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Mordazas para máquinas de 5 ejes

De un tiempo a esta parte empresas de diferentes sectores se han decidido a invertir en máquinas de cinco ejes de trabajo. De estas empresas, las del sector aeronáutico y aeroespacial son las más representativas. La complejidad de las piezas que deben mecanizar ha motivado ese auge en la utilización de centros de cinco ejes

fresmak

Las mordazas son un componente crucial de un sistema de precisión para sujeción de piezas. Para asegurar máxima exactitud en el lugar de trabajo, el uso de un tipo de amarre u otro debe recibir la misma atención que el rendimiento de las herramientas y la productividad de la maquinaria.

Los ingenieros de FRESMAK, que trabajan en sistemas de sujeción de piezas de fabricación especializada, nos han ofrecido una oportunidad única para estudiar con ellos este tema.

Por eso hemos visitado la empresa FRESMAK, fabricante de mordazas Arnold, y hemos analizado qué tipo de amarre se debe utilizar en este tipo de máquinas.

Hemos puesto sobre la mesa cuatro aspectos que pensamos que son los que diferencian el mecanizado en máquinas de cinco ejes del resto de los mecanizados:

  • El escaso material de demasía con que se parte para mecanizar la pieza. Normalmente esto es debido a que el mecanizador recibe el material de su cliente con muy poco exceso, debido al precio del mismo. Eso obliga a hacer el amarre con muy pocos milímetros.

  • La mayoría de las veces, la complejidad de la pieza obliga a buscar la manera de realizar el mecanizado en una sola operación, sobre todo porque es prácticamente imposible volver a alinear la pieza una vez hecho el primer mecanizado. Este problema, se añade al anterior (reducidas dimensiones geométricas de la materia prima), y obligan a emplear estrategias de mecanizado que básicamente consisten en amarrar la pieza con el menor espacio posible, de tal manera que la pieza salga terminada en una sola operación de mecanizado. A continuación se elimina el material restante, ya sea manualmente o con otra máquina más sencilla.

  • Las "máquinas de cinco ejes" se pueden dividir según su cinemática en dos grandes grupos: aquellas en las que la mesa hace la mayoría de los movimientos y aquellas en las que los hace el cabezal. Normalmente las primeras (de mesa llamada tilting) son de mesa pequeña 400x400 y las segundas son de mesas mayores .En ambos casos es necesario que la pieza a mecanizar deba separarse más de lo normal de la mesa de la máquina para evitar colisiones con el cabezal. Trabajar así representa permitir que las herramientas puedan acceder a todos los rincones de la geometría sin tener que usar alargadores, ni herramientas excesivamente largas que generan vibraciones y acabados deficientes.

  • Por último destacaremos la dificultad en la programación del CNC de la máquina, lo que hace que la mayoría de los programas de mecanizado de estas máquinas lleguen al CNC vía CAD-CAM. Esto obliga a que el programador tenga lo más claro posible la posición y la alineación de la pieza en la mesa de la máquina.
  • Todo esto hace que la solución de amarrar piezas como éstas en las máquinas de cinco ejes, con mordazas tradicionales se vea, por los expertos de FRESMAK, cuando menos complicado.

    Sin embargo, hoy es el día en que se puede contar con mordazas que permiten trabajar con total confianza en máquinas de cinco ejes. FRESMAK y otros fabricantes ofrecen diversas soluciones que vamos a analizar.

    Mordazas según el tipo de máquina

    • Mordaza para máquinas de mesa media-grande.En este tipo de máquinas es el cabezal el que realiza las posiciones de giro y la mesa sólamente realiza los movimientos en dos ejes. El tamaño de la mesa suele ser mayor de 400x400 m/m. La mordaza que aparece en la fotografía, que nos presenta FRESMAK, cubre las condiciones que hemos exigido anteriormente.
    • Esas máquinas, por su condición, tienen una potencia y un par elevados acorde con el tamaño de la mesa.

      Para trabajar aprovechando esta potencia, se debe recurrir a las mordazas de alta presión. Además, dado que el material de las piezas puede variar desde aluminio a titanio, es conveniente, en este caso, adquirirla con regulador de potencia.

