BIG DAISHOWA BIG-PLUS DUAL CONTACT

LA DIFERENCIA DE USAR BIG PLUS

Los husillos y los portaherramientas están en una batalla constante con las fuerzas inherentes al corte, y esta batalla se vuelve cada vez más difícil con cortes más agresivos y proyecciones más largas. La vibración y la deflexión siempre han sido el punto de quiebre de los operadores de máquinas herramienta, tanto es así que con sólo ver un portaherramienta largo y delgado inmediatamente se les pone la pone la piel de gallina.

Si comprende por qué un portaherramientas largo se comporta como lo hace, sabrá que hay formas de luchar contra esta flexión. Todo operador sabe que los portaherramientas cortos y robustos son más resistentes a la deflexión que los portaherramientas largos y delgados. Probablemente también haya escuchado que, si es posible, querrá que la mayoría de sus fuerzas de corte sean axiales en lugar de radiales. Esta lucha contra las vibraciones no es en operaciones de boreado únicamente, sino que el husillo de su máquina está mejor equipado para soportar cargas axiales que radiales. Sin embargo, estas opciones no siempre estarán sobre la mesa, especialmente en situaciones inevitables de largo alcance y muchas operaciones de fresado.

En esta batalla constante contra la deflexión de la herramienta, se ha dedicado mucho tiempo y esfuerzo a diseñar portaherramientas: más cortos, más rígidos y con una geometría y materiales anti-vibraciones. Pero a menudo, el (los) diámetro(s) del cuerpo del portaherramientas pueden pasarse por alto como un medio de aumentar la rigidez, especialmente en situaciones donde es todo con lo que se tiene que trabajar. Es una pena, como pronto descubrirá.

EL CONCEPTO DE TECNOLOGÍA DE DOBLE CONTACTO

El concepto de tecnología de doble contacto ha existido durante años, en muchas formas diferentes (interfaces), pero siempre con el mismo objetivo de capitalizar este potencial de rigidez sin ser explotado. Para aquellos que no saben, el doble contacto se refiere al contacto de la brida del portaherramienta y la cara del husillo simultáneamente. A menudo, la solución implicaba alteraciones del husillo o del portaherramientas, por ejemplo: como el uso de espaciadores rectificados o lainas de calibración para eliminar la brecha entre el husillo y el portaherramienta. En otras palabras, no había una solución estándar, y si deseara un doble contacto, tendría que estar preparado para gastar tiempo y dinero comprando portaherramientas modificados o modificándolos usted mismo para adaptarlos al husillo de cada máquina que usted tenga.

BIG-PLUS surgió como una solución a este problema. Esencialmente, tanto el husillo como el portaherramientas se rectificaron según especificaciones de alta precisión para eliminar el espacio entre la cara del husillo y la brida al unísono (al tiempo que dependía de una deformación elástica muy pequeña en el husillo). Lo que esto significa es que los operadores podían cambiar con seguridad las herramientas BIG-PLUS dentro y fuera de un husillo BIG-PLUS y lograr un doble contacto garantizado sin importar la marca, año de fabricación y/o modelo de la máquina en cuestión. No solo eso, sino que los portaherramientas estándar aún pueden usarse en un husillo BIG-PLUS si fuera necesario, y viceversa.

 Aunque técnicamente no es un estándar internacional, muchos fabricantes de máquinas herramienta lo han adoptado debido a las claras mejoras de rendimiento y simplicidad. De hecho, los husillos BIG-PLUS vienen de serie en más máquinas de lo que parece. A menudo nos encontramos con operadores que tienen máquinas con husillos BIG-PLUS y ni siquiera saben al respecto.

¿Cómo exactamente ayuda el doble contacto con la rigidez de la herramienta? El par (o momento) ejercido por las fuerzas de corte se maximiza en el punto donde se acoplan el portaherramientas y el husillo. Con los portaherramientas CAT40 estándar, este sería el diámetro de la línea de referencia. Cuando el portaherramientas entra en contacto con la cara del husillo a través de BIG-PLUS, el diámetro efectivo sería el diámetro más grande de la brida, ya que este es el nuevo punto de anclaje del portaherramientas y el husillo. Entonces, estás reforzando el diámetro en el punto donde la fuerza reaccionaria es mayor.

No es un gran descubrimiento que un diámetro efectivo más grande le dará más rigidez. Dicho esto, todavía puede preguntarse: ¿un pequeño aumento de diámetro realmente hace la diferencia? Para comprender el efecto de BIG-PLUS, debe comprender la física detrás de él.

Imagine un escenario simple en el que un portaherramientas está representado por una barra cilíndrica que se fija en un extremo y flota libremente en el otro. En otras palabras, una viga en voladizo. Si lo piensa, esto es esencialmente en lo que se convierte un portaherramientas una vez que está montado y sujeto en el husillo. Ahora, introduzcamos una fuerza radial F que actúa hacia abajo en el extremo suspendido de la barra, lo que representa una fuerza de corte que se encontraría por ejemplo al fresar o borear. La barra, como es de esperar, querrá doblarse hacia abajo. Es similar a cómo se dobla un trampolín cuando alguien se para al final, aunque menos exagerado.

