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Sep 01, 2023

Centrándose en la sujeción de piezas

El camino hacia mejores configuraciones puede ser un juego de suma cero; no todos los sistemas se crean de la misma manera. ¿Perdió a su “instalador” o se dio cuenta de que las configuraciones le están costando demasiado? Tal vez tengas el

El camino hacia mejores configuraciones puede ser un juego de suma cero; No todos los sistemas se crean por igual.

¿Perdiste a tu “preparador” o te diste cuenta de que los preparativos te están costando demasiado? Tal vez tenga la persistente sensación de que no está contabilizando adecuadamente la configuración y, en cualquier caso, sabe que necesita reducir costos.

Según John Zaya, especialista en productos de Big Daishowa Inc. (anteriormente Big Kaiser) en Hoffman Estates, Illinois, estas son las motivaciones comunes para considerar un cambio de un tornillo de banco genérico a un sistema de sujeción de punto cero. La magia de este enfoque es que debido a que el soporte repite su posición de una pieza a otra, elimina la necesidad de sondear o marcar cada configuración. Pero, ¿cómo debería abordar esto, especialmente si su tienda, como la mayoría, tiene un volumen relativamente bajo y una gran variedad?

El sistema de sujeción de punto cero con base de tirador existe desde hace más de 30 años. Y aunque el tamaño y la forma de los montantes, así como las distancias entre ellos, se han estandarizado en toda la industria, no todos estos sistemas son iguales. Aunque la precisión y repetibilidad citadas de estos sistemas son curiosamente consistentes de un proveedor a otro, existen diferencias en la calidad de construcción, la fuerza de sujeción y el grado de automatización.

La mayoría de los sistemas de sujeción de punto cero, incluidos UNILOCK de Big Daishowa, Vero-S de Schunk GmbH y los sistemas de SMW Autoblok Corp. y Erowa Technology Inc., utilizan una varilla con resorte (o varias en algunos casos) para empujar contra el perno de tracción para bloquearlo y la presión neumática para liberarlo. Esto tiene la ventaja de permitir que la máquina asegure la base con solo tocar un botón, o incluso automáticamente; la desventaja es que la tecnología requiere líneas de aire comprimido en la zona de trabajo.

Una excepción notable a la sujeción automática de pernos es la base DynoLock de Mate Precision Technologies en Anoka, Minnesota, una entrada relativamente nueva en este campo. Para asegurar un tornillo de banco a una base DynoLock es necesario girar manualmente una llave hexagonal de 6 mm, idealmente con un torque de 20 Nm, explicó el vicepresidente Frank Baeumler. Cada base DynoLock captura cuatro pernos de tracción (inusual en sí mismo), y el mecanismo es único porque agarra cada perno con un yugo que hace contacto con la mitad de su circunferencia y lo tira hacia el centro.

Mate tiene más de 60 años de experiencia en la fabricación de herramientas de fabricación de precisión y el consiguiente mecanizado de “aceros para herramientas, aceros de alta aleación y productos exóticos”, señaló Baeumler. Pero, añadió, la empresa no tenía nociones preconcebidas sobre cómo construir herramientas de punto cero y no creía que el enfoque habitual tuviera mucho sentido.

Empujar contra el perno de tracción con una varilla o cuña limita la cantidad de área de contacto, afirmó Baeumler, a “una fracción de lo que logramos con un yugo alrededor. También pensamos que un sistema de este tipo debería ser autocentrado, pero somos la única empresa que tira del diámetro exterior de los pernos de tracción”, continuó. “Todo en nuestro enfoque conduce al centro. Así es como conseguimos una precisión y repetibilidad asombrosas”.

¿Qué tan preciso y repetible? La base DynoLock cuenta con una precisión superior en el centro de la herramienta de ±13 µm con una repetibilidad de 5 µm. E incluye un orificio central rectificado de precisión, lo que facilita que una sonda mecánica ubique la base.

Son cifras excelentes. Pero los sistemas competidores afirman obtener resultados iguales o similares. Schunk cita una repetibilidad de 5 µm para el Vero S; Erowa enumera 3 µm para su MTS2.0. Habría que considerar la confiabilidad a largo plazo de los diferentes enfoques (por ejemplo, qué tan bien se sellan contra virutas, qué tan bien se integran con otros accesorios y consideraciones de automatización) para estar seguro de cualquier decisión.

