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PROCESOS DE MANUFACTURA POR ARRANQUE DE VIRUTA 1 PROCESOS DE MANUFACTURA POR ARRANQUE DE VIRUTA El objetivo fundamental en los Procesos de Manufactura por Arranque de Viruta es obtener piezas de configuración geométrica requerida y acabado deseado. La operación consiste en arrancar de la pieza bruta el excedente ( metal sobrante ) del metal por medio de herramientas de corte y maquinas adecuadas. Los conceptos principales que intervienen en el proceso son los siguientes: metal sobrante, profundidad de corte, velocidad de avance y velocidad de corte. METAL SOBRANTE ( SOBREESPESOR ). Es la cantidad de material que debe ser arrancado de la pieza en bruto, para conseguir la configuración geométrica, dimensiones, precisión y acabados requeridos. La normalización de sobreespesores en la elaboración de piezas es importante, pues si se tiene una cantidad excesiva del material sobrante, originará un mayor tiempo de maquinado, un mayor desperdicio de material y como consecuencia aumentará el costo de fabricación. PROFUNDIDAD DE CORTE. Se denomina profundidad de corte a la profundidad de la capa arrancada de la superficie de la pieza en una pasada de la herramienta; generalmente se designa con la letra “ t “ y se mide en milímetros en sentido perpendicular entre las superficies a trabajar y la obtenida. En las maquinas donde el movimiento de la pieza es giratorio (Torneado y Rectificado) o de la herramienta ( Mandrinado ), la profundidad de corte se determina según la fórmula: t = Di Df - 2 en donde: Di = Diámetro inicial de la pieza ( mm ). Df = Diámetro final de la pieza ( mm ).
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PROCESOS DE MANUFACTURA POR ARRANQUE DE VIRUTA
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PROCESOS DE MANUFACTURA POR ARRANQUE DE VIRUTA
El objetivo fundamental en los Procesos de Manufactura por Arranque de Viruta es
obtener piezas de configuración geométrica requerida y acabado deseado. La operación
consiste en arrancar de la pieza bruta el excedente ( metal sobrante ) del metal por medio
de herramientas de corte y maquinas adecuadas.
Los conceptos principales que intervienen en el proceso son los siguientes: metal
sobrante, profundidad de corte, velocidad de avance y velocidad de corte.
METAL SOBRANTE ( SOBREESPESOR ). Es la cantidad de material que debe ser
arrancado de la pieza en bruto, para conseguir la configuración geométrica, dimensiones,
precisión y acabados requeridos. La normalización de sobreespesores en la elaboración de
piezas es importante, pues si se tiene una cantidad excesiva del material sobrante,
originará un mayor tiempo de maquinado, un mayor desperdicio de material y como
consecuencia aumentará el costo de fabricación.
PROFUNDIDAD DE CORTE. Se denomina profundidad de corte a la profundidad de la
capa arrancada de la superficie de la pieza en una pasada de la herramienta; generalmente
se designa con la letra “ t “ y se mide en milímetros en sentido perpendicular entre las
superficies a trabajar y la obtenida.
En las maquinas donde el movimiento de la pieza es giratorio (Torneado y Rectificado)
o de la herramienta ( Mandrinado ), la profundidad de corte se determina según la
fórmula:
t = Di Df−
2
en donde:
Di = Diámetro inicial de la pieza ( mm ).
Df = Diámetro final de la pieza ( mm ).
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En el caso de trabajar superficies planas ( Fresado, Cepillado y Rectificado de
superficies planas ), la profundidad de corte se obtiene de la siguiente forma:
t = E - e ( mm )
en donde:
E = espesor inicial de la pieza ( mm ).
e = espesor final de la pieza ( mm ).
VELOCIDAD DE AVANCE. Se entiende por Avance al movimiento de la herramienta
respecto a la pieza o de esta última respecto a la herramienta en un periodo de tiempo
determinado.
El Avance se designa generalmente por la letra “ s “ y se mide en milímetros por una
revolución del eje del cabezal porta-pieza o porta-herramienta, y en algunos casos en
milímetros por minuto.
VELOCIDAD DE CORTE. Es la distancia que recorre el filo de corte de la
herramienta al pasar en dirección del movimiento principal ( Movimiento de Corte )
respecto a la superficie que se trabaja. El movimiento que origina la velocidad de corte
puede ser rotativo o alternativo; en el primer caso, la velocidad de corte o velocidad
lineal relativa entre pieza y herramienta corresponde a la velocidad tangencial en la zona
en que se esta efectuando el desprendimiento de la viruta, es decir, donde entran en
contacto herramienta y pieza y debe medirse en el punto más desfavorable. En el segundo
caso, la velocidad relativa en un instante dado es la misma en cualquier punto de la
pieza o la herramienta.
En el caso de maquinas con movimiento giratorio ( Torno, Taladro, Fresadora, etc. ), la
velocidad de corte esta dada por:
Vc = π D n ( m/min ) o ( pies/min ).
en donde:
D = diámetro correspondiente al punto más desfavorable ( m ). n = número de revoluciones
por minuto a que gira la pieza o la herramienta.
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Para máquinas con movimiento alternativo ( Cepillos, Escoplos, Brochadoras, etc. ), la
velocidad de corte corresponde a la velocidad media y esta dada por:
Vc = L
T
en donde:
L = distancia recorrida por la herramienta o la pieza ( m ).
T = tiempo necesario para recorrer la distancia L ( min ).
MAQUINA-HERRAMIENTA Y HERRAMIENTA
La optimización en el proceso de fabricación de piezas en la industria es función de la
maquina-herramienta así como de la herramienta misma, por lo que a continuación se
presentan las características más sobresalientes de cada una de ellas.
MAQUINAS-HERRAMIENTA. Son aquellas máquinas que desarrollan su labor mediante
un utensilio o herramienta de corte convenientemente perfilada y afilada que maquina y
se pone en contacto con el material a trabajar produciendo en éste un cambio de forma
y dimensiones deseadas mediante el arranque de partículas o bien por simple
deformación.
La elección de la maquina-herramienta que satisfaga las exigencias tecnológicas, debe
hacerse de acuerdo a los siguientes factores:
1. Según el aspecto de la superficie que se desea obtener. En relación a la forma de
las distintas superficies del elemento a maquinar, se deben deducir los movimientos
de la herramienta y de la pieza, ya que cada maquina-herramienta posee sus
características que la distinguen y resulta evidente su elección.
2. Según las dimensiones de la pieza a maquinar. Se debe observar si las dimensiones
de los desplazamientos de trabajo de la maquina-herramienta son suficientes para las
necesidades de la pieza a maquinar. Además, se debe tomar en consideración la
potencia que será necesaria durante el arranque de la viruta; la potencia estará en
función de la profundidad de corte, la velocidad de avance y la velocidad de corte.
PROCESOS DE MANUFACTURA POR ARRANQUE DE VIRUTA
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3. Según la cantidad de piezas a producir. Esta sugiere la elección más adecuada entre
las máquinas de tipo corriente, semiautomático y automático ( en general, se emplean
máquinas corrientes para producciones pequeñas y máquinas automáticas para
producciones grandes ).
4. Según la precisión requerida. Con este factor se está en condiciones de elegir
definitivamente la maquina-herramienta adecuada.
CLASIFICACION DE LAS MAQUINAS-HERRAMIENTA
Las maquinas-herramienta se distinguen principalmente por las funciones que desempeñan,
así como el tipo de piezas que pueden producir y en general se pueden dividir tomando
en consideración los movimientos que efectúan durante el maquinado de las piezas. En el
cuadro No. 1 se presenta un resumen de las principales maquinas-herramienta y los
movimientos que realizan, movimiento de trabajo ( principal o de corte ) y de
alimentación ( secundario o de avance ) asumidos por la herramienta o la pieza.
