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Tecnologías / Metal

La calidad en la fabricación comienza con el motor

26/02/2018

Precisión y calidad superficial: éstos son los objetivos de los procesos productivos exigentes. Por este motivo invierten las empresas de mecanizado mucho tiempo y dinero en máquinas-herramienta, en controles numéricos con funciones y opciones especiales, en herramientas, en tecnología de medición y, naturalmente, en la cualificación de sus empleados. Lamentablemente, los motores de avance reciben aún poca atención a este respecto, a pesar de ser un factor decisivo en la calidad de la producción.

Los motores eléctricos se utilizan en una gran variedad de aplicaciones diferentes y deben por ello cumplir un amplio espectro de requerimientos. Por ejemplo, en los motores de avance de máquinas-herramienta son factores cruciales, además del par máximo del motor, el rizado de par y la relación de inercias entre el motor y la carga. Estos criterios tienen un efecto directo sobre la calidad de la pieza a fabricar. Los motores de avance de Heidenhain para máquinas-herramienta ofrecen una relación de inercias equilibrada y un rizado de par muy bajo para unos resultados de mecanizado y una regulación dinámica del movimiento excepcionales.

Resistentes frente a interferencias
La rigidez del sistema es un factor decisivo para la resistencia frente a interferencias provocadas por vibraciones o fuerzas de fresado. Cuanto mayor sea la rigidez, mejor. Por su parte, la rigidez se ve fuertemente influida por la relación de inercias entre el motor y la masa móvil del eje de avance (carga). Esto significa que cuanto mayor sea el motor en comparación con la carga, mayor será también la rigidez del sistema frente a fuerzas de fresado o vibraciones. La figura 1 muestra, en función de la relación de inercias entre el motor y la carga, cómo de grande debe ser un cambio súbito de la carga a fin de generar temporalmente un determinado error de posición en un accionamiento.
A modo de ejemplo: Un pequeño remolque arrastrado por un vehículo grande y de elevado par, expuesto a fuertes ráfagas de viento o defectos de la calzada, introduce menores perturbaciones en el sistema completo que las producidas por un remolque pesado arrastrado por un vehículo ligero con el mismo par. Esto es cierto a pesar de que el remolque más ligero es obviamente mucho más susceptible a estas influencias que el remolque más pesado. En una máquina-herramienta esto significa que un motor lo más grande posible debería mover una mesa lo más ligera posible, a fin de minimizar los efectos de las perturbaciones sobre el sistema completo (tales como fuerzas de fresado o vibraciones que aparecen en la mesa).
No obstante, si hay una gran diferencia entre las inercias del motor y de la carga, también es necesario reducir la ganancia de los lazos de regulación. Ello conlleva una menor rigidez, de modo que todo el sistema reacciona más fuertemente a perturbaciones de la carga, por ejemplo, debidas a fuerzas de fresado o vibraciones.

Por ello, en máquinas-herramienta debería seleccionarse una relación de inercias equilibrada entre el motor y la carga. Una relación de inercias equilibrada garantiza la rigidez suficiente para hacer al sistema completo insensible frente a influencias externas sobre la carga, de tal modo que no tengan ningún efecto sobre el resultado del mecanizado, y al mismo tiempo permitan trabajar con elevadas ganancias de los lazos de regulación. En otras palabras, el remolque y el vehículo que lo arrastra deben estar adecuados entre sí.

La dinámica correcta
Un diseño de un motor con un momento de inercia lo más elevado posible contradiría el siguiente requerimiento: una capacidad de aceleración lo más elevada posible. Esto es así, porque la inercia del propio motor tiene una influencia significativa sobre la capacidad de aceleración del sistema completo. Esta correlación directa puede demostrarse empleando la fórmula para calcular la capacidad de aceleración, tal como se ve en la figura 2:
 

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