Es difícil hacer distinciones claras en cuanto a la fuerza de sujeción. Mate dijo que la fuerza requerida para separar la herramienta superior de la base es superior a 22 kN en su sistema 52 (siendo 52 mm la distancia entre los centros de los pernos de tracción) y 26 kN en la base 96. Schunk citó una fuerza de tracción de 8 kN para el Vero S con sujeción por resorte normal. Pero la empresa, al igual que otros proveedores de “aire para abrir”, también ofrece una función “turbo” que utiliza presión neumática para aumentar la fuerza de sujeción. En este caso se dice que el turbo entrega 28 kN.

También puedes usar más de una base para sujetar un dispositivo determinado. De hecho, dijo Zaya, “probablemente entre el 75 y el 80 por ciento de nuestras ventas... tienen dos o más mandriles” (el término que usa Big Daishowa para la base). Esto, por supuesto, requiere múltiples perillas en el dispositivo, y “las perillas sirven para diferentes propósitos. La primera perilla principal es lo que llamamos perilla SBA, o nuestra perilla redonda”, explicó Zaya. “Esto nos proporciona nuestra ubicación de referencia maestra que tiene repetibilidad en los ejes X e Y. Si utiliza dos mandriles, necesitará una perilla secundaria, que se llama SBB. Se trata de un pomo de diamante, lo que significa que el cono de posicionamiento cónico se ha aliviado y sólo hace contacto en dos puntos. Por lo tanto, controla la orientación del dispositivo con respecto a la línea central del mando A y lo alinea paralelo a los ejes X o Y, no a ambos”.

Más allá de dos pomos, Big Daishowa añade pomos “SBC” en los que “el cono de posicionamiento cónico ha sido completamente aliviado en todo su diámetro. Por lo tanto, solo proporciona fuerza de retención, no hay ubicación ni función de orientación”, señaló Zaya.

Para accesorios más grandes, simplemente puede agregar más perillas C, multiplicando así la fuerza de retención. Como era de esperar, el “espaciado entre mandril y mandril, o de perilla a perilla, debe ser bastante preciso”, dijo Zaya. Añadió que la tolerancia para la mayoría de las aplicaciones es de ±10 µm y “la mayoría de los talleres mecánicos modernos pueden mantener ese nivel de precisión. Si quieren una mayor precisión, recurren al rectificado de plantillas y a las rectificadoras fijas”.

Según Zaya, UNILOCK no depende únicamente de los hilos para su ubicación. "La perilla tiene un piloto de localización, que luego entra en un orificio de localización de precisión".

Por su parte, Mate muele con precisión un anillo alrededor del perno de tracción y un ID correspondiente en la parte inferior de la base. Júntelos, dijo Baeumler, y “obtendrá la precisión de la construcción de la base, comunicándose directamente con la precisión de la construcción del perno de tracción, que está sujeto al tornillo de banco. Lleva todo eso hacia el centro y obtiene una repetibilidad y precisión del producto asombrosas”.

Los usuarios a menudo pueden beneficiarse de la sujeción de punto cero agregando un perno/perilla compatible a los accesorios existentes. "Es muy raro que no podamos modificar el dispositivo actual de un cliente para que acepte perillas UNILOCK", atestiguó Zaya. La forma de hacerlo depende del encuentro, de su tolerancia al riesgo y de sus preferencias. De los tres métodos, contó Zaya, alrededor de dos tercios perforan un agujero a través del accesorio (de arriba a abajo) para que un perno superior pueda colocar la perilla en su posición. Esto le brinda la posibilidad de quitar el accesorio incluso si pierde presión de aire, dejando la perilla cautiva en el portabrocas/base.

El otro tercio elige uno de dos métodos para asegurar la perilla desde abajo, dijo Zaya, ya sea porque el accesorio no tiene suficiente espacio en la parte superior para el método preferido o porque quieren hacer todo desde un lado.

"Cuando se fija desde la parte inferior, no tiene que preocuparse por voltear la pieza o el accesorio para hacer un avellanado para un perno", explicó. "Es más una estrategia de conveniencia y/o ahorro de costos hacerlo desde abajo”.