HERRAMIENTAS DE CORTE
Por herramienta se entiende a aquel instrumento que por su forma especial y por su
modo de empleo, modifica paulatinamente el aspecto de un cuerpo hasta conseguir el
objeto deseado, empleando el mínimo de tiempo y gastando la mínima energía.
MATERIALES PARA LAS HERRAMIENTAS DE CORTE
La selección del material para la construcción de una herramienta depende de distintos
factores de carácter técnico y económico, tales como:
1. Calidad del material a trabajar y su dureza.
2. Tipo de producción ( pequeña, mediana y en serie ).
3. Tipo de maquina a utilizar.
4. Velocidad de Corte.
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MOVIMIENTO DE
TRABAJO
MAQUINA
MOVIMIENTO DE
CORTE
REALIZADO POR:
MOVIMIENTO DE
AVANCE
REALIZADO POR:
ROTATORIO
CONTINUO
TORNO PARALELO
TORNO REVOLVER
TORNO AUTOMATICO
TORNO COPIADOR
TORNO VERTICAL
PIEZA
HERRAMIENTA
ROTATORIO
CONTINUO
TALADRO DE:
COLUMNA
RADIAL
MULTIPLE
HERRAMIENTA
HERRAMIENTA
ROTATORIO
CONTINUO
MANDRINADORA HERRAMIENTA HERRAMIENTA O
PIEZA
RECTILINEO
ALTERNATIVO
LIMADORA
CEPILLADORA
ESCOPLEADORA
HERRAMIENTA
PIEZA
HERRAMIENTA
PIEZA
HERRAMIENTA
PIEZA
RECTILINEO
INTERMITENTE
BROCHADORA HERRAMIENTA INCREMENTO DE
LOS DIENTES
ROTATORIO
CONTINUO
FRESADORA:
HORIZONTAL
VERTICAL
UNIVERSAL
HERRAMIENTA
PIEZA
ROTATORIO
CONTINUO
SIERRA DE DISCO HERRAMIENTA HERRAMIENTA
RECTILINEO
CONTINUO
SIERRA CINTA HERRAMIENTA HERRAMIENTA
ROTATORIO
CONTINUO
RECTIFICADORA:
UNIVERSAL
VERTICAL
SIN CENTROS
FRONTAL
HERRAMIENTA
HERRAMIENTA Y
PIEZA
ROTATORIO
ALTERNADO
ROSCADORA HERRAMIENTA HERRAMIENTA
RECTILINEO
ALTERNADO
GENERADORA DE
ENGRANES CON
SISTEMA PFAUTHER
HERRAMIENTA PIEZA
CUADRO No. 1. RESUMEN DE LAS PRINCIPALES MAQUINAS-HERRAMIENTAS.
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Los materiales empleados para herramientas generalmente son:
1.ACEROS.
a ) Al carbono.
b ) Rápidos.
c ) Extra.rápidos.
2.ALEACIONES DURAS ( ESTELITAS ).
3. CARBUROS METALICOS.
4.METERIALES CERAMICOS.
1.ACEROS.
a ) Al carbono. Tienen una porción de carburo que varía entre 0.7 y 1.5 % con una base
de hierro, residuos de manganeso, silicio, fosforo y azufre. Las herramientas construidas
con este material ofrecen ventajas de ser fácilmente maquinables y de bajo costo, pero
presentan la desventaja de pérdida de filo de corte a temperatura de 200-250 oC.
El acero al carbono se emplea para construir herramientas cuando se tienen los siguientes
casos:
1. Producciones en baja escala.
2. Trabajos de acabado a baja velocidad de corte ( entre 10 y 15 m/min ).
En algunos casos a la aleación hierro-carbono se le mezclan otros elementos (con la
fialidad de aumentar la resistencia al desgaste ) tales como: cromo, cobalto, manganeso,
molibdeno, níquel, silicio, tungsteno, vanadio. En estos casos los aceros asumen la
denominación de especiales y pueden emplearse para trabajar a una velocidad de corte de
hasta 25 m/min.
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b ) Rápidos. Se denomina acero rápido a la aleación hierro-carbono con un contenido de
carbono de entre 0.7 y 0.9 % a la cual se le agrega un elevado porcentaje de tungsteno
( 13 a 19 % ), cromo ( 3.5 a 4.5 % ) y de vanadio ( 0.8 a 3.2 % ). Las herramientas
construidas con estos aceros pueden trabajar con velocidades de corte de 60 m/min. a 100
m/min ( variando esto con respecto a la velocidad de avance y la profundidad de corte ),
sin perder el filo de corte hasta una temperatura de 600oC y conservando una dureza
Rockwell de 62 a 64.
c ) Extra-rápidos. Estos aceros están caracterizados por una notable resistencia al desgaste
del filo de corte aún a temperaturas superiores a los 600oC por lo que las herramientas
fabricadas con este material pueden emplearse cuando las velocidades de corte requeridas
son mayores a las empleadas para trabajar con herramientas de acero rápido.
Los aceros extra-rápidos tienen la misma composición que los aceros rápidos, a los
cuales se les añade del 4 al 12 % de cobalto.
2. ALEACIONES DURAS ( ESTELITAS ). Es una aleación cuyos principales
componentes son tungsteno ( 10-20 % ), cromo ( 20-35 % ), cobalto ( 30-35 % ),
molibdeno ( 10-20 % ), pequeños porcentajes de carbono ( 0.5-2 % ) y de hierro hasta 10
%.
Dichas aleaciones son preparadas en forma de pequeñas placas fundidas, las cuales se
sujetan en la extremidad maquinada de un mango de acero al carbono. Las
herramientas construidas con estas aleaciones presentan las siguientes ventajas:
a ) Se pueden trabajar metales duros con altas velocidades de corte ( de 5 a 10 veces
superiores a las velocidades utilizadas con herramientas de acero rápido ).
b ) Conserva los filos de corte a temperaturas hasta de 800oC.
c ) El afilado se realiza fácilmente a la muela como todas las herramientas de acero
rápido y extra-rápido.
3. CARBUROS. Son aleaciones en forma de pequeñas placas obtenidas por sinterización
a temperaturas comprendidas entre 1400oC y 1700
oC. Sus principales componentes son:
carburo de tungsteno ( WC ), carburo de titanio (TiC ) o carburo de cobalto ( CoC ).
En el cuadro No. 2 se dan las composiciones y aplicaciones de los carburos más
comúnmente empleados:
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4. MATERIALES CERAMICOS. Es el producto obtenido por sinterización del óxido de
aluminio combinado con óxido de sodio y óxido de potasio. Estos materiales aleados
con óxido de silicio forman el compuesto para sinterizar a temperaturas próximas a
1800oC.
Las placas de cerámica no resisten cargas de flexión superiores a los 40 kg/mm2, pero
en cambio presentan una gran resistencia a la abrasión; por tal motivo se emplean
especialmente para el maquinado de metales no ferrosos, grafitos, etc.
TIPO COMPOSICION APLICACIONES
S1
78% TUNGSTENO
16% CARBURO DE TITANIO
6% COBALTO
Trabajo a altas velocidades de
corte ( 200m/min ) y pequeños
avances.
S2
76% TUNGSTENO
16% CARBURO DE TITANIO
8% COBALTO
Trabajo con velocidad de corte
media y avances medios.