Es posible predecir la cantidad de deflexión (o inversamente, la rigidez a la flexión) al final de esta barra hipotética, si conoce su longitud, diámetro y material. La siguiente expresión representa la rigidez k al final de la barra donde d = diámetro, L = longitud y E = módulo de elasticidad (esto depende del material de la barra). Cuanto mayor sea el valor de k, más rígida (o más rígida) será nuestra barra. No se pedirá que realice ningún cálculo aquí, solo queremos que mire la ecuación. Podemos ver que al aumentar d aumentará el valor de k, mientras que aumentar L disminuirá el valor de k, ya que está en el denominador de la ecuación. Esto ciertamente tiene sentido si lo piensa: una barra corta y de mayor diámetro (d grande, L pequeña) será más rígida que una barra larga y delgada (d pequeña, L grande).

Algo interesante a tener en cuenta es que d se eleva a la 4ª potencia, mientras que L solo se eleva a la 3ª potencia. El diámetro afecta la rigidez en un orden de magnitud completo más que la longitud. De aquí proviene el poder de BIG-PLUS y es por eso que un pequeño aumento en el diámetro puede tener un efecto tan poderoso en el rendimiento.

Para un portaherramientas CAT40, el diámetro de la línea de referencia es de Ø44.45 mm y el diámetro de la brida es de Ø63.5mm. Imaginemos dos barras de idéntica longitud y material, de modo que L y E permanecen sin cambios. Una barra tiene un diámetro de Ø44.45 mm (estándar CAT40) y la otra tiene Ø63.5 mm (BIG-PLUS CAT40). Si tuviera que conectar estos valores en la ecuación anterior para la comparación, encontraría que el soporte BIG-PLUS da como resultado un valor k que es aproximadamente 4 veces mayor que la barra estándar. Según esta comparación, se podría decir que un soporte BIG-PLUS es 4 veces más rígido que un soporte CAT40 estándar idéntico, porque es 4 veces más resistente a la deflexión. Piense en la vida útil de la herramienta y las mejoras en el acabado superficial que vería con una herramienta que es 4 veces más rígida, sin mencionar la reducción del desgaste por fricción y el potencial para reducir el tiempo de ciclo. Obtendría resultados similares si hiciera la misma comparación para CAT50, BT40, BT30, etc.

Si todavía no está convencido, también podemos comparar la rigidez de esta manera: Supongamos que hay una barra BIG-PLUS CAT40 de Ø63.5mm de longitud arbitraria. Una de nuestras proyecciones más comunes es de 105mm, o un poco más de 4 pulgadas, así que vamos a usarla como ejemplo

Probablemente se esté preguntando, ¿con que proyección de porta CAT40 estándar comparable tendría la misma rigidez? Si tomamos nuestra expresión de rigidez y la establecemos igual a sí misma (un lado representa BIG-PLUS, el otro no BIG-PLUS), podemos conectar esta longitud del portaherramientas BIG-PLUS y nuestros diámetros conocidos para encontrar nuestra longitud no-BIG PLUS desconocida:

¿Qué significa esto? Un portaherramientas BIG-PLUS de alrededor de 4 pulgadas o 105mm de longitud tendrá la misma rigidez que un portaherramientas CAT40 estándar de alrededor de 2.5 pulgadas o 65 mm de longitud. Cualquier operador experimentado sabrá bastante bien la diferencia de rigidez entre un portaherramientas de 4 pulgadas de largo y un portaherramientas de 2.5 pulgadas de largo. Si esto es cierto, podemos decir que implementar BIG-PLUS es equivalente a una reducción del 40% en la longitud del portaherramientas en términos de rigidez. ¡Teóricamente, un portaherramientas BIG-PLUS se comportará como un portaherramientas estándar que tiene casi la mitad de su longitud!

Obviamente, hemos utilizado casos simples e idealizados aquí para representar el mundo complicado y dinámico del corte de metales. Los portaherramientas, por supuesto, no tienen diámetros o materiales de cuerpo uniformes y las fuerzas de corte generalmente no actúan en una dirección de manera constante y predecible. Si nuestro portaherramientas tiene diferentes diámetros a lo largo de su longitud, que es lo que sucede de manera realista, cada una de estas secciones sería su propio microcosmos de “barras” que influiría en el comportamiento general (en ese punto, análisis de elementos finitos en una computadora se convierte en la única forma práctica de predecir el comportamiento).

Entonces, ¿la ventaja de BIG-PLUS será realmente tan dramática como sugiere nuestra teoría clásica de barras calculada a mano? Probablemente no pero me da una referencia, ya que depende del portaherramientas / herramienta. En la mayoría de los casos de manera práctica seguirán nuestro modelo simple muy de cerca. Por lo menos, hemos demostrado cuán dramáticamente el contacto de brida de BIG-PLUS puede influir en la rigidez, al menos en un sentido puramente matemático.

Como si necesitara más razones para implementar BIG-PLUS en sus procesos de corte, además de una mayor rigidez, también eliminará el movimiento del eje Z a altas velocidades, mejorará la repetibilidad del ATC y disminuirá el desgaste por fricción. Esto significa que podrá realizar cortes más agresivos, desechará menos piezas y aumentará la vida útil de la herramienta y extenderá la vida el husillo de su máquina.

BIG-PLUS no es de ninguna manera una idea nueva, pero con un historial comprobado de abordar trabajos difíciles, es difícil imaginar trabajar en una planta de producción moderna que cuente con máquinas BIG PLUS y no aprovechar lo que tiene el sistema para ofrecer.

2019-11-21T20:29:26+00:00
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