AXILINEEquilibrado de husillos de alta velocidad y conjuntos de herramienta en el lugar de explotación
A diez mil revoluciones, un desequilibrio que en un ventilador nadie notaría se convierte en una fuerza de decenas de newtons y en ondulación en la pieza. Y, sin embargo, no se puede tocar el propio husillo: la carcasa, los rodamientos de alta precisión y su precarga son terreno del fabricante. Llegamos, medimos la vibración en los apoyos del cabezal del husillo y equilibramos lo que realmente se desmonta y se vuelve a montar: el portaherramientas, la pinza, el mandril, la herramienta montada. Y decimos de inmediato dónde termina su tarea con el equilibrado y dónde empieza la reparación del conjunto.
Por qué a decenas de miles de revoluciones todo se calcula de otra manera
La fuerza centrífuga generada por el desequilibrio residual crece con el cuadrado de la frecuencia de giro. Tome un conjunto de 3 kg de masa con un desequilibrio residual de 3,6 g·mm. A 8 000 rpm son unos 2,5 N; la máquina ni lo notará. A 20 000 rpm, ese mismo conjunto genera unos 16 N de fuerza giratoria, aplicada al apoyo delantero y al filo de corte. No ha cambiado nada salvo las revoluciones.
Después entra en juego una segunda particularidad. Los rodamientos de alta precisión trabajan con una precarga fijada, y esta tiene vida propia: cambia con el calentamiento, depende del régimen y de cuánto tiempo lleva funcionando el husillo. Mientras la precarga no se ha estabilizado, la respuesta del sistema a la masa de prueba varía, y el método de los coeficientes de influencia —el cálculo de las masas de corrección a partir de la respuesta de la máquina a la masa de prueba— deja de funcionar. De ahí la regla estricta de la visita: calentamos el husillo a las revoluciones de trabajo y equilibramos solo con lecturas estables.
- La vida útil de la herramienta ha bajado con los mismos regímenes de antes, el filo se desconcha en lugar de desgastarse de forma uniforme
- En las operaciones de acabado ha aparecido una ondulación regular con un paso igual al avance por vuelta del husillo
- El nivel de vibración en el sistema CNC ha subido a las revoluciones altas; a las bajas, todo sigue como antes
- El zumbido y la vibración cambian al cambiar de herramienta: un conjunto es silencioso, otro claramente peor
- Tras cambiar la pinza, la tuerca, el tornillo de sujeción o el alargador, el panorama ha cambiado
- El apoyo delantero se calienta más de lo habitual, el sonido ha cambiado de timbre, no solo de volumen
Si el nivel da un salto en un solo arranque, normalmente no es desequilibrio, sino una plaquita perdida, una masa desplazada o una sujeción que ha cedido. El equilibrado enmascararía eso, no lo eliminaría.
Qué gira exactamente: el husillo, el portaherramientas y la herramienta son un solo rotor
El propio eje del husillo está equilibrado de fábrica y, en un uso normal, no se desequilibra. El desequilibrio en un husillo de alta velocidad llega desde fuera, junto con el utillaje. El sistema que se equilibra es el cono del husillo más el portaherramientas más el conjunto de sujeción más la herramienta, y hay que equilibrar precisamente el conjunto, en la posición angular en la que realmente trabaja.
Cono y tipo de asiento
HSK con sujeción por cono y cara frontal, SK y BT con un único asiento cónico, colas poligonales. En SK y BT hay una fuente de desequilibrio aparte: el tornillo de sujeción, que es en sí mismo asimétrico y a menudo se coloca de forma distinta de un conjunto a otro. En HSK son críticos la limpieza de la cara frontal y el estado de los segmentos de sujeción: un apoyo incompleto de la cara frontal produce descentramiento, que las masas no eliminan.
Mandril de pinza
La tuerca con ranuras para la llave, la propia pinza con hendiduras longitudinales, el alojamiento de asiento. Cada pieza es asimétrica, y el resultado depende de en qué posición angular se apretó la tuerca. De ahí el marcado obligatorio: la tuerca, la pinza, el portaherramientas y el husillo se montan marca con marca; de lo contrario, el equilibrado dura hasta el primer desmontaje.