S3
89% TUNGSTENO
5% CARBURO DE TITANIO
6% COBALTO
Trabajo con velocidad de corte
de 120m/min, buena resistencia
a la flexión y resistencia media al
desgaste .
G1
94% CARBURO DE
TUNGSTENO
6% COBALTO
( GRANO NORMAL )
Trabajo de las fundiciones
( bronce, cobre, latón, aleaciones
ligeras ).
G2
94% CARBURO DE
TUNGSTENO
6% COBALTO
( GRANO FINO )
Trabajo de las fundiciones duras,
aceros templados, materiales
sintéticos.
CUADRO No. 2. COMPOSICIONES Y APLICACIONES DE LOS CARBUROS MAS COMUNMENTE
UTILIZADOS.
TIPOS DE VIRUTAS
A partir de la apariencia de la viruta se puede obtener mucha información valiosa acerca
del proceso de corte, ya que algunos tipos de viruta indican un corte más eficiente que
otros. El tipo de viruta está determinado primordialmente por:
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a ) Propiedades del material a trabajar.
b ) Geometría de la herramienta de corte.
c ) Condiciones del maquinado ( profundidad de corte, velocidad de avance y velocidad de
corte ).
En general, es posible diferenciar inicialmente tres tipos de viruta:
1. Viruta discontinua.
2. Viruta continua.
3. Viruta continua con protuberancias.
Viruta discontinua. Este caso representa el corte de la mayoría de los materiales frágiles
tales como el hierro fundido y el latón fundido; para estos casos, los esfuerzos que se
producen delante del filo de corte de la herramienta provocan fractura. Lo anterior se
debe a que la deformación real por esfuerzo cortante excede el punto de fractura en la
dirección del plano de corte, de manera que el material se desprende en segmentos muy
pequeños. Por lo común se produce un acabado superficial bastante aceptable en estos
materiales frágiles, puesto que el filo tiende a reducir las irregularidades.
Las virutas discontinuas también se pueden producir en ciertas condiciones con
materiales más dúctiles, causando superficies rugosas. Tales condiciones pueden ser bajas
velocidades de corte o pequeños ángulos de ataque en el intervalo de 0o a 10
o para
avances mayores de 0.2 mm. El incremento en el ángulo de ataque o en la velocidad de
corte normalmente elimina la producción de la viruta discontinua.
Viruta continua. Este tipo de viruta, el cual representa el corte de la mayoría de
materiales dúctiles que permiten al corte tener lugar sin fractura, es producido por
velocidades de corte relativamente altas, grandes ángulos de ataque ( entre 10o y 30
o ) y
poca fricción entre la viruta y la cara de la herramienta.
Las virutas continuas y largas pueden ser difíciles de manejar y en consecuencia la
herramienta debe contar con un rompevirutas que retuerce la viruta y la quiebra en
tramos cortos.
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Viruta continua con protuberancias. Este tipo de viruta representa el corte de materiales
dúctiles a bajas velocidades en donde existe una alta fricción sobre la cara de la
herramienta. Esta alta fricción es causa de que una delgada capa de viruta quede cortada
de la parte inferior y se adhiera a la cara de la herramienta. La viruta es similar a la
viruta continua, pero la produce una herramienta que tiene una saliente de metal
aglutinado soldada a su cara. Periódicamente se separan porciones de la saliente y quedan
depositadas en la superficie del material, dando como resultado una superficie rugosa; el
resto de la saliente queda como protuberancia en la parte trasera de la viruta.
FLUIDOS DE CORTE ( REFRIGERANTES )
Para mejorar las condiciones durante el proceso de maquinado, se utiliza un fluido que
baña el área en donde se está efectuando el corte. Los objetivos principales de este
fluido son:
a ) Ayudar a la disipación del calor generado.
b ) Lubricar los elementos que intervienen en el corte para evitar la pérdida del filo de
la herramienta.
c ) Reducir la energía necesaria para efectuar el corte.
d ) Proteger a la pieza contra la oxidación y la corrosión.
e ) Arrastrar las partículas del material ( medio de limpieza ).
f ) Mejorar el acabado superficial.
Las propiedades esenciales que los líquidos de corte deben poseer son los siguientes:
1. Poder refrigerante. Para sePr bueno el líquido debe poseer una baja viscosidad, la
capacidad de bañar bien el metal ( para obtener el máximo contacto térmico ), un alto
calor específico y una elevada conductibilidad térmica.
2. Poder lubrificante. Tiene la función de reducir el coeficiente de rozamiento en una
medida tal que permita el fácil deslizamiento de la viruta sobre la cara anterior de la
herramienta.
Dentro de los fluidos de corte más utilizados se citan los siguientes:
1. Aceites minerales. A esta categoría pertenecen el petróleo y otros productos obtenidos
de su destilación; en general, estos aceites tienen un buen poder refrigerante, pero son
poco lubrificantes y poco anti-soldantes. Se emplean para el maquinado de las
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aleaciones ligeras y algunas veces para las operaciones de rectificado. Tienen la ventaja
de no oxidarse fácilmente.
2. Aceites vegetales. A éstos pertenecen el aceite de colza y otros obtenidos de plantas o
semillas; tienen buen poder lubrificante y también refrigerante, además de tener un
escaso poder anti-soldante. Se oxidan con facilidad por ser inestables.
3. Aceites animales. Pertenecen a éstos el aceite de sebo y otros obtenidos de órganos
animales; como los vegetales, tienen un buen poder lubrificante y refrigerante, pero se
oxidan.
4. Aceites mixtos. Son las mezclas de aceites vegetales o animales y minerales; los
primeros entran en la proporción de 10% a 30%. Tienen un buen poder lubrificante y
refrigerante. Son más económicos que los vegetales.
5. Aceites al bisulfuro de molibdeno. Ofrecen como característica la lubrificación a
elevadas presiones y la de facilitar el deslizamiento de la viruta sobre la cara de la
herramienta; no son adecuados para el maquinado de metales no ferrosos, ya que
originan corrosiones en la superficie de las piezas trabajadas. No obstante, existen los
aceites llamados “ inactivos “ obtenidos con mezclas de bisulfuro de molibdeno y
aceites vegetales o animales.
6. Aceites emulsionables. Se obtienen mezclando el aceite mineral con agua en las
siguientes proporciones:
a ) De 3 a 8% para emulsiones diluidas. Tienen un escaso poder lubrificante; se emplean
para trabajos ligeros.
b ) De 8 a 15% para emulsiones medias. Poseen un discreto poder lubrificante; se
emplean para el maquinado de metales de mediana dureza con velocidades medianamente
elevadas.
c ) De 15 a 30% para emulsiones densas. Presentan un buen poder lubrificante; son
adecuados para trabajar los metales duros de elevada tenacidad. Protegen eficazmente
contra las oxidaciones las superficies de las piezas maquinadas.
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ELECCION DEL FLUIDO DE CORTE
Esta elección se basa en criterios que dependen de los siguientes factores:
a ) Del material de la pieza en fabricación. Para las aleaciones ligeras se utiliza
petróleo; para la fundición, en seco. Para el latón, bronce y cobre, el trabajo se realiza en
seco o con cualquier tipo de aceite que este exento de azufre; para el níquel y sus
aleaciones se emplean las emulsiones. Para los aceros al carbono se emplea cualquier
aceite; para los aceros inoxidables austeníticos se emplean los lubrificadores al bisulfuro
de molibdeno.
b ) Del material que constituye la herramienta. Para los aceros al carbono dado que
interesa esencialmente el enfriamiento, se emplean las emulsiones; para los aceros rápidos
se orienta la elección de acuerdo con el material a trabajar. Para las aleaciones duras, se
trabaja en seco o se emplean las emulsiones.
c ) Según el método de trabajo. Para los tornos automáticos se usan los aceites puros
exentos de sustancias nocivas, dado que el operario se impregna las manos durante la
puesta a punto de la máquina; para las operaciones de rectificado se emplean las
emulsiones. Para el taladrado se utilizan los aceites puros de baja viscosidad; para el
fresado se emplean las emulsiones y para el brochado los aceites para altas presiones de
corte o emulsiones.
