuevas se ajustan a los requisitos específicos de la aplicación.

Para conocer los pormenores de la aplicación de torneado del taller, Garud recomienda una extensa lista de verificación de preguntas sobre las capacidades de proceso y las operaciones de un taller. ¿Qué tipo de máquina? ¿Cuántos años? ¿Qué tan robusto? ¿Qué tipo de corte es acabado/medio/desbaste? ¿Interrumpido o no? ¿Refrigerante? ¿Material (acero, hierro fundido, inoxidable)? ¿Difícil de mecanizar? ¿Control de virutas, rompevirutas?

La última innovación de Walter es el grado Tiger-tec Gold CVD, que se puede utilizar para aplicaciones que van desde aceros con bajo contenido de carbono hasta aceros de alta aleación. Las soluciones de acero y hierro fundido están estrechamente relacionadas.

“Los mayores desafíos a los que se enfrentan los talleres siguen siendo los avances y las velocidades, el rompevirutas y el control de virutas, la vida útil de las herramientas y la mejora de la productividad”, señala Garud. “La tecnología de recubrimiento multicapa ha introducido formas sofisticadas de combinar recubrimientos individuales en recubrimientos multicapa para abordar problemas de mecanizado específicos. Entonces, en lugar de una sola capa de TiCN, AlTiN, Al2O3 y TiAlN, las múltiples capas de estos recubrimientos utilizadas en varias combinaciones y espesores pueden reducir el agrietamiento que conduce a la rotura y descamación de las herramientas. Un sustrato enriquecido con cobalto también contribuye a un sustrato resistente, evitando aún más el desconchado sin comprometer la dureza y las capacidades de alta velocidad de la calidad.

“Un mecanismo se logra introduciendo elasticidad con un recubrimiento en capas que incluye TiCN que ayuda a resistir la formación de grietas. Las capas adicionales de recubrimiento de Al2O3 de grano orientado mejoran aún más la resistencia al desgaste por cráter, lo que permite que las calidades funcionen a velocidades de corte mucho más rápidas. Los beneficios para el taller son una alta confiabilidad del proceso, un excelente acabado superficial y estabilidad dimensional durante la producción de aceros o hierros fundidos”, dice Garud.

La rotura de virutas de materiales exóticos, aceros inoxidables y aquellos con alto contenido de níquel es siempre un desafío en las operaciones de torneado, según David Zunis, director de ingeniería de servicios y aplicaciones de Absolute Machine Tools, Lorain, Ohio. “Al tornear estos materiales, las virutas tienden a formar bolas y encajarse, lo que provoca la rotura de las plaquitas y las herramientas, lo que provoca todo tipo de problemas, incluidos brazos de herramientas rotos para la detección de cortes. La mejor condición que se puede tener es romper esas astillas en pequeñas astillas para que se caigan de manera muy parecida a las astillas del acero al carbono”, dice Zunis.

La solución de Absolute Machine Tools ofrece tres de sus líneas de máquinas de torneado CNC con opciones de control CNC que cuentan con corte por oscilación. Las tres marcas de Absolute (máquinas suizas Nextturn, máquinas de tornillo CNC LICO y máquinas de torneado de producción híbrida Quick Tech) cuentan con el CNC Mitsubishi o el CNC FANUC con su capacidad de tecnología de corte por oscilación llamada Vibration Cutting Control (VCC) y Servo Learning Oscillation (SLO). ), respectivamente.

"La diferencia entre los dos es que FANUC usa software para lograr su acción de corte de alta frecuencia, mientras que Mitsubishi usa hardware para lograr los mismos resultados", dice Zunis. “La técnica se logra haciendo oscilar el eje de corte a una frecuencia del orden de los kilohercios. No es algo que puedas programar fácilmente utilizando prácticas de programación tradicionales. La acción es alimentar un poco en cualquier eje que esté cortando, detenerse o invertirse un poco, luego alimentar un poco más, luego detenerse e invertirse, etc. Un programa tradicional sería extremadamente largo y requeriría mucha mano de obra para prepararlo”.

Ambos controles se accionan mediante código G, añade Zunis. Existe una sintaxis que indica el número de vibraciones, la frecuencia, la longitud del corte y hasta dónde se mueve la herramienta en una revolución del husillo. "La experiencia ayudará a determinar los parámetros para entrar en el estadio", continúa Zunis. “Está relacionado con la distancia que se mueve la herramienta en una revolución del husillo y la velocidad de avance. Quieres romper el chip al menos una vez por revolución. Ese es un buen punto de partida. Con algunos materiales se pueden girar cientos, o incluso miles, de revoluciones antes de que los chips se conviertan en un problema importante. La capacidad de corte por oscilación funciona bien en máquinas más pequeñas donde las virutas pueden tener un impacto importante en las operaciones de la máquina”.

