Unidad de husillo de torneado: propiedades de rendimiento

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

El husillo de las máquinas herramienta se suele presentar como uno de los elementos del mecanismo de accionamiento encargado de fijar y dar forma a la pieza. Al mismo tiempo, su interfaz con la central eléctrica, la parte de apoyo y el equipo de trabajo de la unidad es tan estrecha que podemos hablar de toda la infraestructura de esta parte. De una forma u otra, el conjunto del husillo (SHU) debe considerarse como un mecanismo básico responsable de la máquina, que cumple la función de transmitir el par y dirigir la fuerza de procesamiento.

Resumen del producto

Este mecanismo también se denomina husillo de motor y forma una de las unidades de ensamblaje clave de las máquinas modernas para trabajar la madera y el metal. El rendimiento y, en mayor medida, la precisión del impacto mecánico sobre la pieza de trabajo dependen de sus características. Como ya se señaló, estamos hablando de todo un complejo de elementos,formando la base de las unidades de husillo. Los soportes, el sistema de lubricación, los sellos, la transmisión de par y los cojinetes forman la base de este mecanismo. En su mayoría, estos son componentes que realizan funciones auxiliares y de apoyo para garantizar el funcionamiento de la boquilla en forma de herramienta de corte.

En general, se acepta que el potencial de potencia de las máquinas herramienta depende principalmente del motor. Esto es cierto, pero sólo en parte. Por ejemplo, las unidades de husillo de las máquinas para corte de metales tienen su propio rango de frecuencia de rotación, lo que genera condiciones restrictivas para las velocidades de corte. Pero es importante entender que este rango es más una función de ajustar la tasa de procesamiento óptima con el apoyo de una precisión suficientemente alta.

Otra de las funciones clave del husillo es la sujeción directa de la herramienta de mecanizado y, en algunos casos, de la propia pieza. Para este tipo de sujeción, se utilizan abrazaderas y abrazaderas especiales, como un portaherramientas y cartuchos. Por tanto, es importante tener en cuenta las características del husillo a la hora de elegir un utillaje según las dimensiones del mango y determinar los parámetros admisibles del proceso de mecanizado.

Diseño ShU

Durante el desarrollo de la solución de diseño para el husillo del motor, los ejecutores de tareas deben centrarse en la máxima reducción de las cargas dinámicas y de vibración en el mecanismo. El logro de esta calidad del grupo de trabajo afecta directamente la durabilidad de la máquina y la calidad del procesamiento. Por esta razón, el montaje del husillo es cada vez másdiseñado como un dispositivo independiente en una carcasa separada, que se denomina cabezal.

Se toman como datos iniciales para el diseño del algoritmo los siguientes:

• Poder.
• Precisión de rotación.
• Velocidad.
• Calentamiento máximo para soportes.
• Resistencia a las vibraciones.
• Rigidez.

Con base en los parámetros iniciales, se selecciona un esquema estructural, detalles de diseño y materiales de fabricación. El tipo de máquina del futuro también influye en la selección de determinadas soluciones de diseño. Por ejemplo, el diseño de conjuntos de husillos para equipos de mecanizado de alta precisión se basa en la disposición de cojinetes hidrodinámicos que pueden garantizar la precisión de la acción mecánica en el rango de 0,5 a 2 micrones. Para unidades especialmente de alta velocidad con cabezales de rectificado internos, se utilizan cojinetes deslizantes especiales, que requieren lubricación con aire. Por lo general, los principios de construcción de una base de husillo con énfasis en admitir altas velocidades de procesamiento de 600 rpm se utilizan para perforadoras de diamante y máquinas universales para corte de metales. Los parámetros de los componentes para soportar bajas velocidades se calculan tradicionalmente para fresadoras, torretas y taladradoras. Aquí se aplica la regla, cuanto más delicada sea la precisión de la acción mecánica, mayor debe ser el par en el husillo. Para desbaste y corte complejos, se utilizan configuraciones de bajas RPM.

Cálculo del conjunto del husillo

Bla rigidez se considera como la principal característica de diseño. Se expresa como un indicador de los desplazamientos elásticos en la zona de procesamiento bajo la fuerza de actuación total de la propia deformación elástica del husillo con sus elementos de soporte. La fuerza también se usa para caracterizar ensamblajes muy cargados, y para cabezales de altas RPM, un valor mínimo de resonancia, es decir, alta resistencia a la vibración, será un factor clave para un procesamiento exitoso.