CORTE CON SIERRAS
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CORTE CON SIERRAS
El corte de los materiales es un factor importante en los procesos de manufactura, ya que la mayoría de las veces es una operación preliminar y si la preparación de los trozos de material, no se efectúa racionalmente, influye en sentido negativo sobre la producción. Las herramientas utilizadas en las maquinas de corte se llaman sierras, las cuales, por su forma constructiva, son consideradas muy similares a las fresas; pues se caracterizan por poseer una sucesión ordenada de dientes de corte. Existen tres tipos de maquinas utilizadas para el corte de materiales, cada una basada en el movimiento de corte que efectúan. Todas funcionan en tal forma que una sucesión de dientes pasan a través del corte, pero los diferentes tipos varían en facilidad, capacidad y aplicación. La clasificación es la siguiente: 1) Sierras alternativas o de arco. 2) Sierras de disco (circulares) 3) Sierras de cinta o de hoja continua. 1) SIERRAS ALTERNATIVAS O DE ARCO.- Este tipo de sierras se caracterizan por el movimiento alternativo de la hoja de sierra en el corte. El corte se efectúa en una dirección solamente y la sierra no corta durante la carrera de retorno. Todas las sierras alternativas o de arco siguen la misma configuración general: una base y una mesa para soportar las piezas, las cuales permanecen estacionarias durante el corte, y un arco para el montaje y movimiento de la hoja de la sierra. Se utilizan tanto mecanismos de accionamiento mecánico, como hidráulico junto con una gama de velocidad y se emplean dos tipos diferentes de avances. • Avance por gravedad.- En este avance el peso mismo del arco proporciona la presión para el avance de la sierra dentro del corte, para un corte más rápido se puede forzar el arco durante el corte por medio de la utilización de un contrapeso deslizante. • Avance hidráulico.- En este caso, el avance de la sierra dentro del corte es proporcionado
mediante el uso de un pistón hidráulico cuya parte inferior está sujeta ala bancada de la máquina y la flecha que aplica la fuerza está sujeta al arco.
Se dispone de una gran variedad de modelos y tamaños, desde la máquina sencilla de sujeción manual para un solo corte, hasta la máquina completamente automática, con manejo automático de las barras de sujeción y ciclo automático. Aún la más sencilla de las máquinas automáticas, está diseñada para cortar largas barras en trozos cortos sin la constante atención del operador.
CORTE CON SIERRAS
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Las hojas se hacen de acero al carbón, y en algunas ocasiones con aceros aleados con tungsteno ò molibdeno para lograr altas velocidades en el corte. Se fabrican en largos normalizados 30.48 cm. (12”), 35.56 cm. (14”), 40.64 cm. (16”), 60.96 cm (24”), 76.20 cm. (30”). Junto con la longitud de la herramienta, la cual depende de la capacidad de la máquina, es necesario seleccionar adecuadamente el número de dientes por pulgada de la hoja, a continuación se mencionan los de uso más general. 1) Hoja de 4 dientes/pulg. para cortar barras sólidas pesadas. 2) Hoja de 6 dientes/pulg. para cortar acero de máquinas, metales blandos, metales de sección gruesa, bronce, latón, aluminio, etc. 3) Hoja de 10 dientes/pulg. para cortar acero de alta velocidad, acero de herramientas, perfiles pesados, tubos de pared gruesa, hierro fundido, perfiles estructurales pesados, etc. 4) Hoja de 14 dientes/pulg. para cortar aceros para herramientas y aceros de alta velocidad. En la figura 1 se ilustra una sierra de tipo alternativo.
FIG. No. 1 SIERRA ALTERNATIVA
CORTE CON SIERRAS
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RESISTENCIA DEL MATERIAL kg/mm2
HASTA 70 70...100 100 ... 130
V media ............ m/min. V máxima ......... m/min. Número de carreras dobles por minuto con una carrera
de la hoja. 140 mm. 150 160
30 47
106 98 93
20 31.6
73 67 63
14 22
50 47 43
2) SIERRAS CIRCULARES DE DISCO .- Todas las sierras circulares se distinguen por una hoja de sierra circular montada en un eje accionado mecánicamente y que gira a través del centro. Las máquinas de este tipo se dividen en tres clases: La Sierra para cortar “en frío” que tiene una hoja de metal con dientes en la periferia, la máquina cortadora de disco abrasivo, y la sierra de fricción, que utiliza una hoja de metal que puede tener o no dientes. Una sierra típica para corte en frío es capaz de efectuar cortes muy precisos dejando un acabado comparable con el fresado. En comparación, la sierra para corte en frío es la más rígida y potente de los tres tipos de sierras mecánicas, y se utilizan principalmente para operaciones de corte de producción. Su mecanismo engranado permite la aplicación de gran potencia y velocidad de corte. Este tipo de diseño se presta a la automatización y a la combinación con otras máquinas en la maquinaria especial de producción. En las sierras de disco el movimiento fundamental (giratorio) y el de alimentación (avance), lo tiene la herramienta, la cual gira alrededor de su eje y avanza transversalmente hacia el material a cortar. La máquina está constituida esencialmente de la bancada A, sobre la que se desplaza el cabezal porta-herramientas B en donde se coloca la sierra D, que es accionada por la palanca C; también sobre la bancada se encuentra la prensa E que sostiene firmemente a la pieza con ayuda del volante F; en la parte posterior de la maquina, se encuentra la bomba hidráulica G que suministra el refrigerante a la zona de trabajo una máquina de este tipo se ilustra en la figura 2.
CORTE CON SIERRAS
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FIG. 2 SIERRA DE DISCO Los cortadores empleados pueden dividirse en dos tipos distintos: a) Tipo Integral. b) Tipo de Sectores Insertados. Los discos integrales se construyen de diámetro de 20 a 315 mm., con espesores de 0.20 a 6 mm. a fin de que los dientes estén triscados como los de las hojas de sierra, se adelgazan de la periferia hacia el centro. Para discos corrientes, delgados y de pequeño diámetro, es suficiente la forma sencilla del diente agudo, para los de gran rendimiento se prefiere el dentado reforzado y convenientemente perfilado, para facilitar la salida de la viruta y consumir la mínima energía. El afilado de los discos debe hacerse sobre el dorso de cada diente. Para esta operación se emplean maquinas especiales, provistas de un divisor automático que permite el giro de la
CORTE CON SIERRAS
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herramienta en fracciones de vuelta, para presentar cada diente a la muela, la cual a su vez, recibe un movimiento alternativo para el perfilado. Los discos de sectores insertados, por ser de gran diámetro, requieren una técnica constructiva especial, reservada a casas especializadas. Los dientes de estas sierras deben tener un perfil racional a fin de cumplir las exigencias de máxima productividad. Estas sierras en su conjunto, están constituidas por un disco de acero especial tratado, en cuya periferia están dispuestos una serie de sectores dentados (de acero extra-rápido). Dichos sectores van remachados y fijos sobre el disco, de modo que pueden resistir el esfuerzo tangencial que se produce durante el corte. En la figura No.3 puede observarse la forma especial del diente delineado con amplias curvas unidas, de modo que facilite la formación de la viruta. El dentado se compone de dos series de dientes alternados entre sí: Una serie de desbaste 0.2 mm más altos, en forma de cúspide con dos chaflanes a 45º, y una serie de acabado de forma plana, dispuestas sobre el diámetro menor.
