Los últimos avances de la multifuncionalidad

El papel de las máquina-herramienta es transformar materias primas con ciertas propiedades mecánicas en piezas terminadas con la geometría, las dimensiones y la calidad de superficie requeridas. A medida que aumentan las demandas para producir piezas con mayor calidad a un costo reducido, se requieren máquinas-herramienta para lograr una mayor precisión y eficiencia de mecanizado. Esto se debe a que el uso de materiales difíciles de cortar y piezas con geometría compleja ha aumentado drásticamente en los últimos años.

Para cumplir con estos requisitos, se espera que las máquinas-herramienta tengan múltiples funciones y múltiples grados de libertad. Los materiales inteligentes e innovadores, que incorporan funcionalidades de sensores y actuadores, permiten la realización de estructuras con funciones integradas. Además, se ha aumentado el número de ejes controlados y se ha añadido la capacidad de multitarea para fabricar productos complejos de manera eficiente. Debido a que el tamaño del lote de producción ha disminuido, es necesario mecanizar una única pieza de geometría complicada sin un corte de prueba, mediante el uso de sistemas CAD/CAM 3D. El modelo de diseño asistido por ordenador (CAD) de la pieza se utiliza para generar programas de control numérico (NC) en un entorno de fabricación asistida por ordenador (CAM), donde los planificadores de procesos diseñan estrategias de trayectoria de herramientas y seleccionan condiciones de corte en función de su experiencia.
Teniendo en cuenta lo referido anteriormente, dentro de este documento revisaremos los avances y los desafíos actuales que deben resolverse en el control multieje y el mecanizado multitarea. Hay que tener en cuenta que "multieje" significa el uso simultáneo de ejes, tanto de rotación como de traslación y "multitarea" se centra, principalmente, en la combinación de tecnologías incorporadas a una máquina.

Antecedentes históricos y máquinas-herramienta
Mecanizado basado en torneado
La configuración básica de un torno, que corta la pieza de trabajo giratoria con una herramienta de una sola punta, no ha cambiado durante mucho tiempo. Para aumentar la productividad, se desarrolló el torno con múltiples husillos, que puede realizar varias operaciones de torneado simultáneamente en una sola máquina.
Además, también se desarrolló el torno con múltiples torretas, que puede realizar múltiples procesos de torneado con diferentes herramientas de corte mientras la pieza de trabajo se sujeta al husillo principal y, con los avances en la tecnología NC, puede cortar simultáneamente la pieza de trabajo con diferentes herramientas de corte.
Las piezas giratorias con orificios perforados fuera del eje, chaveteros y otras superficies planas fuera del eje generalmente se terminaban utilizando taladrados o fresados después del torneado. Para terminar dichas piezas en un torno, se adjuntó un pequeño husillo de fresado al torno NC. La funcionalidad del torno se ha ampliado a medida que se ha incrementado el número de ejes controlados simultáneamente. Algunos tornos están equipados con dos husillos principales opuestos entre sí de tal manera que se puede sujetar una pieza de trabajo larga con los dos husillos, y se puede trabajar el lado opuesto de la pieza de trabajo después del mecanizado con un husillo.
La funcionalidad y el número de ejes controlados simultáneamente del torno han aumentado con la creciente complejidad geométrica.
Un ejemplo de nuevos desarrollos de torno, son aquellos que se basan en una máquina-herramienta de husillos múltiples, que está equipada con dos husillos opuestos y dos torretas. La torreta inferior se mueve en las direcciones de los ejes X y Z, mientras que la torreta superior se mueve en las direcciones de los ejes X, Y y Z y oscila alrededor del eje B (es decir, alrededor del eje Y). Algunos de los tornos de precisión desarrollados recientemente con un cabezal de fresado de alta resistencia se denominan tornos multitarea combinados. Por lo tanto, es difícil diferenciar entre tornos y fresadoras.

Mecanizado basado en fresado
Al principio, la fresadora con una cuchilla rotativa con múltiples filos se utilizaba principalmente para mecanizar superficies planas. Más tarde, la función de la fresadora se amplió a superficies 2D y 3D.
La mayoría de las fresadoras en esta etapa contenían los tres ejes de coordenadas cartesianos (X, Y, Z) controlados simultáneamente. En relación con la fresadora NC, debe mencionarse el desarrollo de los centros de mecanizado (MC). Una de las características específicas de la MC es el cambiador automático de herramientas, con el que se pueden realizar varios tipos de fresado una vez que la pieza de trabajo está fijada en la mesa. La otra característica específica de la MC es que la MC estaba equipada con la mesa giratoria o mesa indexadora. La mesa giratoria o mesa indexadora permite mecanizar cinco caras de una pieza de trabajo cúbica. Además, también se introdujo el accesorio para cambiar la dirección del husillo principal de horizontal a vertical, o de vertical a horizontal, para mecanizar las cinco caras de la pieza de trabajo.
Con las crecientes demandas de mecanizar piezas con formas complejas, como las aeroespaciales, aumentó el número de ejes controlados simultáneamente, debido a los avances en la tecnología NC y las unidades de accionamiento. En la actualidad, la mayoría de los MC del mercado son MC controlados por 5 ejes. Un MC controlado por 5 ejes puede lograr una alta precisión de movimiento basada en un amplio rango de rotación debido a la configuración de mesa sobre mesa. Se adoptan motores de accionamiento directo para los ejes de rotación, y el principio del centro de gravedad, o DCG, se aplica con la incorporación de los sistemas de accionamiento lineal. Los MC controlados por 5 ejes permiten no solo mejorar la precisión de mecanizado de piezas con forma compleja, sino también reducir el tiempo de mecanizado.
Algunas de las máquinas de fresado con mesa giratoria, de alta velocidad y gran potencia, se pueden utilizar para tornear piezas rotativas, como si se tratara de un torno vertical. Estas máquinas de fresado con mesa giratoria se consideran máquinas combinadas de fresado y torneado.