Tecnologías avanzadas: HMC Skiving en el mecanizado de engranajes

La fabricación de engranajes es menos exclusiva de lo que solía ser. Este es, de acuerdo con un constructor de máquinas-herramienta que ofrece lo que se dice que son los primeros centros de mecanizado horizontal del mundo capaces realizar tallado de potencia, un exigente proceso de conformación de dientes en el que la pieza y la herramienta giran en contacto constante y sincronía casi perfecta en un ángulo de acoplamiento definido con precisión.

Combinado con el potencial bien documentado de una configuración horizontal para la reducción de la configuración, la capacidad de afeitado de engranajes, según los reportes, permite que los engranajes mecanizados se completen en una sola operación de montaje.

Los fabricantes que buscan competir incluyen no sólo fabricantes de engranajes de alta producción ya establecidos, sino también cualquier operación interesada en el mecanizado de engranajes de alta calidad sin largas líneas de equipo dedicado.

Originario de la misma organización que creó Toyota Motor Corp., JTEKT Toyoda Americas tiene profundas raíces en la fabricación de maquinaria orientada hacia componentes automotrices. En el caso de las HMC de la serie GS, esta herencia está ejemplificada por una unidad de control que, hasta este momento, se ha limitado a las máquinas dedicadas al rectificado del árbol de levas y del cigüeñal.

“Tomamos una tecnología probada y la casamos con otra tecnología probada”, dice William Terry, gerente de producto, sobre la combinación de una rígida plataforma HMC y la capacidad de sincronización del husillo de alta velocidad del CNC GC70.

Integración de innovaciones tecnológicas para mecanizado de alta precisión

En lugar de una lápida u otro tipo de fijación, la línea GS de centros de mecanizado horizontal cuenta con un cabezal de sujeción que induce 270 grados para lograr el ángulo de cruzamiento adecuado entre la herramienta de afeitado y la pieza de trabajo.

Este husillo de indexación también mejora el acceso a las piezas para otras herramientas en el cambiador automático de herramientas de 40 posiciones de la máquina, incluyendo fresas, brocas, herramientas de ranurado e incluso herramientas de un solo punto de torneado para obtener operaciones simétricamente redondeadas manipulando ambos husillos.

Mediante la consolidación de líneas de producción que a menudo consisten en 10 piezas o más de maquinaria dedicada, esta configuración de la máquina puede permitir a los fabricantes localizar las operaciones de las piezas críticas con alta precisión, ya sea en relación entre ellos o con cualquier otro dato crítico.

“Podemos remover al menos cinco máquinas de la mayoría de los procesos”, dice Terry. De hecho, una sola operación de sujeción puede llevar un engranaje a través del torneado, desbarbado interno y externo, fresado o taladrado alrededor de la periferia e incluso procesos de achaflanado y desbarbado que de otro modo podrían requerir equipo especializado. “Eso significa un error de acumulativo nulo”, continúa. “Todas las características, todas las dimensiones, todas las tolerancias se mantienen todas concéntricas entre sí”.

En cuanto a la precisión, las pruebas demuestran que las máquinas pueden confiable y repetidamente producir engranajes con los estándares de calidad Q11 de la Asociación Americana de Fabricantes de Equipos (AGMA). Sin embargo, eso no es un límite difícil, dice, explicando que los usuarios en el campo deben encontrar su propio equilibrio entre calidad y productividad.

“Si usted necesita especificaciones AGMA 14 o 15 en cada pieza y no quiere perder el tiempo en el proceso de desbaste, tal vez usted simplemente puede cortar la pieza y retirarla de la máquina para llevarla a una rectificadora. O, si tiene alguna vida de la herramienta y tiempo de ciclo para quemar, podría también finalizar los engranajes en la máquina”.

Cualesquiera que sean los requerimientos del usuario, el afeitado efectivo comienza con la rigidez. El contacto constante a través de amplias franjas de la herramienta con dientes múltiples y la pieza de trabajo crea “una tremenda fuerza”, dice Terry. Incluso si no fuera así, dos husillos de giro rápido coordinados dejarían poco espacio para la desviación del ángulo de cruce especificado y de la velocidad de avance de la herramienta de corte. Incluso una ligera vibración puede ser suficiente para desviar la geometría fuera de la especificación.

Para evitar la vibración, “se quisiera que todo lo que está sosteniendo la pieza esté fijado sobre piedra, o en este caso, hierro”, dice Terry, refiriéndose a la construcción de hierro fundido común a todos los HMC de la compañía. Al igual que los modelos FH-J en los que se basan, los centros de mecanizado horizontal de la línea GS cuentan con filas dobles de rodamientos cerámicos en la parte delantera y trasera del husillo y rodamientos de rodillos de gran tamaño en todos los ejes.

De hecho, aparte del eje de sujeción y la falta de una opción de sistema de palets, las diferencias más significativas entre las máquinas de la serie GS y sus primos de la serie FH-J son las escalas de cristal y los motores de mayor calidad para los ejes.

La capacidad para sincronizar dos husillos de giro rápido es en gran parte el beneficio del control CNC GC70, así como el controlador de lógica programable Toyopuc de la máquina.

“Lo principal es la velocidad de procesamiento (la capacidad de controlar múltiples ejes en un entorno sincrónico completo), dice sobre la combinación de estos sistemas. “Estamos esperando que el material sea removido; no estamos esperando que la electrónica alcance la física”.

Añade que la velocidad de procesamiento rápida es importante para asegurar no sólo la sincronización adecuada, sino también la sincronización a velocidades que hacen que el centro de mecanizado horizontal sea rentable.

Ventajas de las herramientas de carburo en la velocidad de producción de engranajes

Por su parte, la serie línea GS ofrece rotación de la pieza tan rápida como 3,000 rpm y rotación de la herramienta tan rápida como 6,000 rpm. Terry enfatiza que esto es lo suficientemente rápido para justificar el uso de herramientas de carburo en lugar de acero rápido. Esto proporciona la flexibilidad no sólo para consolidar las operaciones, sino para elegir el equilibrio entre la calidad del engranaje y la velocidad de producción.

Las herramientas de carburo más duraderas, explica, pueden pasar más tiempo en el corte a velocidades de alimentación más lentas para impartir acabados superficiales más suaves. Por el contrario, las herramientas de acero rápido pueden requerir alimentaciones más agresivas, que evitan quemar la herramienta, pero dejan un acabado relativamente más áspero.

El control CNC también cuenta con una interfaz de conversación específica (y única) para la función de afeitado. A través de una serie de consultas sobre ángulos y geometrías, este sistema le solicita al usuario que introduzca suficiente información para definir virtualmente cualquier engranaje, estriado, helicoidal o recto (engranajes biselados, engranajes hipoides y engranajes helicoidales requieren otras opciones de procesamiento).

Además de la flexibilidad de un centro de mecanizado horizontal, evitar la necesidad de comprar software dedicado puede potencialmente hacer más fácil, para prácticamente cualquier operación, tomar el control de su propia fabricación de engranajes. “La máquina está diseñada para grandes volúmenes, pero sigue siendo apropiada para un taller”, dice Terry.