FIG. 3 SECTOR PARA INSERTAR El objeto de arrancar viruta queda supeditado a las dos series de dientes del siguiente modo: mientras las primera serie inicia el corte sobre un espesor reducido y sin producir rozamiento sobre los flancos, la segunda lo completa, destacando dos virutas laterales distintas.
CORTE CON SIERRAS
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El número de dientes y el paso, varían según el tipo de material a arrancar y según la forma. La elección puede hacerse refiriéndose al número de dientes de un solo sector según la siguiente clasificación: 1) DENTADO ENTRADO: 3 dientes por sector. Es apto para grandes barras, de sección
cuadrada ó redonda. 2) DENTADO BASTO NORMAL: 4 ÷5 dientes por sector. Es adecuado para barras de
tamaño medio y perfiles especiales. 3) DENTADO SEMIFINO: 6 ÷8 dientes por sector. Es apto para perfiles laminados llenos, de
pequeño diámetro y perfiles de espesor medio. 4) DENTADO FINO: 10 ÷12 dientes por sector. Es adecuado para placas, tubos y perfiles
delgados. Las máquinas de corte por abrasión utilizan un disco muy delgado que es realmente una forma de rueda abrasiva. Las máquinas funcionan a grandes velocidades, unos 3,000 m/min. de velocidad periférica y quitan mucho material, aunque las hojas son muy frágiles y se desgastan, con mucha rapidez, las máquinas especiales de corte por abrasión diseñadas para utilizar rueda de diamante, son valiosas para cortar substancias muy duras no metálicas, así como muchas de las nuevas aleaciones especiales utilizadas en las industria espacial. Las sierras de corte por fricción funcionan a velocidades aún mayores, a más de 6,000 m/min. de velocidad periférica y rápidamente funden o queman al metal que cortan. Las hojas que se emplean en el corte por fricción pueden o no tener dientes. Si se les proporcionan con dientes, estos se utilizan principalmente para transportar oxígeno dentro del corte para quemar el metal. Las sierras para corte “en caliente”, que se emplean en las laminadoras de acero para cortar los tochos mientras están calientes, son también de esta categoría; debido a que combinan potencia y rigidez.
SIERRA DE DISCO VELOCIDAD DE CORTE ( V en m/min. Y AVANCE S en mm/min.)
MATERIAL SIERRAS DE
MESA SIERRAS DE PATÍN Y DE PALANCA
SIERRAS EN CALIENTE
ACEROS SEGÚN SU DUREZA
V 9 ... 30 S10 ... 400
V ... 6000 S.50.250
ZINC Y BRONCES V ... 300 S ... 400
V 200 ... 800 S 300 ... 600
METALES LIGEROS V ... 500 S ... 1000
V ......... 500 S ......... 608
CORTE CON SIERRAS
19
3) SIERRAS DE CINTA.- Las sierras de cinta están constituidas por una delgada y flexible hoja sinfín que pasa a través del corte. Esta hoja o cinta pasa sobre dos ruedas, unas de las cuales proporciona el movimiento y la otra es conducida. Las piezas a cortar se montan en la mesa que se encuentra entre las dos ruedas. Con las máquinas de corte por cinta se pueden cortar barras metálicas hasta de 800 mm φ. Las ventajas que presentan estas maquinas con respecto a las de movimiento alternativo, son las siguientes: 1a. Eliminación del tiempo pasivo de retorno de la hoja. 2a. Eliminación del desgaste debido al calentamiento, ya que la cinta al ser de una longitud de casi 13 veces el diámetro máximo de corte, las 12/13 partes de la cinta recorren una zona de reposo y se enfrían. Esta máquina está provista con un pequeño aditamento para unir la hoja, de manera que se pueda hacer el aserrado de contornos interiores. Esto se hace taladrando la pieza con una broca del diámetro suficiente para recibir la hoja y entonces cortando ésta y volviéndola a unir según se requiera. Las sierras de cinta de trabajo pesado para operación de gran velocidad de corte que utilizan cintas de sierra de acero rápido, tienen muchas aplicaciones para el corte de formas estructurales sólidas y para tubos. Este tipo de máquina conserva muchas de las características universales asociadas con las sierras de cintas, y además puede hacer operaciones de corte de tipo pesado y usar avance automático de las barras, debido a las grandes presiones requeridas para el corte de gran velocidad, la más leve imprecisión de los dientes o el desgaste de la cinta puede ocasionar la desviación de corte, limitando la exactitud del mismo, para reducir este defecto debe emplearse algún tipo descompensado o dispositivo para dirigir la cinta. Algunas de las características de este tipo de máquinas herramienta son : 1) Corta cualquier clase de material, desde el asbesto al zinc, cualquiera que sea su espesor, tenacidad, dureza, resistencia y su carácter más o menos abrasivo. En esta máquina, se pude cortar acero, goma, piedra y plásticos. 2) Corta todo el tiempo, porque emplea una cinta sinfín, con millares de dientes agudos que se mueven en una dirección, no hay carrera de retorno, lo que significa que no hay tiempo perdido en carreras durante las cuales no hay acción de corte. 3) Corte directamente, siguiendo las líneas de trazo, debido a que no existe vibración por parte de la cinta de corte, es fácil seguir la pieza contra la sierra de cinta siguiendo unas líneas de trazo, ya sea haciendo piezas tridimensionales o confirmando piezas iguales en una sola operación. 4) Esta máquina, usando la herramienta de cinta adecuada, puede aserrar, limar, y pulir la pieza para su acabado. 5) Esta máquina-herramienta ofrece visibilidad completa y permite al operario vigilar el progreso de la operación, mientras sigue las líneas de trazo. La sierra de cinta para el corte de metales se fabrica en varios tamaños, que permiten trabajar piezas cuyas dimensiones varían entre 200 x 400 mm. y 600 x 1500 mm.
CORTE CON SIERRAS
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La mayor parte de las máquinas disponen de velocidades variables, pero algunas están equipadas con velocidades fijas. Las máquinas de velocidad variable tienen un rango de 10 a 300 m/min. Lo que permite un corte eficaz de toda clase de materiales. Algunas máquinas están accionadas hidraúlicamente, otras manualmente. Los términos corrientes, tales como: sierras de cinta, cintas para limar y pulir indican tipos específicos de herramientas utilizadas en la sierra de cinta. Hay 4 funciones en una herramienta de cinta que la diferencian de todas las demás herramientas de corte. 1) Proporcionan una acción de corte continua. 2) Corta directamente según líneas de trazo interiores o exteriores. 3) No hay limitación en la longitud de corte. 4) Separa material en secciones. TIPOS DE HOJAS De los diversos tipos de hojas que se fabrican para fines industriales, se hace mención a continuación de algunos de ellos :
TIPO DE HOJA USOS GENERALES De precisión Metales ferrosos, no ferrosos, y sus aleaciones
en algunos casos madera y plásticos. De fricción Metales de gran dureza, acero inoxidable,
aleaciones de cromo, vanadio. De dientes de estribo Madera, plástico, metales no ferrosos. De dientes de uña Metales y aleaciones ligeros, madera. De dientes de zig – zag Materiales blandos. De filo de cuchillo Materiales blandos y fibrosos. Con temple de resorte Metales ligeros, aluminio y magnesio. De filo de hélice Metales y aleaciones ligeras, corta en cualquier
dirección sin necesidad de dar giros a la pieza. De dientes de diamante Materiales duros y frágiles. TÉRMINOS DE LAS HERRAMIENTAS DE CINTA. DIENTE.- Es la parte de la herramienta de cinta que ejecuta la operación de corte. La operación de hacer estos dientes se llama dentado.
