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Mecanizados industriales Cómo balancear bien una herramienta
Cómo balancear bien una herramienta

La norma ISO 16084, para el balanceo de herramientas rotativas y sistemas de herramientas, está en proceso de implementación, y resolverá problemas de costo y calidad que hoy se enfrentan en los talleres metalmecánicos.

A medida que los mecanizados se vuelven más rápidos, las herramientas se hacen más pequeñas y las tolerancias se vuelven más estrictas, ya no hay más espacio para la actitud de “lo suficientemente bueno”.

Tradicionalmente, el balanceo de portaherramientas siempre se ha medido en función la arcaica Norma de Balanceo ISO1940-1 (estamos hablando de una norma que fue creada en el año 1940).

Esta habla acerca de la “Vibración mecánica. Requisitos de calidad de balanceo para rotores en un estado constante (rígido)”. No hay nada de malo en este viejo estándar. De hecho, ha logrado un trabajo sobresaliente hasta este punto. Pero el problema moderno es doble.

En primer lugar, el estándar es tan generalizado que no tiene en cuenta muchas variables importantes exclusivas de los sistemas de husillo/portaherramientas, como la repetitividad ATC, las fuerzas de corte dinámicas y los componentes modulares.

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En segundo lugar, los portaherramientas se han vuelto tan pequeños y giran tan rápido que, en algunos casos, lograr un grado de calidad de balanceo G2.5 es casi imposible desde un punto de vista práctico y, a menudo, ni siquiera es necesario. Las máquinas balanceadoras de hoy en día son realistamente lo suficientemente sensibles como para captar un mínimo de alrededor de 0.5 g-mm.

A la luz de este problema, se ha desarrollado una nueva Norma, la ISO16084. Este estándar considera prácticamente todas las variables posibles que influyen en el balanceo de un sistema de portaherramientas/husillo y fue compilado por un equipo conjunto de expertos de la Industria y Académicos.

Al igual que ISO 1940-1, el operador solo tendrá que definir algunas variables para describir físicamente el portaherramientas y los requisitos de velocidad/balanceo mientras la máquina hace el trabajo de cálculo y arroja los resultados en los términos familiares de gramo milímetro (g-mm).

Pero a diferencia de ISO 1940-1, este estándar sigue siendo viable para cualquier tamaño de portaherramientas o velocidad y solo le pide que defina si requiere o no un grado de calidad de balanceo estándar o fino (en lugar de G6.3, G2.5, etcétera).

El nuevo estándar es más indulgente para situaciones de portaherramientas pequeños/alta velocidad, hasta el punto en que se pueda tener un desbalanceo residual permisible.

La Norma ISO 16084 específica que la carga de los baleros del husillo de la máquina causada por el desbalanceo residual no excede el 1% de la capacidad de carga dinámica de los baleros

Esta indulgencia es aún más evidente a medida que disminuye la velocidad y aumenta el tamaño. La realidad es que la industria ha estado fabricando todos los portaherramientas basados en un estándar estricto que ni siquiera fue diseñado con los portaherramientas en mente.

Dado que la Norma ISO 1940-1 suele ser el estándar más estricto, es posible que se pregunte: ¿qué hay de malo en el antiguo estándar si ha funcionado hasta ahora, o qué hay de malo en que los portaherramientas sean más balanceados de lo que se requiere?

Además del hecho de que las matemáticas detrás de ISO 1940-1 se rompen y se vuelve imposible de lograr en tamaños más pequeños y velocidades más altas, esto también significa que durante años el usuario ha gastado una gran cantidad de dinero y horas engañándose para balancear innecesariamente los portaherramientas, en la mayoría de los casos.

La transición a la norma ISO 16084 llevará tiempo para ser implementada debido al monto de inversión que implica a los fabricantes de portaherramientas.

Fabricantes como BIG KAISER, de Grupo BIG DAISHOWA, llevaron a cabo el desarrollo de una marca PREMIUM para cumplir con la nueva norma. Sus portaherramientas están diseñados para maquinas de alta velocidad. Si un dispositivo no es rotatoriamente simétrico, ocurre un desbalanceo. Como resultado, cuando la velocidad rotacional se incrementa, se presentan las fuerzas centrífugas asimétricas en la herramienta y en el dispositivo de sujeción, lo que provoca vibraciones y fallas en los rodamientos de los husillos de manera prematura. Esto se puede corregir al balancear en varios métodos como taladrado, fresado, rectificado en plano; moviendo el centro de masa tan cerca del centro del eje de rotación.

La calidad de balanceo G2.5 es ampliamente empleada en la industria y está descrita en la norma ISO 1940-1, publicada en 2003. Sin embargo, la clase de calidad es a menudo sobreespecificada y en muchos casos no es ni técnica ni económicamente viable, en especial cuando se aplica a herramientas pequeñas o ligeras. Sin embargo, no puede ser aplicado en un sistema completo de husillos, portaherramientas y herramientas de manera adecuada y con restricciones técnicas.

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Por ejemplo, para que una herramienta pueda cumplir requiere ser balanceada a menos de 1gmm/kg a una velocidad de 25,000 rpm, lo que corresponde a una excentricidad de masa de menos de 1um. Este nivel de tolerancia es menor que incluso la precisión de intercambio de HSK, esencialmente negando los costos y tiempo que requiere balancear una herramienta para cumplir con dicha tolerancia.

Por esta razón, todos los equipos de sujeción de BIG DAISHOWA se balancean acorde a la ISO 16084, que se publicó en 2017; sobre todo para desarrollar los sistemas de rotación de herramientas. Esta norma se enfoca en la interacción entre el husillo y la herramienta, especialmente en la capacidad de carga que se presenta por el desbalanceo de las herramientas en los rodamientos de los husillos. Esta carga no debe ser superior a 1% de la capacidad de carga dinámica de los rodamientos de los husillos. De acuerdo con la ISO 16084, la tolerancia de desbalanceo permitida está especificada en gmm, y no se expresa utilizando una calidad de grado G.

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