Equilibrado de herramientas: cuándo y por qué

Aug 07, 2023

Si bien poner los trabajos en funcionamiento rápidamente es fundamental para la rentabilidad, dedicar unos minutos antes para equilibrar adecuadamente las herramientas puede generar grandes dividendos.

Las máquinas herramienta no son baratas de operar, por lo que usarlas de manera eficiente al equilibrar las herramientas de corte utilizadas en ellas para optimizar el rendimiento y evitar el desgaste prematuro de las herramientas debería ser una opción fácil. Eso no es necesariamente así, según los expertos de la industria. De hecho, más equilibradores de herramientas se están abriendo camino en los talleres de trabajo y los OEM, pero el uso generalizado aún es lento. Y eso puede ser un error costoso, que hace que los talleres operen las máquinas más lentamente o las detengan por completo para corregir los problemas que surgen de herramientas de corte y portaherramientas desequilibradas.

Y para ser claros, la compra de conjuntos de herramientas preequilibradas no es una garantía de que vaya a utilizar una herramienta equilibrada; Las máquinas balanceadoras empleadas como herramientas de control de calidad a menudo han descubierto desequilibrios en ensamblajes prefabricados. El costo inicial de una máquina balanceadora se compensa fácilmente con una mayor longevidad de herramientas y husillos, mayores tasas de eliminación de material y mejores piezas, según los fabricantes de balanceadoras de herramientas. Sin embargo, la adopción por parte de las tiendas pequeñas y medianas sigue siendo bastante baja, señalan algunos expertos de la industria.

Por una inversión de aproximadamente $ 25,000 a $ 35,000 para máquinas de balanceo de herramientas de nivel de entrada, los beneficios diarios del balanceo de herramientas pueden pagarse con bastante rapidez, dicen.

En última instancia, los talleres que deseen que sus máquinas, husillos y herramientas de corte duren más, y deseen impulsar sus máquinas con más fuerza, lograr mejores acabados superficiales y fabricar más piezas por hora, pueden utilizar máquinas equilibradoras de herramientas fáciles de usar para ayudarlos. darse cuenta de un montón de potencial sin explotar.

El equilibrio de herramientas se puede lograr de una de tres maneras:

--Agregar peso insertando tornillos en puntos pretaladrados en el portaherramientas.

--Anillos de equilibrio, que son anillos con peso que se colocan sobre el portaherramientas para corregir el desequilibrio.

--Medios destructivos, que implican fresar o taladrar pequeñas cantidades de material fuera del portaherramientas.

Las máquinas balanceadoras de herramientas de hoy en día brindan opciones a los operadores, y solo se necesita alrededor de un minuto para medir una herramienta en un balanceador y otros dos o tres minutos para corregir el desequilibrio.

"Nuestra máquina le brinda la flexibilidad de usar cualquiera de esos métodos", explicó Michael Colyer, gerente de cuentas clave de Zoller Inc., Ann Arbor, Michigan. hará girar esa herramienta a una velocidad simulada y le dará una línea marcada con láser de exactamente dónde y cuál es su desequilibrio. Le dirá que necesita agregar o quitar, por ejemplo, 2,5 gramos en un punto determinado".

Haimer USA LLC, Villa Park, Illinois, que ha estado produciendo máquinas balanceadoras durante más de 20 años, también enfatiza la facilidad de uso de su interfaz de operador al agregar material, quitar material o usar anillos de balanceo. Pero Haimer agrega algo más a la ecuación al proporcionar portaherramientas equilibrados verificados.

"El equilibrio es cada vez más importante porque las máquinas herramienta son cada vez más precisas", afirmó Steven Baier, vicepresidente de ventas de Haimer. "Desafortunadamente, muchos usuarios finales pagan mucho dinero por las mejores máquinas herramienta posibles, capaces de las tasas de remoción de metal más altas, y luego colocan los portaherramientas más baratos que pueden encontrar en el husillo".

Eso invita a ensamblajes desequilibrados, torsión de agarre, descentramiento y otros problemas. "Eso obliga a los ingenieros u operadores a reducir la velocidad de la máquina herramienta para hacer una buena pieza. Y cuando comienza a reducir la velocidad de esa máquina herramienta, la está ejecutando como una máquina de la década de 1980 en lugar de una máquina de la década de 2020. Entonces todas las ganancias de productividad que terminan los usuarios que invierten en la tecnología más nueva para lograrlo se pierden debido a sus opciones de herramientas".

