Accionamiento de carro longitudinal en tornos automáticos multihusillo
Cilindros hidráulicos en máquinas herramienta
Para una producción en serie eficiente y precisa en la que se tornean cuerpos complejos de metal, los tornos automáticos multihusillo son un requisito fundamental. Estos han sido un foco de productos de la empresa de ingeniería mecánica Alfred H. Schütte en Colonia desde 1915, cuando lanzó el primer torno automático de 4 husillos. En estas máquinas, varias herramientas de corte mecanizan simultáneamente la pieza de trabajo, lo que reduce el tiempo de ciclo a una fracción en comparación con el torno simple con herramientas que cambian sucesivamente.
Una y otra vez, Schütte ha redefinido los límites de lo posible con estos tornos automáticos: tanto en los tiempos de ciclo como en la precisión. Para lograrlo, se utilizan cilindros hidráulicos de Hänchen con una resolución de 0,1 μm en los carros longitudinales.
- Intervalos de mantenimiento extremadamente largos
- Diseño compacto
- Fuerza y velocidad simultáneamente, disponibles a plena potencia
Requisitos para los cilindros hidráulicos
- Construcción compacta
- Sistema de medición de la carrera para una resolución de 0,1 μm
- Muy baja fricción
- Espacio de instalación limitado
- Precisión, más precisa que 1 μm
- Alta resistencia, ya que un cambio de junta es muy costoso
Hoy en día se utilizan hasta 8 husillos en un autómata. Están dispuestos circularmente alrededor del eje de rotación central. Dado que el espacio de instalación es muy limitado, los accionamientos de avance de los husillos están estrechamente entrelazados. Esto se traduce en elevados requisitos para una construcción compacta del accionamiento del husillo. Una precisión superior a 1 μm plantea requisitos especiales a los accionamientos de avance de las máquinas, que deben combinar precisión, velocidad, fuerza y compacidad. Desde hace mucho tiempo, este es un campo de aplicación típico para los cilindros hidráulicos. Los accionamientos lineales precisos para los carros longitudinales de estas máquinas son suministrados por Herbert Hänchen GmbH & Co. KG en Ostfildern. Hay hasta 15 cilindros por máquina.
“Durante un largo periodo de tiempo, tuvimos graves problemas de calidad con otro fabricante”, informa el Dr.-Ing. Albert Herrscher, miembro de la dirección de Schütte. “Por eso cambiamos a Hänchen. Hänchen, por encargo nuestro, diseñó un cilindro de doble vástago con regla graduada de vidrio integrada para un sistema de accionamiento longitudinal con una resolución de 0,1 μm. Desde que utilizamos estos cilindros, la calidad ya no es un tema de discusión.” En esta empresa de Colonia, el cilindro hidráulico es el componente clave de un sistema de precisión. Otros componentes importantes son la válvula y el circuito de regulación de posición superior, al que, según el tipo de máquina, se dirige un PC industrial con sensores descentralizados conectados con ProfiBUS V2 o un control CNC. De este modo, a partir de 1992, se sustituyó la tecnología de los accionamientos de levas mecánicos clásicos y las denominadas soluciones híbridas con unidades electromecánicas. Para carreras especialmente largas, Schütte utiliza hasta ahora accionamientos eléctricos. Esto se debe a que, con el estado actual de la técnica, las válvulas son el componente que establece los límites físicos de la tecnología mediante un caudal máximo de 25 l/min con una presión del sistema de 100 bar. Los cilindros hidráulicos de Hänchen podrían manejar aquí sin problemas otras dimensiones. En algunos tipos de máquinas, los carros transversales también contienen una solución de cartucho integrada en el carro con un cilindro diferencial. En este caso, una compensación electrónica permite la precisión necesaria, mientras que los cilindros de doble vástago, gracias a su construcción simétrica, pueden controlarse directamente con especial exactitud. Debido a la integración directa en los carros, la estabilidad es especialmente importante en estos cilindros, ya que un cambio de juntas o una sustitución serían muy costosos. El Dr.-Ing. Herrscher añade: “¡Con los cilindros de Hänchen, eso ya no es un problema! Se pueden instalar y olvidar.”