Sujeción térmica e hidráulica
Constructivamente más simétricas que la pinza, y normalmente dan un desequilibrio inicial menor. Pero la sujeción térmica es sensible a la limpieza del orificio y a la profundidad de montaje de la herramienta, y la hidráulica, a los restos de lubricante en la cámara. Fije el voladizo de la herramienta con un tope, no a ojo: un cambio del voladizo cambia tanto el desequilibrio como la rigidez.
La propia herramienta
Una fresa de una sola plaquita, un cabezal de mandrinar con cuchilla regulable, una herramienta escalonada, un alargador. Son cuerpos asimétricos por construcción, y su desequilibrio no va a desaparecer. Estos conjuntos se equilibran obligatoriamente, y siempre junto con el portaherramientas con el que van a trabajar.
Husillos de instalaciones de ensayo
Ejes de arranque y de accionamiento de bancos, cabezales de husillo de instalaciones de rodaje y de equilibrado. Normalmente son un rotor rígido (que no se flexiona a las revoluciones de trabajo) de longitud moderada, con planos de corrección de fábrica en los extremos. Nuestro formato les encaja mejor que a nadie, si las revoluciones se pueden mantener estables.
La regla es simple: se equilibra el conjunto, no la pieza. Si se desmonta y se vuelve a montar sin marcado, el resultado se ha perdido.
Dónde está el límite entre el equilibrado de la herramienta y la reparación del husillo
Esta es la pregunta principal por la que más a menudo nos llaman. El equilibrado solo reduce la componente de giro de la vibración —la que se repite exactamente una vez por vuelta—. Todo lo demás no se corrige con masas. El primer arranque de diagnóstico sirve precisamente para separar estas zonas antes de que alguien pague por unas masas.
| Qué se ve en la máquina | Qué muestra el equipo | De quién es esa zona |
|---|---|---|
| El nivel sube en escalón al instalar el portaherramientas, es bajo con el husillo vacío | Predomina la 1x, la fase se repite de un arranque a otro dentro de unos grados | Equilibrado del conjunto, lo hacemos in situ |
| Conjuntos distintos dan niveles distintos, los peores son siempre los mismos | La 1x cambia junto con el utillaje, el espectro está limpio en lo demás | Equilibrado y selección de conjuntos, lo hacemos in situ |
| Nivel alto ya con el husillo caliente y vacío | Hay 1x, pero no está ligada al utillaje | Causa interna: asiento del rotor, huellas de reparación. Servicio del fabricante |
| Zumbido en todos los regímenes, calentamiento del apoyo delantero | Picos en frecuencias altas, no múltiplos de las revoluciones, aumento en la aceleración de vibración | Rodamientos del husillo. Reparación del conjunto, equilibrado después |
| El descentramiento del cono y de la cara frontal se ve con el comparador con el husillo parado | 1x más mala repetibilidad de la fase | Geometría del asiento: limpieza, rectificado de asiento, reparación del cono |
| La amplitud y la fase varían a medida que se calienta, con las revoluciones constantes | Deriva sin cambio de régimen | Estado térmico y precarga. No equilibrar |
| Subida brusca en un rango estrecho de revoluciones, por encima baja | Pico estrecho, giro de fase de unos 180° | Resonancia del cabezal, del cárter o de la bancada. Estructura y fijación |
No intervenimos en la carcasa del husillo. No desmontamos el conjunto, no ajustamos la precarga, no cambiamos rodamientos ni taladramos nada, ni en el cono ni en la carcasa. Si encontramos un rodamiento desgastado, entregamos las cifras, el espectro y el informe, y aplazamos el equilibrado para después de la reparación. El desequilibrio residual es una carga giratoria adicional sobre los apoyos, y el cálculo de la vida útil según la ISO 281 no la tiene en cuenta si usted no la incluye. Cómo leer el espectro de un rodamiento se explica en un artículo aparte sobre el diagnóstico de rodamientos por vibración.
Fuentes: ISO 13373-3:2015 · ISO 281:2007
Qué hacemos in situ y qué no
El límite no lo marca la voluntad, sino la banda de medición y la estabilidad del régimen. El equipo calcula el valor RMS de la velocidad de vibración en la banda de 5–200 Hz, y 200 Hz corresponden a 12 000 rpm. Hasta esa cifra hacemos el ciclo completo: diagnóstico, arranques de prueba, corrección, control y evaluación del nivel total.