Si los fabricantes cifran sus esperanzas en los portaherramientas preequilibrados, deben ser conscientes de que no todos son iguales, continuó Baier. "Los portaherramientas de Haimer, listos para usar, están balanceados a G2.5 a 25,000 rpm. Eso es lo que nuestros portaherramientas de ajuste por contracción están balanceados cuando vienen de fábrica. No solo están balanceados, sino que también están verificados; inspeccionamos al 100 por ciento todos nuestros soportes para equilibrarlos a G2.5 a 25.000 rpm. Aún así, advirtió, "eso no garantiza que cuando arma un conjunto de portaherramientas, su conjunto esté equilibrado".

Para herramientas más largas, el balanceo en dos planos es esencial, agregó Colyer de Zoller. "Cuanto más pesada y larga sea la herramienta, más importante es equilibrarla en varios planos", explicó, y señaló que las máquinas Zoller pueden equilibrar herramientas de hasta 700 mm. largo. "Si tiene una herramienta de 500 mm y está desequilibrado en la parte inferior de esa herramienta, digamos por 4 gramos, será de 20 gramos en la parte superior de esa herramienta. A medida que sus herramientas se alargan, aumenta el cantidad de saldo exponencialmente".

El uso de equilibradores de herramientas para controlar el desequilibrio de la herramienta "es una forma eficaz de encontrar un desequilibrio angular constante que podría reducirse aguas arriba en el proceso de fabricación para reducir el tiempo de equilibrio y mejorar las piezas para el usuario final", señaló Dawn Hines, directora ejecutiva de Hines Industries Inc., Ann Arbor, Michigan

"En general, todos los balanceadores de Hines funcionan de la misma manera", dijo. "La parte que se equilibra se coloca en la máquina. Con frecuencia, hay herramientas para ayudar a lograr esto. La fuerza del desequilibrio se mide de forma estática o dinámica y se muestra en la computadora. En ese punto, se puede corregir el equilibrio agregando o quitando peso. Los portaherramientas generalmente se corrigen taladrando o agregando tornillos de fijación".

Las máquinas equilibradoras de herramientas vienen en muchos sabores, desde el nivel de entrada hasta el avanzado. La operación se mejora con interfaces y avisos fáciles de usar. Por lo general, se solicita a los usuarios que ingresen la clasificación G, la velocidad de funcionamiento, el peso del ensamblaje y el método preferido de balanceo (es decir, insertar tornillos o quitar material). utiliza CAT 40 o CAT 50 y la mayoría de sus ensamblajes tienen menos de 6" [152,4 mm] de longitud de calibre".

Mientras que el TD 1002 se equilibra en un solo plano, el Tool Dynamic Comfort más popular se equilibra en métodos de herramientas y utiliza múltiples métodos de corrección. El Comfort cuenta con un software propietario basado en PC y un brazo montado en el lateral. El TD 800 está diseñado para equilibrar muelas abrasivas.

"Nuestra aplicación número uno es que los usuarios finales equilibren conjuntos de portaherramientas", señaló Baier. "Nuestra aplicación número dos es que los fabricantes de herramientas de corte equilibren sus paquetes de muelas abrasivas".

Haimer lanzó recorridos virtuales Application Center 360 en febrero para que los usuarios puedan ver estos balanceadores en acción con recorridos autoguiados o guiados por expertos del centro técnico de 25,000 ft2 (2,322.6 m2) de la compañía en su sede en Igenhausen, Alemania. Mientras tanto, el centro técnico estadounidense de Haimer en Villa Park hace demostraciones de unas 30 máquinas motorizadas.

Asimismo, Zoller cuenta con una máquina de nivel de entrada, la Tool Balancer Economic, con una computadora incorporada. Si bien esa máquina se usa a menudo para verificar herramientas prebalanceadas, señaló Colyer, el Tool Balancer Comfort de siguiente nivel es para fabricantes que equilibran sus propias herramientas. El Confort indica más puntos de desequilibrio y puede equilibrarse en dos planos; también proporciona informes de inspección de cada herramienta que se pueden adjuntar a las hojas de proceso de un taller.