Para Hainbuch America Corp., Germantown, Wisconsin, la adquisición de Vischer & Bolli Automation (VBA) amplió la tecnología de automatización disponible para células robóticas de torneado y fresado. Están disponibles células robóticas VBA para tornear y fresar piezas pequeñas de hasta 10 kg, células VBA Robilo para piezas de trabajo de 80 kg e incluso células modulares de hasta 500 kg.

Gracias a su amplia experiencia en automatización, Hainbuch puede ayudar a sus clientes durante todo el proceso de fabricación. El diseño modular de las células permite elegir el grado de funcionalidad. Las opciones incluyen sistemas de manipulación de paletas, piezas de trabajo y portaherramientas, así como una computadora maestra para celdas completas.

Los procesos de fabricación pueden ser completamente flexibles con el cambio automatizado de mandriles y mandriles. El cambio de dispositivo de sujeción incluye sistemas de sujeción de punto cero tanto para torneado como para fresado. Además, los dispositivos de sujeción inteligentes IQ de Hainbuch, tanto como mandril para la sujeción OD como como mandril para la sujeción ID, facilitan los procesos de medición anteriores y posteriores. Las piezas de trabajo se miden continuamente en cuanto a diámetro, temperatura, contacto con la pieza y fuerza de sujeción. Los datos de medición se transmiten al controlador de la máquina para su análisis mediante transmisión de energía y datos sin contacto, cerrando el ciclo de producción.

Las herramientas de corte que pueden mejorar la calidad, reducir el tiempo de ciclo y manejar las formas y cavidades más complicadas son difíciles, si no imposibles, de encontrar, a menos que esté buscando la última versión de torneado en eje Y totalmente direccional con una sola herramienta de Sandvik Coromant EE. UU., Mebane, Carolina del Norte El método de torneado del eje Y continúa ampliando las capacidades anteriores de la empresa, como su Prime Turning totalmente direccional, el torneado no lineal y el torneado por interpolación.

Como su nombre lo indica, el nuevo método utiliza el eje Y y los tres ejes simultáneamente durante el mecanizado. La herramienta gira alrededor de su propio centro. La plaquita se coloca para mecanizar en el plano YZ y el eje del husillo de fresado se interpola durante el torneado. Esto permite mecanizar formas intrincadas con una sola herramienta.

Una combinación de máquinas herramienta modernas más capaces y una programación CNC sofisticada están impulsando la búsqueda de una mejor calidad de las piezas. El torneado en todas las direcciones permite terminar formas complejas en un solo corte sin puntos de fusión. Los insertos Wiper se pueden mantener perpendiculares a la superficie para producir también un efecto Wiper en superficies cónicas, afirma la empresa. En el torneado en el eje Y, las principales fuerzas de corte se dirigen al husillo de la máquina, lo que ofrece una alta estabilidad del proceso. Mantener un ángulo de posición constante durante el mecanizado permite controlar de forma óptima las virutas.

Se han desarrollado dos nuevas herramientas para soportar el torneado del eje Y. La nueva variante CoroTurn Prime es adecuada para ejes, bridas y componentes con socavaduras. La herramienta gemela CoroPlex YT, que incluye plaquitas de perfilado CoroTurn TR y plaquitas redondas CoroTurn 107 con interfaz de riel, se puede utilizar para componentes con cavidades y cavidades.

El torneado en el eje Y también se puede utilizar en modo estático con un husillo bloqueado para un torneado flexible en dos ejes con indexación rápida de plaquitas. El método es adecuado para todos los materiales y requiere una máquina multitarea, centros de torneado o torno vertical con opciones para permitir la interpolación del eje del husillo de fresado durante el torneado.

Para torneado CNC, ya sea de estilo suizo o de husillo múltiple, GWS Tool Group, Nashville, Tennessee, ha desarrollado un sistema de herramientas insertadas de perfilado personalizado que reemplaza las herramientas indexables estándar de un solo punto con herramientas de forma. Los ciclos en las máquinas CNC se reducen al reemplazar las herramientas de un solo punto con portaherramientas que sostienen herramientas de forma o perfil que realizan un movimiento de inmersión en lugar de realizar varias pasadas con plaquitas indexables IC.