Prácticamente todos los conjuntos de husillos para máquinas de corte de metales se calculan por separado para la precisión de corte. Este cálculo se realiza para rodamientos en función del coeficiente de desviación radial del extremo del husillo. El valor de desviación permitido depende de la clase de precisión de diseño, en cuya definición los diseñadores parten de los requisitos para el proceso de mecanizado.

El índice de descentramiento radial en la superficie interior del aro del rodamiento depende de su excentricidad y de los errores de las pistas con los elementos rodantes. Este parámetro de precisión se expresa a través del efecto del llamado latido errante. En el proceso de control de rodamientos se determina el cumplimiento de los mismos con los estándares establecidos, luego de lo cual, si se detectan desviaciones, los productos pueden ser enviados a revisión. Entre las medidas para mejorar aún más la precisión de los rodamientos para el montaje del husillo durante el montaje, se pueden distinguir las siguientes:

• Las excentricidades de los anillos interiores y los muñones de los cojinetes están en direcciones opuestas.
• Excentricidades de los aros exteriores del rodamiento ylos agujeros del cuerpo también se colocan en direcciones opuestas.
• Al instalar las excentricidades de los anillos interiores de los rodamientos de las partes trasera y delantera, deben mantenerse en el mismo plano.

Rendimiento ShU

El conjunto de rigidez y precisión de importantes indicadores técnicos y físicos del husillo no está limitado. Entre otras propiedades significativas de este mecanismo, cabe destacar:

• Resistencia a las vibraciones. La capacidad de la SHU para proporcionar una rotación estable sin oscilación. Es imposible eliminar por completo el efecto de la vibración, sin embargo, gracias a los cálculos de diseño cuidadosos, se puede minimizar al reducir el efecto de las fuentes de vibraciones transversales y de torsión, como las fuerzas pulsantes en la zona de procesamiento y el par en el accionamiento de la máquina.
• Rapidez. Característica de la velocidad del conjunto del husillo, que refleja el número de revoluciones por minuto permitidas para la condición óptima de funcionamiento. En otras palabras, la velocidad de rotación máxima permitida, que está determinada por las cualidades estructurales y tecnológicas del producto.
• Cojinetes de calefacción. La generación intensiva de calor es un factor derivado natural durante el mecanizado a altas velocidades. Dado que el calentamiento puede provocar la deformación de la base del elemento, este indicador debe calcularse durante el diseño. El componente más sensible al calor del conjunto es el cojinete, cuyo cambio de forma puede afectar el funcionamiento del husillo. Para reducir los procesos de deformación térmica, los fabricantes debenrespete las normas de calentamiento permisible de los aros exteriores del rodamiento.
• Capacidad de carga. Determinado a través del factor de rendimiento de los rodamientos del husillo en condiciones de cargas estáticas máximas admisibles.
• Durabilidad. Indicador de tiempo que indica el número de horas de funcionamiento del producto antes de la revisión. Siempre que la rigidez axial y radial del conjunto del husillo esté equilibrada, la durabilidad puede alcanzar las 20 mil horas. El tiempo mínimo hasta la falla es de dos y cinco mil horas, lo cual es típico para rectificadoras y rectificadoras internas, respectivamente.

Materiales para hacer SHU

La selección de materiales para la base del elemento del husillo también es un factor para garantizar ciertas propiedades técnicas y operativas del equipo. En las unidades de lapeado, roscado y taladrado, se hace hincapié en la protección contra los efectos del par, y el conjunto del husillo de una fresadora, por ejemplo, se ensambla en función de los efectos de los momentos de flexión. En cada caso, el material debe tener suficiente resistencia al desgaste en la superficie de actuación, así como en el muñón del cojinete. La estabilidad de forma y dimensiones es la principal condición para el correcto funcionamiento del producto, dependiendo en gran medida de las características del grado del material utilizado.