En Hines Manufacturing, "Nuestra máquina más popular es la Hines HVR", dijo Chelsea Gibbons, especialista en marketing y ventas. La máquina equilibradora vertical de Hines es una máquina equilibradora dinámica que se puede utilizar para equilibrar tanto uno como dos planos. "La mayoría de nuestros clientes requieren soluciones diseñadas a la medida, y para nuestros clientes del sector automotriz estamos brindando altos niveles de automatización". Señaló que el programa de mejora continua de la empresa ha producido mejoras en los tiempos de ciclo, la sensibilidad de medición de desequilibrio, las tolerancias, la automatización, las velocidades de corrección y la integración de robots.

Hines recomienda la inspección, calibración y mantenimiento preventivo de sus máquinas una vez al año para garantizar la longevidad y la repetibilidad y reducir el tiempo de inactividad, agregó Gibbons. "Al diseñar una máquina, nuestros ingenieros de aplicaciones revisarán todas las especificaciones de las piezas y los requisitos únicos para construir una máquina balanceadora que cumpla con todos los criterios. Los técnicos de servicio de Hines revisan todos los procedimientos operativos y recomiendan los procesos operativos diarios".

Los fabricantes de automóviles en particular han demostrado el valor de las máquinas equilibradoras de herramientas. Por ejemplo, Haimer's Baier señaló que uno de los "3 grandes" fabricantes de automóviles de EE. UU. estaba operando 14 máquinas herramienta las 24 horas del día. "Descubrimos que el 57 por ciento de las veces, una de esas máquinas tenía una parada imprevista", dijo. "La herramienta de corte no duró tanto como esperaban. Por alguna razón, una de las máquinas se detuvo y había un operador cambiando un conjunto de herramientas en un momento inesperado".

El fabricante de automóviles, que pedía ensamblajes balanceados y prefabricados, invirtió en una máquina balanceadora Haimer para control de calidad a fin de probar el desequilibrio de esos ensamblajes a medida que llegaban del proveedor, y devolvió los ensamblajes desequilibrados para reequilibrarlos. La medida no solo le ahorró al fabricante de automóviles alrededor de $200,000 en seis meses, sino que los paros inesperados se redujeron del 57 al 7 por ciento.

Colyer de Zoller también recuerda una gran empresa automotriz que compró un balanceador hace tres años para simplemente verificar el balance de los conjuntos completos de herramientas que compró a un integrador. "Descubrieron que el 70 por ciento de sus herramientas no cumplían con las especificaciones", lo que les ayudó a diagnosticar múltiples problemas de procesos.

"Tengo otro cliente que se metió en el mecanizado de alta velocidad", añadió Colyer, "y junto con su máquina compró una balanceadora. Básicamente, ha estado haciendo funcionar esa máquina las 24 horas del día, los 7 días de la semana, durante los últimos dos años y medio". medio año." Ese cliente probó el husillo hace unos meses y "sigue siendo casi perfecto". Si los clientes potenciales hacen los cálculos para reemplazar un husillo que ha perdido el 40 por ciento de su vida útil, "digamos que están usando 20 de esas máquinas, una balanceadora de $40,000 tiene sentido".

El balanceo de herramientas ha demostrado ser beneficioso en múltiples industrias, señaló Gibbons de Hines, y el equipo de balanceo de Hines se usa en las principales plantas automotrices y en muchas otras industrias. "Hemos visto un aumento en la demanda de máquinas para equilibrar cortadores de herramientas de diamante y portaherramientas dentro de las industrias de defensa y agricultura", dijo. "A través del nuevo desarrollo de software, hemos reducido significativamente los tiempos de medición del desequilibrio de piezas, lo que mejora el tiempo de ciclo".

En sus 18 años en Iscar USA, Arlington, Texas, el director técnico Thomas Raun ha visto de primera mano el aumento en la complejidad de las herramientas de corte, junto con máquinas de funcionamiento más rápido, sin embargo, según su observación, solo el 20 por ciento de los talleres que normalmente utilizan máquinas pasan 8.000 rpm son herramientas de equilibrado.

