Los marcos y bases de equipos de automatización son componentes estructurales que forman el esqueleto de máquinas como robots industriales, sistemas de transporte de piezas, estaciones de ensamblaje o equipos de inspección. Su función es alinear todos los subsistemas de la máquina (motores, sensores, actuadores) con precisión, absorber vibraciones y soportar cargas durante ciclos de operación repetitivos.
Las variaciones de estos componentes son amplias, pero se agrupan en dos categorías principales:
Los volúmenes varían según el segmento de mercado:
La mayoría de los marcos y bases se fabrican en acero estructural (S235JR o S355JR) por su relación costo-resistencia, aunque se usan otros materiales según requisitos específicos:
Los clientes de estas piezas (fabricantes de equipos de automatización) priorizan tres factores sobre el costo:
Los requisitos de los marcos y bases de automatización son más estrictos que los de estructuras generales, ya que su precisión afecta directamente el rendimiento de la máquina completa.
Las tolerancias varían según la aplicación, pero los más comunes son:
Las superficies de montaje de subsistemas suelen tener un acabado rugosidad Ra de 1,6 μm a 3,2 μm, para garantizar un contacto uniforme y evitar desviaciones por deformación al apretar los tornillos. Las superficies no funcionales pueden tener acabados más rugosos (Ra 6,3 μm o más) para reducir costos.
Para series medias y altas, los fabricantes buscan reducir el tiempo de fabricación de marcos y bases para acortar el plazo de entrega de la máquina completa. Esto se traduce en requisitos de procesos que permitan mecanizar varias piezas en un solo ciclo o reducir los tiempos de cambio de herramienta.
El proceso más común para fabricar marcos y bases de automatización es soldar primero la estructura y luego mecanizar las superficies funcionales. Este enfoque combina la flexibilidad de la soldadura para crear estructuras complejas con la precisión del mecanizado para cumplir los requisitos dimensionales.
La elección de la máquina depende de las dimensiones de la pieza, la precisión requerida y el volumen de producción:
Centros de mecanizado verticales de doble husillo Para series medias y altas de piezas de tamaño mediano, los CMV de doble husillo permiten mecanizar dos piezas simultáneamente, reduciendo el tiempo de ciclo por unidad. El modelo GA-MVD2560 es adecuado para este segmento, con una mesa de carga máxima de 2000 kg y dos husillos que permiten mecanizar dos piezas en un solo ciclo.
Centros de mecanizado de cinco ejes Los centros de cinco ejes se usan para marcos y bases con superficies inclinadas o agujeros que requieren mecanizado desde múltiples ángulos. El modelo GA-UHD500 es una opción para piezas de alta precisión, con una precisión de posicionamiento de 0,006 mm y una carga máxima de mesa de 800 kg.
Centros de mecanizado de pórtico Para marcos y bases de gran tamaño (longitud mayor a 2 metros), los centros de pórtico son la única opción viable, ya que ofrecen recorridos de trabajo amplios. El modelo GA-GF2517 es adecuado para piezas de gran tamaño que requieren alta potencia de corte, mientras que el modelo GA-GF2755 es una opción para piezas que requieren velocidades de corte más altas.
El enfoque de soldar primero y luego mecanizar resuelve dos problemas clave de las estructuras soldadas:
Los errores más comunes en la fabricación de marcos y bases de automatización son costosos, ya que suelen generar desviaciones en el rendimiento de la máquina completa o retrasos en la entrega.
No aliviar las tensiones residuales después de soldar Muchas tallas saltan el proceso de alivio de tensiones (calentar la estructura soldada a una temperatura específica para reducir las tensiones residuales) para reducir costos o plazos. El resultado es que la estructura se deforma después del mecanizado, cuando las tensiones residuales se liberan gradualmente. Por ejemplo, una base soldada sin alivio de tensiones puede tener una planicidad de 0,05 mm después del mecanizado, pero desviarse hasta 0,2 mm después de seis meses de operación.
Elegir una máquina con precisión insuficiente Algunas tallas eligen máquinas con precisión de posicionamiento menor a la requerida para la pieza, creyendo que pueden compensar la desviación con ajustes manuales. Sin embargo, la repetibilidad de la máquina (la capacidad de repetir una posición con precisión) no se puede compensar. Por ejemplo, una máquina con una repetibilidad de 0,01 mm no puede garantizar una planicidad de 0,02 mm por metro, ya que la desviación acumulada superará el requisito.
No considerar la carga de la mesa al mecanizar La carga de la mesa de la máquina es un factor crítico para la planicidad. Al mecanizar una pieza grande y pesada, la mesa de la máquina se deforma bajo el peso de la pieza, generando desviaciones en la planicidad. Por ejemplo, una base de 1500 kg mecanizada en una máquina con una carga máxima de mesa de 1000 kg se deformará durante el mecanizado, generando una planicidad fuera de tolerancia.