En máquinas con clases de precisión H y P, se utilizan husillos hechos de aleaciones de acero de grados 40X, 45, 50. En algunos casos, las decisiones de diseño puedenrequieren un refinamiento especial del metal por endurecimiento con acción térmica por inducción. Por lo general, el endurecimiento de los productos por endurecimiento se aplica a las superficies de rendimiento y a los muñones de los cojinetes como las partes más críticas de la pieza.

Para elementos de forma compleja con orificios cónicos, ranuras, pestañas y transiciones escalonadas, se utiliza acero templado. Esta tecnología de procesamiento solo está permitida para piezas de trabajo a partir de las cuales se planea producir las partes delanteras de los conjuntos de husillo de la máquina con posterior cementación. En este caso se utilizan aceros 40XGR y 50X.

Los equipos con clases de precisión A y B se suministran con husillos de acero grados 18KhGT y 40KhFA, nitrurados. El proceso de tratamiento con nitrógeno es necesario para aumentar la dureza de la pieza, así como para mantener la forma y las dimensiones originales. El aumento de la resistencia y la estabilidad estructural es un requisito previo para los husillos que se utilizan en sistemas con fricción fluida.

En el diseño simplificado de la sala de control, los requisitos de materiales no son tan altos. Los elementos con formas simples pueden fabricarse con grados de acero 20Kh, 12KhNZA y 18KhGT, pero incluso en este caso, los espacios en blanco se someten preliminarmente a temple, cementación y revenido.

Modelos estructurales ShU

La parte principal de los mecanismos de husillo utilizados en las máquinas herramienta modernas tiene un dispositivo de dos cojinetes. Esta configuración es óptima en términos de optimización de equipos y conveniencia de la organización técnica.proceso de producción. Sin embargo, las grandes empresas también utilizan modelos con apoyo adicional del tercer pilar.

Las configuraciones de ubicación de los rodamientos también son ambiguas en términos de métodos de implementación. Hoy en día, hay tendencias hacia la transferencia de funciones regulatorias críticas al área del cabezal, lo que reduce el impacto de los efectos térmicos. En los modelos simples del conjunto del husillo, se utilizan cojinetes de rodillos, lo que también minimiza el riesgo de deformación por generación de calor y aumenta la eficiencia del ajuste. Al mismo tiempo, junto con un aumento de la rigidez y un aumento de la precisión de rotación, tales mecanismos tienen el inconveniente de una disminución de la velocidad. Por lo tanto, esta configuración es la más adecuada para tornos con bajas velocidades.

Las unidades de molienda de baja velocidad también están equipadas con cojinetes de rodillos en la parte de soporte delantera, y la parte trasera está provista de un dúplex de elementos de contacto angular. En particular, así es como se implementan las unidades de husillo en los diseños de rectificadoras circulares e interiores. Para simplificar el sistema funcional de la unidad, también permiten rodamientos de rodillos cónicos. Tal solución en relación con las unidades de fresado elimina la necesidad de incluir un grupo de cojinetes axiales. Como resultado, se mantiene un margen óptimo de rigidez, pero con él los problemas de generación de calor con par limitado no desaparecen.

Control de calidad del producto

Después de montar el cabezal, se comprueba el juego de precarga del grupo de cojinetes. Esta operacionnecesario para evaluar la preparación del mecanismo para cargas de trabajo completas. La verificación se lleva a cabo cargando el dispositivo con un gato y un dinamómetro. Las mediciones se toman directamente con dispositivos indicadores, incluidos cabezales de medición, sensores, microcatores, etc. El dispositivo de medición se instala en el cabezal lo más cerca posible del rodamiento delantero. Al corregir un cambio de carga escalonada, se construye un gráfico de desplazamientos del extremo del husillo.

La rigidez del conjunto del husillo giratorio con elementos de soporte se controla mediante el método de medición de dos puntos. Primero, se establecen dos puntos de control en la sección lineal de la curva de carga. Además, los datos de deformación se registran para cada línea, después de lo cual se realiza una comparación. Como indicadores estándar, se pueden utilizar tanto los valores de diseño como las cifras de los requisitos técnicos generales de la máquina. Además, los datos complejos para la comparación, obtenidos como resultado de las pruebas, deben presentarse en forma de valores medios aritméticos. De la misma manera, las mediciones de cargas axiales y radiales se realizan con la fijación de los espacios formados entre los rodamientos.