Por encima de 12 000 rpm actúa la física del rotor rígido: el desequilibrio residual es una propiedad del conjunto, no del régimen. Por eso se puede equilibrar a una frecuencia de giro reducida y estable, donde la respuesta es lineal y se repite. A las revoluciones de trabajo comprobamos después la componente de giro y el espectro. Esto funciona en husillos con accionamiento por variador de frecuencia, donde se pueden fijar revoluciones intermedias y mantenerlas. Si no existe esa posibilidad, hay una única respuesta honesta: el portaherramientas se equilibra en una máquina especializada para conjuntos de herramienta, y nosotros hacemos el diagnóstico del conjunto y el protocolo.
- Aceptamos: conjuntos de herramienta en centros de mecanizado y fresadoras, donde las revoluciones son controlables
- Aceptamos: cabezales de husillo y ejes de accionamiento de instalaciones de ensayo con rotor rígido
- Aceptamos: diagnóstico puntual, cuando hay que entender si es desequilibrio, rodamientos o resonancia
- No aceptamos: desmontaje del husillo, ajuste de la precarga, reparación del cono
- No aceptamos: la certificación del utillaje por clase G para recepción; es trabajo de una máquina equilibradora con su propio esquema de medición
- No aceptamos: un husillo cuyas revoluciones no se puedan mantener estables; ahí los coeficientes de influencia no se reproducen
- No aceptamos: una máquina en resonancia a las revoluciones de trabajo; el resultado no se mantendría
La elección entre el trabajo in situ y la máquina en el taller la explicamos en un artículo aparte. Si el formato de visita no encaja con su tarea, lo decimos antes de la factura, no después.
Cómo se desarrolla la visita
- 01
Acuerdo previo a la visita
Tipo de máquina-herramienta y husillo, revoluciones de trabajo y rango de regulación, tipo de cono, qué hay montado en el husillo, qué defecto se ve en la pieza. Aquí decidimos si vamos a un ciclo completo o a un diagnóstico.
- 02
Puntos de medición
Limpiamos las superficies y colocamos dos acelerómetros en la carcasa del cabezal del husillo, en dirección radial, junto al apoyo delantero y al trasero, sobre metal, no sobre el cárter ni la chapa. Mantenemos la misma dirección de una medición a otra.
- 03
Marca de fase
Pegamos la marca reflectante en el husillo o en la brida del portaherramientas, estrictamente una sola, y contrastamos las revoluciones con las lecturas del equipo. A partir de la marca, el equipo relaciona la vibración con el ángulo de giro del eje: eso es la fase. Con accionamiento por correa, la marca va en el eje que se está equilibrando; de lo contrario, en el espectro es fácil confundir la componente de giro del husillo con la del motor.
- 04
Calentamiento y medición inicial
Calentamos a las revoluciones de trabajo, normalmente desde veinte minutos, hasta que las lecturas se estabilizan. Registramos el nivel total, la amplitud y la fase de la 1x en los apoyos, el espectro y la señal en el tiempo. Dos arranques seguidos muestran si la fase se repite.
- 05
Planos de corrección
La máquina-herramienta está parada y bloqueada. Buscamos dónde puede ir físicamente la masa: los anillos de equilibrado del husillo, los tornillos de ajuste o los alojamientos del portaherramientas, los orificios frontales. Numeramos las posiciones en el sentido de giro y medimos el radio real.
- 06
Masa de prueba
Colocamos una masa pesada y la fijamos con la misma solidez que tendrá la definitiva. El arranque es válido si la 1x cambia un 20–30 % en amplitud o 20–30° en fase. En un conjunto rígido de alta velocidad esto se consigue con décimas de gramo, así que hacen falta básculas precisas.
- 07
Cálculo e instalación de la corrección
El programa indica la masa y el ángulo por plano, y en modo de posiciones fijas, directamente el número del alojamiento o del tornillo. Donde no hay dónde añadir, calcula el taladrado. El cero de referencia del ángulo está siempre donde estuvo la masa de prueba.
- 08
Control, marcado, coeficientes
Arranque de control en el mismo régimen y en los mismos puntos, si hace falta con una iteración con una pequeña masa adicional. Comprobamos también en otros dos regímenes de trabajo de la máquina-herramienta. Marcamos la posición angular del portaherramientas, la pinza y la tuerca, y guardamos los coeficientes de influencia del conjunto.