Usar herramientas inadecuadas para acabados de superficie Para lograr una planicidad uniforme, se requieren herramientas de corte de alta rigidez. Usar herramientas flexibles o desafiladas genera desviaciones en la superficie mecanizada, incluso si la máquina tiene la precisión adecuada.
El enfoque de soldar primero y luego mecanizar no es adecuado para todos los trabajos de marcos y bases de automatización.
Piezas de tamaño extremadamente grande (longitud mayor a 10 metros) Los centros de pórtico tienen recorridos máximos de trabajo de hasta 4 metros en la mayoría de los casos. Para piezas de longitud mayor a 10 metros, el mecanizado completo no es viable, ya que no existe una máquina con recorridos suficientes. En estos casos, se usan procesos de mecanizado parcial o ajustes manuales de alineación, que no cumplen con los requisitos de planicidad de alta precisión.
Piezas de volumen muy bajo y complejidad extremadamente alta Para piezas de volumen muy bajo (menos de 5 unidades) y complejidad extremadamente alta, el costo de fabricar una estructura soldada y mecanizarla es mayor que el de fabricar la pieza por otros procesos, como el mecanizado de un bloque sólido. Sin embargo, el mecanizado de bloques sólidos solo es viable para piezas de tamaño pequeño, ya que el costo del material y el tiempo de mecanizado aumentan exponencialmente con el tamaño.
Piezas que requieren una estabilidad dimensional superior a la que ofrece el acero soldado Para aplicaciones que requieren una estabilidad dimensional extrema (desviaciones menores a 0,01 mm por metro durante 10 años de operación), el acero soldado no es adecuado, ya que sigue liberando tensiones residuales gradualmente. En estos casos, se usan materiales como el hierro fundido o el granito, que tienen una estabilidad dimensional superior, pero requieren procesos de fabricación diferentes.
| Categoría de máquina | Ejemplos de modelos Gree CNC | Rango de tamaño de pieza (longitud) | Precisión típica de planicidad por metro | Volumen de producción adecuado |
|---|---|---|---|---|
| Centro de mecanizado vertical (CMV) | GA-DV750, GA-MV856 | 0,5 m a 2 m | 0,02 mm a 0,1 mm | Series cortas y medias |
| CMV de doble husillo | GA-MVD2560 | 1 m a 2,5 m | 0,05 mm a 0,15 mm | Series medias y altas |
| Centro de mecanizado de cinco ejes | GA-UHD500, GA-FA500 | 0,5 m a 1,5 m | 0,02 mm a 0,1 mm | Series cortas y medias |
| Centro de mecanizado de pórtico | GA-GF2517, GA-GF2755 | 2 m a 4 m | 0,05 mm a 0,2 mm | Series cortas y medias |
Use esta lista para evaluar si una máquina es adecuada para fabricar marcos y bases de automatización:
Precisión y repetibilidad:
Capacidad de carga de mesa:
Recorridos de trabajo:
Potencia y torque del husillo:
Capacidad de herramientas:
¿Qué es mejor para marcos y bases de automatización: soldar primero y luego mecanizar, o mecanizar primero y luego soldar? Soldar primero y luego mecanizar es el enfoque estándar para la mayoría de las aplicaciones. Mecanizar primero y luego soldar genera deformaciones por soldadura que son difíciles de compensar, ya que la soldadura afecta las superficies mecanizadas.
¿Cómo puedo verificar la planicidad de una base después del mecanizado? La planicidad se verifica usando un nivel de precisión o una máquina de medición por coordenadas (MMC). Para piezas de tamaño mediano, un nivel de precisión de 0,02 mm por metro es suficiente para medir la desviación.
¿Los patrones de agujeros modulares tienen que ser exactamente iguales en todas las piezas de una serie? Sí, para garantizar la compatibilidad de montaje. Los patrones de agujeros modulares se diseñan para que los subsistemas se monten en cualquier posición de la cuadrícula, por lo que la posición de cada agujero debe ser consistente en todas las piezas de la serie.
¿Qué material es mejor para bases que requieren alta amortiguación de vibraciones? El hierro fundido es mejor que el acero estructural para aplicaciones que requieren alta amortiguación de vibraciones. Sin embargo, el hierro fundido requiere procesos de fabricación diferentes, como la fundición y el mecanizado, que son más costosos que la soldadura y el mecanizado de acero.
¿Puedo usar una máquina de mecanizado de propósito general para fabricar marcos y bases de automatización? Sí, siempre que cumpla con los requisitos de precisión, carga de mesa y recorridos de trabajo. La mayoría de las máquinas de mecanizado de propósito general se pueden usar para fabricar marcos y bases de automatización, siempre que se ajusten a los requisitos específicos de la pieza.