Los beneficios de las herramientas de forma de alta ingeniería para torneado incluyen tiempos de ciclo más cortos, menos herramientas, un número reducido de configuraciones y una vida útil de la herramienta significativamente mejorada, según Johnny Freeze, director de desarrollo comercial de GWS.

Las herramientas de forma de GWS incluyen todas las geometrías y ángulos de la pieza de trabajo. Las herramientas de forma de carburo permiten perfiles más complejos con tolerancias más estrictas y geometrías de corte mejoradas, lo que resulta en tiempos de ciclo dos o tres veces más rápidos, dice Freeze. Las herramientas de forma que reemplazan múltiples plaquitas indexables IC reducen la posibilidad de error y mejoran la vida útil de la herramienta, con herramientas de forma que duran entre 1500 y 5000 piezas en comparación con solo varios cientos de plaquitas indexables IC. Según Freeze, la vida útil de la herramienta de forma es de dos a tres veces mayor que la de las herramientas de un solo punto.

GWS ofrece una serie de productos de perfilado, cada uno con cabezales reemplazables de cambio rápido y movimientos ajustables. Incluyen:

ThriftTurn: acercándose desde el final, esta herramienta insertada de dos canales perfilará la pieza con la capacidad de ajustar cada inserto de forma independiente. Piense en la cara, el radio/ángulo y un hilo en bruto, similar a una punta de soldadura.

ThriftPoint: acercándose desde el extremo, esta herramienta insertada de una sola flauta perfilará la pieza con el apoyo de un casquillo. Piense en cara, radio/ángulo, similar a una válvula de aguja.

Thrift Edge: acercándose desde un lado, esta herramienta insertada perfilará la pieza. Piense en múltiples ranuras, esquinas/radios, similares a un pistón (cuatro ranuras a la vez).

Otro beneficio importante de las herramientas de moldeo es que con todas las geometrías y perfiles de la pieza en la herramienta de moldeo, la inspección se puede realizar sin verificar cada característica. "La primera y la última inspección de la pieza (por cambio de plaquita) son suficientes para garantizar que todas las piezas intermedias cumplieran con las especificaciones", dice Freeze.

Las aplicaciones para perfilado con herramientas de forma incluyen componentes aeroespaciales, piezas de trabajo de automoción como rodamientos y ejes, componentes hidráulicos, componentes médicos y productos industriales.

Pocos entre nosotros rechazarían resultados de torneado que producen una tasa de eliminación de metal mucho mayor al cortar materiales difíciles de mecanizar, como aceros inoxidables y aleaciones a base de níquel y titanio. Ésa es la promesa del torneado trocoidal, una estrategia de mecanizado en la que las trayectorias de las herramientas y los movimientos de entrada y salida se optimizan para maximizar las tasas de eliminación de metal. El uso simultáneo de diferentes ejes en combinación con plaquitas indexables redondas y software CAM avanzado son las claves del éxito del torneado trocoidal.

El torneado trocoidal se divide esencialmente en dos estrategias: “simple” realizado en tornos convencionales y “simultáneo” realizado en máquinas con movimiento del eje B. Estas estrategias de torneado son similares al fresado trocoidal, que combina una trayectoria de corte en espiral con un movimiento recto. De manera similar, el torneado presenta profundidades de corte más bajas, avances más altos y velocidades de corte más rápidas que el torneado convencional.

Las plaquitas de torneado redondo estándar aumentan la flexibilidad de la trayectoria de la herramienta y permiten una entrada y salida suaves de la pieza de trabajo. La plaquita está siempre en el corte, eliminando el tiempo perdido volviendo a un punto establecido después de cada pasada. El torneado trocoidal realiza torneado longitudinal y frontal, así como ranurado radial y axial. Debido a la posibilidad de utilizar altas velocidades de avance para lograr una buena rotura de viruta, este enfoque también es beneficioso cuando se tornean materiales dúctiles blandos pero resistentes que normalmente producen virutas largas que ponen en peligro a los operadores y se enrollan alrededor de la herramienta.

El proveedor de software Open Mind Technologies AG diseñó el software hyperMILL para acelerar el torneado trocoidal en tornos CNC convencionales, permitiendo una fácil programación del torneado trocoidal en tornos estándar de tres ejes. El uso de una máquina multitarea con capacidad de eje B permite que un taller aproveche al máximo los beneficios de las estrategias de torneado trocoidal.