Trabajamos con el analizador-equilibrador de vibraciones portátil de dos canales Balanset-1A: dos acelerómetros, sensor láser de fase por marca reflectante, módulo USB de dos canales y programa en un ordenador portátil. Equilibrado en uno y dos planos por el método de los coeficientes de influencia, vibración total y 1x con fase, revoluciones, espectro, señal en el tiempo, posiciones fijas, cálculo del taladrado, tolerancia por clases G, archivo e informes. Con los coeficientes guardados, el siguiente reequilibrado se hace sin pruebas de arranque; hay un artículo aparte sobre el ajuste fino (trim).
Fuentes: Manual de operación Balanset-1A
Dónde colocar la masa y con qué fijarla
En un husillo de alta velocidad, la elección de los lugares de corrección apenas deja libertad. Todo lo que no está previsto por el diseño queda descartado de inmediato: a esas revoluciones, la fuerza centrífuga desprende cualquier cosa que no se sujete por rosca o por forma.
Anillos de equilibrado de fábrica
Muchos husillos tienen dos anillos con masas que giran en la circunferencia, o pesos combinables en una ranura anular. Es un plano de corrección legítimo, calculado por el fabricante para las revoluciones de trabajo. Trabajamos con ellos en primer lugar.
Alojamientos y tornillos del portaherramientas
Los portaherramientas suelen tener orificios roscados para tornillos de equilibrado, o ranuras anulares. La masa se coloca a un radio conocido, con el par de apriete según las instrucciones, y fijador de rosca si hace falta.
Retirada de metal por taladrado
Donde no hay nada que añadir, el programa calcula el diámetro y la profundidad del orificio a un radio dado. Se taladra solo en el cuerpo del portaherramientas y solo en la zona permitida por el fabricante. El cono, la cara de asiento y la carcasa del husillo no se tocan bajo ninguna circunstancia.
Dispositivo autoequilibrador
En los husillos de rectificado a veces hay un dispositivo de fábrica que compensa la deriva del desequilibrio de la muela dentro de su rango. No sustituye al equilibrado inicial: si el dispositivo ha llegado al tope, el desequilibrio se ha salido del rango, y primero se elimina con masas.
Lo que nunca hay en un husillo
Una plaquita soldada, plastilina, una masa magnética, una arandela bajo un perno cualquiera. A diez mil revoluciones, eso es un proyectil. Fijamos la masa de prueba con la misma solidez exacta que la definitiva; de lo contrario, el primer arranque será el último.
Tenemos artículos aparte sobre los métodos de fijación de las masas de corrección y sobre la seguridad de los trabajos in situ. En la visita, acordamos el procedimiento de bloqueo de la máquina-herramienta y el modo de ajuste con el responsable del equipo antes del primer arranque.
Tolerancia: por qué se cuenta en miligramos
Las clases de precisión según la ISO 21940-11 fijan el desequilibrio residual específico, que se calcula como la clase G multiplicada por 9549 y dividida entre las revoluciones. Cuanto más altas son las revoluciones, menor es el resto permitido, y a decenas de miles de revoluciones cae a valores que una báscula normal no puede captar. A continuación, un ejemplo para un conjunto de herramienta de 3 kg de masa con un radio de corrección de 25 mm.
- La 1x residual objetivo en el programa del equipo es una cifra en mm/s que fija usted mismo. Es un criterio interno del procedimiento, y no sustituye a los otros dos
- La vibración total en mm/s RMS (RMS es lo mismo que el valor eficaz) evalúa el estado de la máquina-herramienta. Registre aparte la parte y edición aplicable de la ISO 20816, los puntos de medición y el régimen; para las máquinas-herramienta hay salvedades
- El desequilibrio residual en g·mm/kg según las clases G ya es una característica del rotor, no de la máquina, y se confirma con su propio esquema de medición
| Revoluciones | Clase | Resto específico, g·mm/kg | Masa admisible al radio de 25 mm |
|---|---|---|---|
| 12 000 rpm | G 2,5 | 1,99 | unos 0,24 g |
| 20 000 rpm | G 2,5 | 1,19 | unos 0,14 g |
| 20 000 rpm | G 1 | 0,48 | unos 57 mg |
| 24 000 rpm | G 1 | 0,40 | unos 48 mg |
| 30 000 rpm | G 0,4 | 0,13 | unos 15 mg |
Para los conjuntos de herramienta, la tolerancia a menudo se fija no por la clase G, sino por un desequilibrio residual límite en g·mm a la frecuencia de giro límite declarada del portaherramientas. Qué se aplica exactamente en su caso, fíjelo en el pedido junto con la parte y la edición de la norma. Cómo se elige la clase G se explica en un artículo aparte. La conclusión práctica es una sola: las masas se pesan en básculas precisas, cada pieza del conjunto se coloca en la misma posición angular, y la suciedad en el cono invalida cualquier cifra.