Si bien señaló que los talleres pueden ver el costo de las herramientas de balanceo como un tanto prohibitivo, "si está utilizando husillos CAT 40 y HSK 63 que tienen capacidades de más de 10 000 rpm, supongo que no tomará mucho tiempo darse cuenta de la ruptura". -incluso el punto de esa inversión".

A medida que las máquinas herramienta continúan agregando capacidades de alta velocidad, "tal vez sean menos robustas en términos de rigidez de la máquina en general", agregó. "Los husillos parecen ser cada vez más rápidos, por lo que el enfoque de mecanizado, especialmente desde la perspectiva del fresado, parece estar cambiando de las grandes profundidades de corte y los anchos de corte para las operaciones de fase de desbaste a hacer funcionar el husillo realmente rápido y tomar un trabajo más ligero". ancho de corte".

En términos de una fresa de extremo, "en el pasado, podía tomar una fresa de extremo de media pulgada, profundizar media pulgada y tal vez llegar a 3/8 de pulgada o incluso hasta la ranura completa en esa fresa de extremo de media pulgada Ahora, la idea sería tomar la fresa de media pulgada, cambiarla de un diseño de cuatro flautas a quizás un diseño de siete flautas y aumentar las rpm para realizar cortes ligeros e ir más rápido". Si bien el enfoque del desbaste al "viejo estilo" podría ser más productivo en términos de tasas de eliminación de material, el mecanizado de alta velocidad "parece estar de moda en este momento: la gente ve que la máquina gira rápido y la velocidad de avance se mueve rápido, y eso les gusta". ."

Dicho esto, continuó Raun, "la regla empírica de la vieja escuela que siempre me decían las empresas de máquinas herramienta era que si empiezas a subir por encima de las 8000 rpm, deberías pensar en tener conjuntos de portaherramientas equilibrados. Más recientemente, He visto información de otras compañías que promocionan máquinas balanceadoras que se deben balancear a rpm mucho más bajas que eso y que vale la pena hacerlo".

Y, sin embargo, por lo general, son los clientes de Iscar de "alto nivel" en entornos de alta producción los que equilibran los conjuntos de herramientas de fresado, dijo. "Un ejemplo sería en la industria aeroespacial, usando una máquina Makino Mag o algún otro tipo de centro de máquina de súper alta velocidad a más de 30 000 rpm. Les preocupa el equilibrio. Veo muchos clientes que usan la fresadora CAT 40 tradicional husillo con 15 000 rpm y están colocando conjuntos de herramientas en esos husillos y no están preocupados por equilibrarlos. Yo los equilibraría si fuera yo".

En esas aplicaciones de alta velocidad, particularmente aeroespaciales y médicas, Iscar brinda pautas para preservar la vida útil de la herramienta y optimizar la eliminación de material, "especialmente para las herramientas diseñadas específicamente para ese tipo de aplicaciones, como las aplicaciones de aluminio, por ejemplo, que sabemos que van a funcionar a velocidades superficiales muy altas. Proporcionamos un cuerpo de fresa que está equilibrado hasta, por lo general, entre 30 000 y 33 000 rpm. Y hay otros portaherramientas que están equilibrados o pueden funcionar a rpm nominales mucho, mucho más altas que eso. portaherramientas o herramientas integrales, es decir, un conjunto de herramienta de corte de una pieza, y están equilibrados según una especificación particular, generalmente G2.5 a 33 000 rpm".

Para los talleres que buscan una ventaja competitiva, Raun concluyó que "sin saberlo, se benefician de tener una herramienta balanceada; es posible que ni siquiera sepan que está balanceada. Miran una fresa y dicen: 'Es el diámetro y la longitud que necesito', y realmente no se preocupan por cómo se produjo la herramienta. Si es una herramienta que se produjo teniendo en cuenta el equilibrio, probablemente se beneficiaron de eso porque cuando colocaron la herramienta en su ensamblaje y la colocaron en su máquina, era probablemente una situación equilibrada. Por lo general, si se trata de una herramienta equilibrada, los proveedores de herramientas de corte le mostrarán eso en la información que se proporciona en el catálogo electrónico".