La programación del eje adicional es algo más compleja que la de una máquina de tres ejes, pero el eje móvil proporciona una mayor accesibilidad a la hora de girar piezas complejas y, como resultado, es más rápido y eficiente. Las plaquitas redondas combinadas con profundidades de corte ligeras y la capacidad de rotar/girar la herramienta de corte en relación con el eje de la pieza de trabajo crean efectivamente más filos de corte y aumentan la vida útil de la herramienta. En cuanto a la geometría y el estilo de las plaquitas, el fabricante mundial de herramientas Ceratizit Inc. suele recomendar sus plaquitas RCMT y RCGT para torneado trocoidal y las plaquitas GX24 para ranurado trocoidal utilizando radios de punta de 4-6 mm y rompevirutas M3.

El aumento de las velocidades de avance ejerce una mayor presión sobre los componentes de las máquinas herramienta. La velocidad de avance es directamente proporcional a la velocidad de eliminación de metal y tasas de eliminación de metal más altas imponen mayores exigencias al husillo de la máquina herramienta. Sin embargo, las plaquitas redondas de estilo positivo generalmente tienen un corte más suave, por lo que en la mayoría de los casos el torneado trocoidal es adecuado para máquinas de menor potencia.

Las aplicaciones del torneado trocoidal incluyen operaciones de producción de gran volumen, como la fabricación de componentes automotrices tradicionales, incluidos ejes y ejes.

El desarrollo de la tecnología de control CNC para máquinas multitarea reunió el torneado y el fresado en una sola plataforma para Siemens, según Daniel Vitullo, gerente de territorio de desarrollo comercial de Siemens Industry Inc., Elk Grove Village, Illinois. "Desarrollamos el torneado y el fresado en una única plataforma, lo que hace que la transición de una tecnología a otra sea fluida", afirma. “Si se trata de un torno-fresa o de un fresado-torneado, depende de cuál sea su funcionalidad principal”.

Según la forma de pensar de Vitullo, la conexión perfecta es una mejora importante para los fabricantes de máquinas herramienta cuando se trata de agregar procesos como biselado, tallado, rectificado y otros procesos para los clientes. Agregar funcionalidad es cuestión de abrir ciclos y llenar los espacios en blanco. La simulación en el control SINUMERIK ONE ayuda a los operadores a saber qué sucederá cuando ejecuten una pieza compleja, señala Vitullo.

"Por ejemplo, tengo esta pieza compleja y lo que estoy haciendo es abrir ciclos y llenar los espacios en blanco añadiendo torneado a un molino", continúa. “La orientación de las herramientas la gestionan los ciclos y los ciclos gestionan las herramientas para que yo no tenga que hacerlo. Todo lo que tengo que hacer es ejecutar la pieza. La visualización mostrará lo que está pasando”.

Una pieza importante del rompecabezas del mecanizado la proporciona el Digital Twin que reside dentro del SINUMERIK ONE CNC. “No estamos hablando de tornos de dos ejes convencionales. Estas máquinas representan inversiones millonarias y más en tecnología de mecanizado avanzada”, señala Vitullo. “Nuestro gemelo digital es nativo del control. Simula el funcionamiento de la máquina multitarea. Si le doy la vuelta a una herramienta, el gemelo digital la reconocerá y simulará el funcionamiento de la máquina”.

Vitullo dice: “Es físicamente el control SINUMERIK ONE el que impulsa la máquina, y el gemelo digital impulsa esa simulación con el mismo control. El gemelo digital y la máquina física utilizan los mismos parámetros y configuraciones, esto también incluye límites de viaje y configuraciones de conducción. Para nosotros, el gemelo digital es una verdadera simulación del mundo real. Esto significa que cuando utilice el gemelo digital SINUMERIK ONE tendrá soporte de ciclo completo. Si se activa el ciclo de taladrado o fresado rápido, el operador de la máquina no tiene que adivinar el resultado. Lo que sucede en la simulación es lo que sucederá en la máquina. No es el control de tu máquina. Lo que hacen la mayoría de los demás es observar cómo funciona nuestro ciclo y lo emulan a partir del código de la publicación en la que ejecutamos el mismo ciclo tanto en la simulación como en la máquina”, explica Vitullo.

"Se puede eliminar el miedo a ejecutar una pieza compleja porque todos los recorridos, valores de ejes y centros de operación están configurados de la misma manera que la máquina física", continúa. “Al combinar el soporte de ciclo y el gemelo digital, se obtiene un proceso de circuito casi completamente cerrado desde el desarrollo y las pruebas de la pieza hasta su ejecución. Lo único que falta en este escenario es la inspección”.

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