Fuentes: ISO 21940-11:2016 · ISO 20816-1:2016
Qué provoca el desequilibrio residual precisamente en esta máquina
En un rotor lento, el desequilibrio es ruido y desgaste. En un husillo de alta velocidad, ante todo estropea la pieza y consume la herramienta, y solo después llega a los rodamientos.
- El filo de la herramienta recibe una carga variable una vez por vuelta. En lugar de un desgaste uniforme aparece el desconchado, y la vida útil cae antes de lo calculado
- En la superficie aparece una ondulación regular con un paso igual al avance por una vuelta del husillo. Esto distingue el desequilibrio del traqueteo (autooscilaciones durante el corte), cuyo paso no está ligado a las revoluciones
- La cota deja de mantenerse en las pasadas de acabado, y hay que añadir pasadas y reducir el avance
- El apoyo delantero recibe una carga giratoria constante que no está en el cálculo inicial de vida útil
- La precarga trabaja en un régimen más duro, el conjunto se calienta más y se desvía de su geometría más rápido
- El cono y el conjunto de sujeción reciben una carga alternante, el asiento se desgasta, el descentramiento crece, y el círculo se cierra
Lo contrario también es cierto: un conjunto equilibrado hasta una clase estricta elimina esta carga por completo. Pero solo la parte que proviene de la masa. El traqueteo, el desgaste del cono y el defecto de rodamiento se quedan donde estaban.
Precio, qué obtiene y cómo encargarlo
A su instalación llegan ingenieros que diseñan y fabrican los equipos Balanset y los usan ellos mismos para el equilibrado in situ. Nuestra base está en Vila Nova de Gaia, cerca de Oporto, y realizamos visitas en toda Portugal. También existe la variante Balanset-1A OEM sin maletín, si desea integrar la cadena de medición en su propio banco o máquina y equilibrar el utillaje con sus propios medios.
el diagnóstico de vibraciones con informe cuesta 300 EUR por máquina, el equilibrado añade desde 250 EUR, la factura mínima por visita es de 500 EUR. El total depende del número de conjuntos, del número de planos de corrección, del tiempo de calentamiento y arranques, y de la distancia a la instalación. El cálculo exacto lo da la calculadora de la web.
- Medición antes y después en el mismo régimen: revoluciones, nivel total en mm/s RMS, amplitud y fase de la 1x en los apoyos
- Espectro y señal en el tiempo, con los que se ve qué ha bajado y qué queda
- Masas, posiciones angulares o números de posición, y radios reales de las masas instaladas
- Informe sobre la mecánica: descentramientos, estado de los rodamientos según el espectro, fijación, indicios de resonancia
- Coeficientes de influencia del conjunto guardados, y el esquema de marcado en el propio equipo
- Tipo de máquina-herramienta, modelo del husillo, revoluciones de trabajo y rango de regulación
- Tipo de cono y sujeción: HSK, SK, BT, mandril de pinza, sujeción térmica
- Qué hay montado en el husillo y qué conjuntos plantean dudas
- Qué defecto ve en la pieza y desde cuándo aparece
- Si hay anillos de equilibrado de fábrica o un dispositivo autoequilibrador
- Cifras actuales de vibración, si hay monitorización, y fotografías del conjunto y de la zona de corrección
Si según los resultados del primer arranque resulta que el nivel no proviene de la masa, no iniciaremos el equilibrado. Usted recibirá las mediciones, el espectro y un informe con el que acudir al servicio del fabricante.