      Las mordazas de este tipo ofrecen dos ventajas claras:

      • Primero, la repetibilidad que da la alta presión. Esta repetibilidad en la fuerza de amarre hace que las piezas salgan iguales del mecanizado.
      • Segundo, la posibilidad que ofrece el "regulador de presión" de evitar deformaciones en las piezas y de amarrar cada tipo de pieza y de material con la fuerza necesaria para su correcto mecanizado.

      En este tipo de máquinas es necesario elevar la pieza y alejarla del cuerpo de la mordaza para evitar colisiones con el cabezal y para que el cabezal pueda acceder a todas las caras libres de la pieza.

      Para solucionar este problema, estas mordazas tienen la singularidad de las bocas de amarre. Se trata de un par de bocas elevadas respecto del cuerpo de la mordaza.

      La altura del amarre, casi aéreo, provoca deformaciones debidas a la flexión del material. Cuando se trata de una pieza unitaria -nos comentan en FRESMAK- el operario puede conocer antes de mecanizar la situación de la pieza respecto a las coordenadas de la máquina pero, cuando se trata de hacer una serie de piezas, el planteamiento cambia. Esta deformación físicamente inevitable es reducida en la mordaza de alta presión, ya que son capaces de repetir sin ninguna dificultad la fuerza de amarre y posibilitar al mecanizador la situación exacta en la que quedarán todas las piezas de la serie una vez mecanizada la primera de ellas.

      Cuando se trata de sujetar piezas por escasos 4/5 mm es necesario buscar bocas adaptadas al tipo de pieza.

      Las bocas estándar pueden ser sustituidas por otras de forma o de amarre diferente. Es muy usual utilizar bocas estriadas o dentadas para mejorar el amarre. FRESMAK tiene experiencia sobre ello y ofrece a sus clientes soluciones específicas para cada caso.

      Este tipo de mordazas de alta presión tiene la ventaja añadida de no necesitar de mangueras, por otro lado impensables en este tipo de máquinas. La alta presión se consigue por medio de la manilla fácilmente.

      Por último el diseño compacto de estas mordazas permiten amarrar piezas de hasta 244 mm. de longitud.

    • Mordaza para máquinas de mesa pequeña. En este tipo de máquinas es la mesa la que hace todos los movimientos y el cabezal es el eje vertical.
    • En este caso las mordazas comentadas anteriormente quedan excesivamente grandes.

      Por ello diversos fabricantes europeos presentan otras soluciones. En FRESMAK nos comentan que han presentado al mercado en la pasada BIEMH de Bilbao una mordaza llamada SC para este tipo de máquinas.

      Se trata de una mordaza autocentrante de funcionamiento mecánico sin alta presión.

      La programación de este tipo de máquinas es complicada y es de gran ayuda que la programación se referencie al centro de la mesa como origen de los ejes. Es aquí donde la mordaza autocentrante tiene todo su valor. No se trata sólo de amarrar piezas cilíndricas, sino de llevar siempre la pieza al centro de la mesa. Esta forma centrada de trabajar en este tipo de mesa "tilting" es también de gran ayuda para evitar las colisiones de la pieza con el cabezal.

      Este tipo de mordazas autocentrantes de tamaño reducido (250x90 o 350x125 mm) son impensables en alta presión, es por ello que FRESMAK, uno de los fabricantes más reconocidos de mordazas de alta presión, presente esta mordaza sin ella.

      La fuerza de amarre se transmite por medio de un husillo de rosca izquierda y derecha. Las bocas presentan una gran variedad de posiciones de amarre pero, sobre todo, alejan la pieza de la base de la mordaza y con ello de la mesa de la máquina. Con ello se soluciona que el cabezal pueda atacar todas las caras libres de la pieza sin colisiones.

      Las posibles deformaciones que se pueden producir al alejar la pieza de la base de la mordaza son contrarrestadas en esta mordaza colocando el husillo de amarre lo más alto posible y lo más cerca de la zona de contacto boca con la pieza. Así, como se aprecia en la fotografía, el husillo está colocado por encima de las guías, con lo cual se evitan las deformaciones.

      Estas mordazas admiten bocas especiales de sustitución de las bocas estándar y también es posible colocar fácilmente soluciones particulares adaptadas a cada altura de amarre y a cada geometría de pieza.

      Como hemos podido comprobar “in situ” en FRESMAK, estas mordazas son una muy buena solución para el mecanizado en este tipo de máquinas de cinco ejes.

    FRESMAK
    tel. 943 834250
    www.fresmak.com