CORTE CON SIERRAS
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CARA DEL DIENTE.- Es la superficie del diente sobre la cual choca la viruta al separarse de la pieza.
DORSO DEL DIENTE.- Se le llama así a la superficie opuesta de la cara.
GARGANTA DEL DIENTE.- Es la cavidad formada en la base curvada del diente entre la cara y el dorso del diente siguiente. Trabaja separando las virutas del corte. SESGO DEL DIENTE.- Es la mayor o menor inclinación dada al diente para crear un desahogo lateral en el cuerpo de la cinta mientras corta a través del material. TIPOS DE SESGADO. TIPO RASPADOR.- Es aquel que tiene un diente sin sesgo, seguido de dos con sesgo opuesto. TIPO ONDULADO.- Es aquel que tiene un diente sin sesgo, seguido de tres dientes con sesgo a la derecha y los siguientes tres con sesgo a la izquierda. SESGADO RECTO.- Todos los dientes están dispuestos simétricamente, con un diente a la derecha seguido de un diente a la izquierda.
TORNEADO
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T O R N E A D O El torneado es una operación con arranque de viruta que permite la elaboración de piezas de revolución (cilíndricas, cónicas y esféricas), mediante el movimiento uniforme de rotación alrededor del eje fijo de la pieza. Mediante el torneado se pueden generar diferentes tipos de superficies, tales como: cilíndricas externas e internas, cónicas externas e internas. Durante el torneado se llevan a cabo tres movimientos relativos entre pieza y herramienta, que permiten se realice la operación, estos son: Movimiento principal o de corte.- Este movimiento es giratorio constante y lo posee la pieza a trabajar. Movimiento de avance.- Este movimiento es rectilíneo que obliga a la herramienta a desplazarse a lo largo de la superficie del material, para encontrar siempre nuevo material a cortar. Movimiento de penetración.- Es el movimiento que determina la profundidad de corte al empujar la herramienta hacia el interior de la pieza, y regular así la profundidad de cada pasada y la sección de la viruta.
FIG. No. 1 MOVIMIENTOS EN EL TORNEADO.
TORNEADO
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En el torno se pueden efectuar las operaciones siguientes: Torneado Cilíndrico exterior o cilindrado. Este se puede efectuar con o sin contrapunto, dependiendo de la longitud de la pieza, esta operación se realiza con pasadas de desbaste y de afinado.
FIG. No. 2 CILINDRADO EXTERIOR Torneado cilíndrico interior o mandrinado.- Este se efectúa con herramienta acordada o usando una barra para interiores, con pasadas de desbaste y afinado.
FIG. No. 3 CILINDRADO INTERIOR
Refrentado o careado.- Mediante esta operación se logra que las caras frontales queden planas y normales al eje de la pieza, se realiza con pasadas de desbaste y afinado.
TORNEADO
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FIG. No. 4 REFRENTADO FIG. No 5 TORNEADO CÓNICO
Torneado cónico.- Esta operación se puede realizar con el desplazamiento del contrapunto ó con la rotación del carro porta-herrmienta, se efectúa con pasadas de desbaste y de afinado. Roscado o fileteado.- Consiste en generar una rosca con un paso determinado, ya sea exterior o interior, esto se hace utilizando el husillo de roscar con la caja de engranes de roscar, y en algunas ocasiones se utilizan herramientas como el machuelo y la tarraja en diámetros pequeños. Tronzado.- Es la operación final que se realiza en el torneado, cuya finalidad es la de separar la pieza ya maquinada del resto del material.
FIG. No. 6 TRONZADO
TORNEADO
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En el torno se pueden efectuar algunas otras operaciones como: moletear, taladrar, rimar, rectificar, fresar. HERRAMIENTAS PARA TORNEAR. Las herramientas usadas en el torneado son de tipo monocortantes, y normalmente constituidas por una barra de sección cuadrada ó rectangular, generalmente llamadas buriles o cuchillas y en algunos trabajos se usan barras de sección circular. La elección de la herramienta está en función del tipo de material a trabajar ya que la parte cortante de la herramienta debe tener una dureza superior a éste. La construcción de la punta cortante de la herramienta para torneado se muestra en la figura No. 7, y generalmente consta de: 1) Superficie frontal o de ataque 4) Vértice 2) Superficie principal o de incidencia 5) Arista de corte auxiliar 3) Superficie auxiliar 6) Arista de corte principal
FIG. No. 7 PUNTA CORTANTE DE LA HERRAMIENTA PARA TORNO.
Durante el torneado se generan dos superficies en la pieza que se maquina: Superficie de corte (Sc); es la superficie que se forma debajo del filo. Superficie de trabajo (St); es la superficie que se obtiene en la pieza mediante el proceso de corte.
TORNEADO
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En la figura No. 8 se muestran ambas superficies así como los ángulos principales. Los ángulos principales que se forman entre las superficies de la pieza y las superficies de la herramienta son: Ángulo de incidencia (α), es el formado por la superficie de corte y la incidencia. Ángulo de filo (β), se encuentra entre las superficies de incidencia y de ataque. Ángulo de ataque (γ), es el ángulo formado entre la normal a la superficie de corte y la superficie de ataque. Ángulo de corte (δ), está formado entre la superficie de ataque y la superficie de corte. Estos ángulos se ilustran en la figura No. 8 tanto para una herramienta de filo frontal (A) como para una herramienta de filo lateral (B).
FIG. No. 8 ÁNGULOS PRINCIPALES, Sc y St
Otros ángulos importantes en el afilado de la herramienta son: Ángulo de posición (χ), es el formado por la arista de corte principal con la superficie de trabajo. Cuando el ángulo de posición es grande, el ancho de la viruta es pequeño y la fuerza de corte se reparte sobre un pequeño trozo de la herramienta, la cual sufre un trabajo muy fuerte y dura poco. Un ángulo de posición pequeño da lugar para la misma profundidad de corte, a que la viruta sea ancha, dando lugar a un esfuerzo de flexión grande, sobre todo cuando la pieza es larga y delgada. El caso más general es cuando el ángulo de posición es de 45º. Ángulo de punta (ε), es el formado por la arista principal y la arista auxiliar, el cual suele valer 90º, cuando una herramienta tiene un ángulo de punta pequeño se desafila rápidamente. Los ángulos de posición y de punta se ilustran en la figura No. 9.
TORNEADO
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FIG. No. 9 ÁNGULO DE POSICIÓN Y DE PUNTA DE LA HERRAMIENTA a) ANG. DE POSICIÓN GRANDE, b) ANG. DE POSICIÓN PEQUEÑO c) ANG. DE POSICIÓN NORMAL (45º). Dirección de corte.- La pieza a trabajar puede ser torneada haciendo avanzar la herramienta hacia la derecha o hacia la izquierda. En el primer caso, la herramienta vista desde la parte cortante y con la arista auxiliar hacia arriba, presenta la arista principal (o filo principal) a la izquierda, se le llama por tanto herramienta a la izquierda (A). En el segundo caso la herramienta presenta la arista principal a la derecha y por esto se llama herramienta derecha (B). Ambos casos se ilustran en la figura No. 10.