Fuentes: Especificaciones del fabricante Balanset-1A
Preguntas frecuentes
Tenemos un electrohusillo de 24 000 rpm. ¿Pueden hacer algo in situ?
La componente de giro de un husillo así está a 400 Hz, fuera de la banda de 5–200 Hz en la que el equipo calcula el valor RMS de la velocidad de vibración. Por eso no hacemos el ciclo clásico completo con evaluación del nivel total a las revoluciones de trabajo. Funcionan dos vías alternativas. La primera: equilibramos el conjunto a una frecuencia reducida y estable, donde la respuesta se repite —en un rotor rígido, el desequilibrio residual no depende de las revoluciones—. A las revoluciones de trabajo comprobamos después la componente de giro y el espectro. La segunda: el portaherramientas con la herramienta se equilibra en una máquina especializada para conjuntos de herramienta, y nosotros hacemos in situ el diagnóstico del conjunto y la evaluación de la vibración. Qué es aplicable en su caso lo decidimos según el tipo de accionamiento y si se pueden fijar revoluciones intermedias.
¿Se equilibra el husillo o el portaherramientas?
Empiece por el portaherramientas y todo el conjunto de herramienta. Haga una prueba sencilla: mida la vibración con el husillo caliente y vacío, después con el portaherramientas vacío, después con el portaherramientas y la herramienta. Si el nivel sube en escalón al instalar el utillaje, la tarea es de equilibrado y se resuelve en una sola visita. Si el nivel ya es alto con el husillo vacío, el equilibrado del portaherramientas no lo eliminará, y la conversación irá sobre el asiento del rotor, el cono y los rodamientos.
¿Hay que equilibrar cada portaherramientas del almacén de herramientas?
No. Equilibre los conjuntos que realmente trabajan a las revoluciones más altas y en operaciones de acabado, y aquellos en los que la herramienta es asimétrica por construcción: cabezales de mandrinar, fresas de una sola plaquita, alargadores largos. Los conjuntos de desbaste a revoluciones moderadas normalmente no lo necesitan. Es más sensato seleccionar una decena de conjuntos críticos, equilibrarlos y marcar la posición angular de todas las piezas, que perseguir todo el almacén.
En el husillo de rectificar hay instalado un dispositivo autoequilibrador. ¿Entonces para qué los necesito a ustedes?
El dispositivo de fábrica compensa la deriva lenta del desequilibrio de la muela: el diamantado, el desgaste, el refrigerante absorbido. Funciona dentro de su rango de compensación y no sustituye al equilibrado inicial del conjunto. Si el dispositivo ha llegado al tope, el desequilibrio se ha salido del rango, y primero hay que eliminarlo con masas. Además, no hace nada frente al descentramiento del cono, un defecto de rodamiento o la resonancia del cabezal. Nosotros medimos lo que queda tras su funcionamiento y decimos a qué se debe exactamente ese resto.
La vibración crece a medida que se calienta y no vuelve atrás. ¿Es desequilibrio?
Probablemente no. Una deriva de la amplitud y la fase de la componente de giro con las revoluciones constantes y la temperatura en aumento indica un comportamiento térmico del conjunto: un cambio de la precarga, flexión térmica, rozamiento. Equilibrar en ese estado fijaría un punto de calentamiento y empeoraría otro. Tomamos una serie de mediciones a medida que se calienta y decidimos a partir de ella. Solo equilibramos cuando la amplitud y la fase son estables con el husillo caliente.
¿Qué clase de precisión hay que fijar para un conjunto de herramienta?
La clase la fija el cliente de los trabajos, no el contratista. Una referencia práctica según la ISO 21940-11 para husillos de máquina-herramienta es G 1; para husillos de rectificado de precisión, G 0,4; para utillaje menos crítico, G 2,5. Tenga en cuenta que, para los conjuntos de herramienta, la tolerancia a menudo se fija de otra manera: como un desequilibrio residual límite en g·mm a la frecuencia de giro límite declarada del portaherramientas. Registre en el pedido tanto el valor como la parte aplicable y la edición de la norma; de lo contrario, la recepción se convertirá en una discusión.
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Responderemos a sus preguntas, concretaremos los datos iniciales y le diremos qué hace falta para el presupuesto y la visita.