La comprensión de la terminología del balanceo de herramientas comienza con la comprensión de la clasificación G en una guía de balanceo, como G2.5 a 30 000 rpm. Lo bien que se debe equilibrar una pieza depende del peso de la pieza, la velocidad de rotación y la aplicación. La clasificación G se utiliza en una ecuación que calcula el desequilibrio residual permisible, expresado en g-mm, en función de la velocidad de funcionamiento y el peso del rotor. Los detalles se pueden encontrar en la Organización Internacional de Normalización (ISO) IS0-1940 (para aquellos que lo deseen). Cuanto menor sea la calificación G, mejor será el grado de equilibrio, por lo que G2.5 es mejor que G6.3.

Una tabla gráfica conveniente y ecuaciones están contenidas en el estándar ISO. "ISO ha emitido directrices con respecto a una serie de diferentes tipos de dispositivos", según el ingeniero de aplicaciones Larry Ketola de Hines Industries. "Las normas ISO contienen métodos detallados para calcular diferentes tolerancias estáticas y de desequilibrio de pareja que dependen de la relación entre el diámetro de la pieza y su longitud".

El sitio web de Hines tiene una calculadora ISO donde los operadores pueden encontrar el grado ISO recomendado para su parte específica: https://hinesindustries.com/isotol/IsoTolerance.html

Cuanto menor sea el número de grado de equilibrio, mayor será la velocidad de la aplicación u operación. G2.5, por ejemplo, se recomienda para:

--unidades de computadora,

--motores y generadores eléctricos,

--compresores,

--turbinas de gas/vapor, y

--accionamientos de máquinas herramienta.

"En la mayoría de los casos, el desequilibrio de la pieza no cambia con las rpm", explicó Ketola. "Solo cambia la fuerza creada por el desequilibrio. Las máquinas con grados más grandes son mucho más grandes y lentas, con menos necesidad de un equilibrio estricto; pueden soportar más desequilibrios y seguir funcionando correctamente. El número más pequeño corresponde a máquinas más pequeñas donde la precisión y los requisitos de equilibrio más estrictos son necesarios." Incluso una pequeña cantidad de desequilibrio puede afectar las operaciones con máquinas pequeñas, dijo.

Anteriormente, después de que se desarrollara la tecnología inalámbrica de recopilación de datos Starrett DataSure®, Starrett realizó una prueba de inspección controlada al 100 % para medir el impacto de DataSure® en el rendimiento y la garantía de calidad. Starrett hizo tres mediciones por pieza y registró los datos de 500 piezas.

Método 1: medir, escribir resultados a mano, ingresar datos de forma remota --37 elementos de tiempo/movimiento:--28,9 segundos por parte--62 errores de entrada. Factores que afectan la precisión y el rendimiento:

--La ​​medición se detiene para que el operador pueda escribir los resultados

--Números manuscritos ilegibles, errores anotados pero no corregidos, datos taquigrafiados y mal leídos por el transcriptor

--El valor puede cambiar cuando se suelta el instrumento

--Errores de entrada de datos en la PC

Método 2: Mida e ingrese los resultados en la PC

--20 elementos de tiempo/movimiento: 15,3 segundos por parte

--4 errores de entrada de datos. Factores que afectan la precisión y el rendimiento

--Alternar la medición y la entrada de datos causó errores. El medidor no se asentó correctamente cuando se soltó para ingresar datos.

--Ingreso de datos perdidos, pulsaciones de teclas incorrectas, datos ingresados ​​en una celda incorrecta

Método 3: Mida e ingrese los resultados directamente con un DCS inalámbrico Starrett DataSure®

--17 elementos de tiempo/movimiento: 6,6 segundos por parte--0 errores de entrada--Rápido y directo -- 5 veces más rápido que el Método 1

Factores que afectan la precisión y el rendimiento: -- Técnica de medición

--Sin errores de interpretación o de memoria--Se mantiene la entrada de datos directa e inmediata que elimina los errores

Starrett presentó recientemente una nueva versión de DataSure® llamada DataSure® 4.0, la solución de adquisición de datos de medición inalámbrica más completa, escalable, segura y robusta de la industria para la Industria 4.0. Consulte el artículo del usuario en este número en las páginas 38-41.

Obtenga más información en: www.starrett.com/datasure4

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