Si se detectan desviaciones de los valores estándar, se ajusta la precarga del juego. Cuando se realiza el mantenimiento de los conjuntos de husillo de un torno para tales tareas, se utiliza la técnica de calentamiento de soportes. Bajo las condiciones de exposición térmica de los termómetros y termopares en un rango determinado, las tuercas se aprietan y ajustan.

Sellos para mecanismo SHU

La composición del clavijero incluye ysellos especiales que aumentan las propiedades aislantes y de sellado del mecanismo. ¿Para qué sirve? Dado que el flujo de trabajo de un torno está asociado con la liberación de grandes volúmenes de desechos finos en condiciones de lubricación, es común la obstrucción de las piezas funcionales. En consecuencia, al ensamblar el conjunto del husillo, se deben proporcionar dispositivos que protejan los elementos de trabajo del polvo, la suciedad y la humedad. Para eso está el sellador. Por regla general, se trata de un consumible en forma de anillo, que se monta en el husillo mediante una correa de centrado. Durante el funcionamiento del mecanismo, se requiere su reemplazo periódico o ajuste de posición. En condiciones de mayor contaminación externa, se puede usar adicionalmente un anillo deslizante protector. Si la máquina está funcionando a velocidades medias o bajas, también se debe fijar el sello de labios.

Mantenimiento SHU

La principal tarea del personal durante la operación del cabezal es monitorear la lubricación de sus partes. Esto generalmente se hace rociando las superficies de los engranajes giratorios, los impulsores y los componentes del disco. La composición óptima para este tipo de lubricante debe tener un índice de viscosidad de 20 cuando se calienta a 50 °C. Los diseños del conjunto del husillo de fresado prevén la posibilidad de dirigir el aceite al rodamiento a través de un colector o directamente al grupo de trabajo. Además, parte del aceite debe permanecer incluso después de la finalización de la sesión de trabajo. El viejo fluido contaminado se reemplaza por uno nuevo. Para simplificar el proceso de llenado en las máquinas modernas, el suministro de aceite circulante se organiza simultáneamente a la caja de engranajes y al husillo en modo automático a medida que se drena la masa de desecho.

Además de actualizar el aceite, es necesario mantener el estado técnico del mecanismo. Pueden surgir problemas técnicos y estructurales debido a sobrecalentamiento, deformación excesiva, altas vibraciones o cortocircuito entre espiras. Una reparación típica de los conjuntos de husillo como parte del proceso de fabricación puede ser reemplazar piezas dañadas, consumibles o reconstruir asientos. Por ejemplo, al deformar o instalar elementos nuevos, a veces se requiere una corrección adicional de los casquillos o de las piezas mismas mediante afilado, esmerilado, lapeado o reconstrucción.

Producción de SHU en Rusia

Algunos de los componentes del husillo necesarios para completar las máquinas herramienta son producidos por fabricantes nacionales en sus propias instalaciones de máquinas herramienta, basándose en los avances y la experiencia de la industria soviética. Prácticamente no hay problemas con la fabricación de conjuntos de husillo de accionamiento convencionales para una fresadora o unidades de torneado que no estén enfocadas al mecanizado de alta precisión. Sin embargo, los electrohusillos modernos de alta tecnología se producen en Rusia solo en partes y sobre la base de componentes importados. Estas limitaciones están relacionadas no solo con la f alta de tecnologías avanzadas en esta área, sino también con la escasez de personal calificado que deba resolver problemas de ingeniería y producción.

Conclusión

El husillo es uno de los componentes funcionales centrales de varios tipos de máquinas herramienta. La precisión en el desempeño de las operaciones de trabajo, la ergonomía del control del equipo y la eficiencia de la regulación del potencial de potencia del mecanismo de accionamiento dependen de la calidad de sus funciones principales. Por ello, es tan importante prestar atención a las características del conjunto del husillo en el torno a la hora de elegirlo. Y esto se aplica no solo al segmento industrial, donde se realizan operaciones de mecanizado en línea. Un maestro de hogar ordinario que realiza operaciones simples en un garaje o una casa de campo también debe tener conocimientos básicos del cabezal. Las habilidades en el manejo del mecanismo del husillo harán que la operación sea más confiable y que el mantenimiento de la máquina sea más económico.