Además de la precisión de posicionamiento, la estabilidad y la densidad de fuerza, la hidráulica ofrece otras ventajas: así, las líneas se encuentran en el hormigón polimérico, que se utiliza por razones de precisión para la base de la máquina, una forma de integración que no es tan fácil de realizar con líneas eléctricas. Esto proporciona al cliente una unidad compacta con sólo unas pocas conexiones. Los sistemas de accionamiento lineales hidráulicos descritos aportan hasta 4.500 N de fuerza de avance para mover la pieza de trabajo a hasta 7.000 min-1 con un par máximo de 50 Nm. Debido a los requisitos extremos de precisión, y porque no se producen fuerzas transversales, en los cilindros Hänchen suministrados a Schütte se utiliza el cierre por estrangulación en cono flotante patentado. Esta “Servofloat® Qualität” funciona casi sin fricción. Con movimientos extremadamente lentos y muy rápidos, permite la reducción de la presión sin contacto hacia el exterior y una baja fuga. Por lo tanto, estos cilindros ofrecen la máxima precisión de posicionamiento y repetición y están libres de stick-slip.
Las combinaciones de juntas funcionan según el siguiente principio: al arrancar el sistema, se crea una corriente de aceite hidrodinámica a través de las cámaras del cilindro en el cierre por estrangulación en cono, de modo que esta se centra radialmente alrededor del vástago de forma metálica, sin contacto y “flotante”. Cuando se aplica presión, un casquillo de acero se deforma y forma una rendija reducida, que actúa como un espacio de junta sin contacto de unas pocas 1/100 mm. Sin embargo, este procedimiento solo funciona con una precisión de producción en el rango de unos pocos μm, ya que, de lo contrario, la fuga provocaría elevadas pérdidas hidráulicas. El aceite de fuga que sale se devuelve sin presión al circuito de fluido a través de una conexión colectora. La ausencia de una junta de contacto a presión minimiza la fricción estática y de deslizamiento en el cilindro. El cierre por estrangulación en cono solo tiene una función de reducción de presión con una fuga mínima. Por lo tanto, el vástago se guía mediante bandas de guía optimizadas para la fricción. No obstante, un cilindro con cierre por estrangulación en cono flotante también puede absorber fuerzas transversales relativamente elevadas. Un argumento decisivo a favor de los cilindros con cierre por estrangulación en cono flotante es el precio, ya que esta calidad solo se diferencia de los cilindros con guía de vástago hidrostática en las menores cargas laterales admisibles, pero ofrece una ventaja de precio de aproximadamente el 30 %.
Imagen 1: Solución de cartucho con un cilindro diferencial
Imagen 2: Torno automático multihusillo
Schütte es la única empresa que utiliza la hidráulica como tecnología básica en los tornos automáticos multihusillo. Solo uno de los 4 competidores mundiales suministra también un único tipo de máquina con accionamiento hidráulico. “Gracias a este liderazgo tecnológico, podemos abrir nuevas dimensiones de rendimiento para nuestros clientes”, subraya el Dr.-Ing. Herrscher. Porque, por muy importante que sea el precio, la calidad y la precisión son los criterios más importantes para Schütte. Solo en Colonia, la empresa emplea a 540 personas, entre ellas unos 60 aprendices, y genera una facturación de unos 80 millones de euros anuales. Además de los tornos automáticos multihusillo, el fabricante de máquinas se ha especializado en máquinas rectificadoras de herramientas y universales, que distribuye en todo el mundo a través de filiales en Francia, Japón, España, EE. UU. y China, con una cuota de exportación del 50 %. Los mercados extranjeros especialmente importantes son Japón e Italia. En este sentido, hay dos sectores en el punto de mira en todo el mundo: La producción de grifería de latón, así como la industria del automóvil y de los proveedores de automóviles. El miembro de la dirección resume: “Existen ambos mundos y utilizamos ambas tecnologías, que son comparables en cuanto a precio. Con los actuadores eléctricos es posible una precisión similar a la de la hidráulica. Pero esto implica concesiones en el triángulo de compacidad, fuerza y aceleración, que no son necesarias al utilizar sistemas hidráulicos. Por lo tanto, utilizaríamos la hidráulica en otras máquinas si no existiera la limitación de caudal en las válvulas. Porque hemos adquirido a largo plazo los conocimientos hidráulicos necesarios y dominamos la integración del sistema. De este modo, nos hemos ganado a largo plazo la confianza de nuestros clientes. Los cilindros hidráulicos de Hänchen han contribuido de forma importante a ello.”
Lea más sobre los servocilindros Hänchen en nuestra página temática: Servocilindros: cilindros hidráulicos con válvulas y sensores.
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