FIG. No 10 DIRECCIONES DE CORTE.
TORNEADO
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La forma de las herramientas para torneado varia sensiblemente según la forma de la pieza a trabajar y el tipo de operación a efectuar, para distinguirlas entre sí, toman diversas denominaciones dependiendo de: 1.- De la forma de la punta: la cual puede ser de uña, de corte, de pasada, etc. 2.- De la forma del cuerpo; el cual puede ser recto, de cuello de cisne, curvado, de costado o acodado. 3.- De la posición del filo de corte respecto al eje del cuerpo; a la derecha, a la izquierda. 4.- Del tipo de trabajo que la herramienta debe realizar; de desbaste, de acabado, de tronzar, etc. A continuación se muestra esquemáticamente algunas de estas herramientas.
HERRAMIENTAS PARA DESBASTE
A.- Recta, derecha para cilindrar, B.- Acodada, derecha para cilindrar, C.- De bisel, derecha para cilindrar, D.- Acodada, derecha para refrentar.
HERRAMIENTAS PARA ACABADO.
TORNEADO
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A.- De uña, simétrica para cilindrar, B.- De una, acodada derecha para cilindrar, C.- De cuchillo, derecha para refrentar, D.- De cuchillo, acodada para refrentar, E.- De refrentar.
HERRAMIENTAS DE FORMA
A.- De tronzar, B.- Para entallar derecha, C.- Para entallar central D.- Para filetear, E.- Para radios convexos, F.- Para radios cóncavos.
HERRAMIENTAS PARA TORNEADO INTERIOR
A.- Acodada derecha, para agujeros pesados, B.- Recta derecha para agujeros ciegos, C.- Acodada para ranuras interiores, D.- De garfio, para fileteado interior.
TORNEADO
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MAQUINAS PARA TORNEAR. Las máquinas que permiten la transformación de un sólido indefinido, haciéndolo girar alrededor de su eje y arrancándole periféricamente material, a fin de transformarlo en una pieza, bien definida, se denominan tornos. Los tipos de tornos empleados en la Industria son muy numerosos y se distinguen entre si por la forma, tamaño, precisión, potencia, etc. A continuación se da la clasificación más general de los tornos y se describirán brevemente los tipos principales. Paralelo Vertical * De una torreta * De doble torreta
T O R N O S Revolver * Con cabezal cilíndrico * Con cabezal prismático vertical Automático TORNO PARALELO Esta máquina se caracteriza por tener el eje de giro del plato porta pieza en posición horizontal; debido a lo anterior también se le llama Torno Horizontal, es la máquina herramienta más utilizada en los procesos de manufactura aunque no presenta grandes posibilidades para trabajos en serie por la dificultad que presenta para el cambio de las herramientas. En la figura No.11 se ilustra esta máquina señalando sus partes principales que son: 1.- Bancada. 2.- Cabezal fijo. 3.- Carro principal. 4.- Contrapunto o cabezal móvil. 5.- Carro porta-herramienta. 1.- Bancada.- Es una pieza compacta de fundición que lleva en su parte superior y en toda su longitud libre las guías que alinean a la izquierda el cabezal fijo, al centro, el carro principal, y a la derecha, el contrapunto. Las guías constituyen la parte mas delicada de la bancada y pueden ser: a) De cola de milano b) Planas c) Trapezoidales o prismáticas Las guías prismáticas, son las más empleadas, pues presentan la ventaja de impedir deslizamientos laterales del carro y garantizan la perfecta alineación de los puntos.
TORNEADO
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2.- Cabezal fijo.- Se encuentra montado sobre la bancada, y comprende el árbol principal, cuya finalidad es la de sostener el plato que sirve para sujetar la pieza a trabajar. Existen cabezales que contienen directamente distintos pares de engranajes convenientemente programados, que permiten un cambio fácil del número de revoluciones mediante palancas exteriores; y en ocasiones el cabezal puede recibir el movimiento de un cambio de velocidades separado dispuesto debajo. 3.- Carro principal.- Puede desplazarse longitudinalmente sobre las guías de la bancada para Proporcionar el movimiento de avance de la herramienta.Un carro secundario puede deslizarse transversalmente, por lo que la herramienta puede moverse según una línea oblicua, o sea como resultante de los movimientos mencionados, longitudinal y transversal.
4.- Contrapunto o cabezal móvil.- Está montado sobre las guías de la bancada y tiene como función sujetar a las piezas que giran, se utiliza preferentemente en piezas largas o cuando se desea evitar las variaciones del extremo de la pieza durante el movimiento giratorio. Puede desplazarse a lo largo de la bancada y fijarse en la posición más conveniente en relación a la pieza a maquinar.
FIG. No. 11 TORNO PARALELO O TAMBIÉN LLAMADO TORNO HORIZONTAL
TORNEADO
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5.- Carro Porta-Herramienta.- Está montado sobre el carro principal y como su nombre lo indica lleva sujeta a la herramienta de corte, dicha sujeción se hace de diversas formas dependiendo del fabricante y en ocasiones sujeta a más de una herramienta. Otro componente importante del torno es la caja de avances, que se encuentra situada en el lado izquierdo del torno debajo del cabezal fijo y tiene por objeto comunicar el movimientodel árbol principal del cabezal y husillo de roscar y a la barra de cilindrar, imprimiéndoles un número de revoluciones que dependen de los distintos juegos de engranes predispuestos en serie en la caja, lo que se traduce en la velocidad de avance de la herramienta. En el torno paralelo se pueden utilizar los siguientes accesorios dependiendo del tipo de pieza que se trabaje: Plato Universal de dos o tres mordazas. Plato Independiente de cuatro mordazas. Luneta fija y Luneta móvil o viajera. Plato de arrastre, Brida de arrastre ( perro de arrastre). Las dimensiones con las cuales se define básicamente la capacidad (en cuanto a dimensiones) de un torno paralelo son : 1.- Diámetro máximo de la pieza a trabajar (volteo). 2.- Longitud máxima de la pieza a trabajar (distancia entre centros). TORNO REVOLVER. Este tipo de torno se emplea para producción en serie, existen de muy diversos tipos y tamaños, algunos de ellos están diseñados para fabricar piezas procedentes de barra, en este caso tienen el árbol principal hueco, están provistos de dispositivos de sujeción mediante boquillas cónicas de expansión y de otro dispositivo para avance de la barra cuando la boquilla se abre. También hay tornos revolver que permiten el maquinado d piezas previamente estampadas o fundidas, para lo cual se tienen los platos especiales que permiten la rápida sujeción de la pieza. El torno revolver se caracteriza por estar previsto del carro longitudinal normal con su torreta porta-herramienta y además posee un segundo carro longitudinal que lleva una torreta porta-herramienta hexagonal giratoria. En ambas torretas se colocan las herramientas en forma ordenada según el tipo de pieza a maquinar.
TORNEADO
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FIGURA No.12 TORNO REVOLVER
A) BANCADA B) CABEZAL MOTOR C) PLATO PORTA PIEZA D) PORTA-HERRAMIENTAS GIRATORIO PARA FIJAR CUATRO HERRAMIENTAS E) CARRO TRANSVERSAL F) PUENTE DEL CARRO LONGITUDINAL G) VOLANTE DE MANDO DEL CARRO TRANSVERSAL H) VOLANTE DEL MANDO DEL CARRO LONGITUDINAL I) CREMALLERA PARA EL AVANCE DE CARRO LONGITUDINAL L) PALANCA DEL EMBRAGUE DE LA BARRA DE CILINDRAR M) CAJA DE CAMBIOS PARA LOS AVANCES AUTOMÁTICOS N) BARRA DE CILINDRAR (PARA AVANCES AUTOMATICOS) O) PROTECCIÓN DE LA CORREA DE TRANSMISIÓN P) TORRETA REVOLVER Q) CARRO DEL REVOLVER R) PALANCA DE MANDO DEL AVANCE DEL CARRO REVOLVER S) PATÍN FIJO SOBRE CUYAS GUÍAS SUPERIORES SE MUEVE EL CARRO DEL REVOLVER Q.