La sujeción de piezas de punto cero contribuye a la automatización por la misma razón que ayuda a la configuración inicial. Ya sea que mueva una pieza a un dispositivo repetible con un humano o un robot, puede tener tanta confianza al mecanizarla como lo permitan las tolerancias de sujeción. Y, como hemos visto, estas tolerancias son estrictas.

Puede colocar perillas en prácticamente cualquier tipo de dispositivo. Por lo tanto, podría cargar automáticamente prensas, lápidas o paletas individuales que contengan múltiples accesorios. Con la habitual disposición automática de resorte para sujetar y aire para liberar, su máquina podría programarse para asegurar automáticamente cada accesorio cuando el robot lo coloca.

Pero, advirtió Zaya, no se puede confiar en el estado de la abrazadera a menos que se tenga un circuito de retroalimentación adicional. Por ejemplo, la máquina “sabría” que pidió aire comprimido para liberar el mandril para recibir la siguiente pieza, pero no sabría que esto realmente ocurrió a menos que un circuito separado confirmara el estado abierto. Si bien Big Daishowa puede agregar tales funciones, señaló Zaya, la mayoría de los clientes no se inclinan inmediatamente hacia este nivel de automatización.

La mayoría de los talleres comienzan con herramientas de punto cero que facilitan la configuración y las posicionan para una automatización ampliada más adelante. Otro camino intermedio que está ganando popularidad es utilizar herramientas de punto cero para construir paletas fuera de línea y luego cargarlas con un robot. En tal disposición, la sujeción manual de Mate también funcionaría. Baeumler hizo referencia a una demostración de IMTS en la que el tender robótico de piezas de Nikken (el 10DER) movía paletas desde una torre de paletas de cuatro lados a un centro de mecanizado. En un guiño a la interoperabilidad, las herramientas de punto cero en las paletas provinieron de diferentes proveedores, incluido Mate.

En un giro quizás irónico, Zaya también señaló que las máquinas de cinco ejes (que por lo demás son más versátiles) no son adecuadas para dispositivos automatizados de punto cero. Porque “en la mayoría de las máquinas de cinco ejes, se trata de múltiples ejes giratorios. Por lo tanto, en la mayoría de los casos es imposible tener líneas aéreas que lleguen al sistema”.

Big Daishowa ofrece sistemas manuales para este tipo de aplicaciones. Zaya añadió que las máquinas de cinco ejes también suelen presentar problemas de holgura. La mejor solución, sugirió, es "elevar la pieza de la mesa, lo que le dará mucho más espacio para respirar alrededor del cabezal y el husillo de la máquina, así como de la mesa".

Cerremos con el tornillo de banco que realmente sujeta la pieza de trabajo en la base. Idealmente, también sería autocentrante, altamente preciso y repetible: tres beneficios que Baeumler afirma que DynoGrip de Mate ofrece al nivel de "mejor en su clase". DynoGrip sujeta la pieza dentro de 15 µm del centro perfecto, repetible dentro de 10 µm. Baeumler dijo que eso se debe en parte a que Mate fabricó el tornillo de avance en casa, utilizando acero para herramientas que está "adecuadamente endurecido y recubierto con nitruro de carbono de titanio". El tornillo tiene un paso fino de 1,5 mm y una rosca trapezoidal, añadió, produciendo un empujón fuerte y constante.

Pero la característica más importante, según Baeumler, es mecanizar los lados derecho e izquierdo del tornillo de avance desde el mismo punto muerto superior. "De esa manera controlamos dónde comienza y se detiene, y sabemos dónde está la parte superior cronometrada del tornillo principal", explicó. “Hacemos lo mismo con el ID del empujador, para saber dónde está el punto muerto superior de ese hilo. Juntas, estas dos cosas hacen que sea fácil llegar con precisión al centro del tornillo de banco cuando se ensambla, porque controlamos cada elemento de variabilidad”.

Finalmente, Baeumler describió el tornillo de banco como si tuviera un diseño “anti-levantamiento”, lo que significa que el empujador y la mandíbula ejercen una fuerza hacia abajo sobre la pieza de trabajo mientras la sujetan. Esto contrasta con la física natural de un tornillo de banco, que tiende a levantar una pieza. Con los mejores proveedores de sujetadores de punto cero, el avance es hacia una calidad cada vez mejor.

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