T) GUÍAS DE LA BANCADA SOBRE LAS QUE DESLIZAN EL PUENTE DEL CARRO LATERAL F Y EL PATIN FIJO S. U) TORNILLOS DE AJUSTE DE LA CARRERA DELCARRO DEL REVOLVER, UNO PARA CADA UNA DE LAS HERRAMIENTAS FIJADAS EN LATORRETA REVOLVER
TORNEADO
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En un torno, revolver pueden realizarse casi todas las operaciones de torneado, ya que en el maquinado de las piezas es necesario utilizar sucesivamente diversas herramientas de corte. Existen tornos revolver de árbol horizontal como el que se ilustra en figura No. 12 y tornos revolver de árbol vertical. TORNO VERTICAL Esta máquina se caracteriza por tener el eje de giro del plato porta pieza en posición vertical, este tipo de torno es empleado para el maquinado de piezas pesadas de gran diámetro y longitud relativamente pequeña, se pueden generar superficies exteriores e interiores, cilíndricas y cónicas. Las dimensiones principales de los tornos verticales son el diámetro y la altura máxima de la pieza, existen tornos que pueden maquinar piezas de 6 m de diámetro y aún mayores. Para un mejor aprovechamiento de este tipo de torno, se fabrican con un cabezal revolver y dos porta-herramientas, uno con movimiento horizontal y otro con movimiento vertical, como el que se ilustran en la figura No. 13. Los tornos verticales pueden ser de uno o dos montantes. TORNO AUTOMÁTICO Son aquellas máquinas-herramienta en las que después de ponerse en marcha, todos los movimientos del ciclo de maquinado de las piezas, así como la alimentación del material a maquinar y la extracción de la pieza terminada se efectúa sin la intervención del operario. Los movimientos principales de este tipo de tornos están controlados automáticamente y son: 1.- Avance del material (generalmente barras), originado por un contra peso. 2.- Movimiento de rotación del árbol principal. 3.- Movimiento de rotación del árbol de levas, sincronizado con el movimiento de rotación del árbol principal. 4.- Movimiento de avance longitudinal del cabezal móvil. Dentro de este grupo de tornos se encuentra una gran variedad de ellos, pero una clasificación general es en cuanto al número de husillos, los hay de un husillo y de varios husillos. Además de los cuatro tipos de tornos mencionados, se hace notar que existe una gran variedad de tornos especiales llamados de esta manera ya que han sido diseñados para el maquinado de cierto tipo de piezas, por ejemplo: Tornos copiadores, Tornos al aire, Tornos roscadores, Tornos destalonadores, etc.
TORNEADO
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FIG. No. 13 TORNO VERTICAL A) Bastidor o Montante E y F) Carros porta-herramienta B) Base G) Torreta porta-herramienta giratoria C) Plataforma Giratoria de cinco posiciones D) Travesaño H) Carro porta-herramienta transversal I) Soporte
TORNEADO
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CALCULO DE PARÁMETROS
Potencia efectiva utilizada durante la operación expresada en C. V.
Ne = Nuη
Donde : Nu = Potencia útil de la máquina C.V. η= Rendimiento mecánico de la máquina.
Nu = FcVc
4500 C. V.
Donde : Fc = Fuerza de corte Kg. Vc = Velocidad de corte m/min. Fc = qσs q = Sección de viruta mm2 σs = Esfuerzo unitario de corte Kg / mm2
Nu = q
C Vσ sVc 4500
. .
Por lo tanto Ne = q sVcσ
η4500 C.V.
q = ts t = Profundidad de corte para una pasada mm. s = Avance de la herramienta mm / rev. Tiempo de maquinado. La expresión general para determinar el tiempo de maquinado se presenta a continuación :
Tp = L
ns (min)
L = Longitud a maquinar en mm n = Número de revoluciones de la pieza RPM. s = Avance de la herramienta mm / rev. Esta expresión se vera afectada por el número de pasadas m
m = Pr .
Pr .
of decorte total dedesbasteodeafinado
of decorte parcial dedesbasteodeafinado
El valor de m siempre deberá ser un número entero, ya que no hay fracciones de pasada.
TORNEADO
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Por lo tanto : T = L
nsm min
Esta expresión también se puede representar de la siguiente manera :
T = n
nm' min
Donde: n’ = Número de revoluciones necesarias para realizar una carrera completa y es igual a :
n’ = L
S
Como el torneado se realiza en dos etapas como es el desbaste y el afinado, habrá que determinar dos tiempos; tiempo de desbaste y el tiempo de afinado, utilizando para cada uno de sus parámetros correspondientes, finalmente se sumarán estos tiempos para obtener el tiempo de maquinado para la operación de torneado. Ejemplo: Calcular la potencia efectiva y el tiempo de maquinado empleado en tornear una flecha de 101.6 mm de diámetro exterior y se pretende reducir a un diámetro final de 76 mm. en un material que tiene un esfuerzo unitario al corte de 150 Kg/mm2 y una longitud de 150 mm, se considerará un rendimiento mecánico del 85%. Los valores de la velocidad de corte y del avance son los siguientes.
Pt
Df Di
L
TORNEADO
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Para desbaste Vc = 110 m
min S = 0.3
mm
rev
Para afinado Vc = 225 m
min S = 0.1
mm
rev
Antes de hacer cualquier cálculo se procede a establecer la forma en que se hará el torneado, lo cual se hace de la siguiente forma.
Pt = Di Df−2
Que se le llamará profundidad de corte total o sea todo lo que hay que quitarle a la pieza.
Pt = Di Df−2
=1016 76
2
. − = 256
2
.= 12.8 mm
Estos 12.8 mm se retirarán de la siguiente manera En el Desbaste 12 mm En el Afinado 0.8mm En el Desbaste se harán tantas pasadas como sean necesarias según los siguientes factores: El volumen de material a remover, la potencia de la máquina a utilizar y por supuesto el tiempo, por lo que se deberán hacer las mínimas posibles. El valor de la profundidad de corte para una pasada se recomienda que tenga el siguiente valor; de 0.3 mm a 5 mm.
De donde m = Pr .
Pr .
of corte total dedesbaste
of corte parcial dedesbaste = 12
3
mm
mm= 4 Pasadas
El valor de 3 mm cae dentro del rango establecido. En el Afinado se harán de 2 a 3 pasadas, dependiendo de el acabado superficial que se desea obtener, y cuando éste no es de muy buena calidad o bien la pieza será sometida a un maquinado posterior se podría dar una solo pasada. El valor de la profundidad de corte para una pasada se recomienda que tenga un valor máximo de 0.3 mm.
De donde m = Pr .
Pr .
of corte total deafinado
of corte parcial deafinado =
08
0 266
.
.
mm
mm= 3 Pasadas
Cálculo de la potencia efectiva de desbaste la cual será la máxima por lo que no es necesario determinar la potencia efectiva para el afinado.
TORNEADO
39
Ne = q sVcσ
η4500=
( )( )( )( )( )
0 9 150 100
4500 085
2 2. / /
.
mm kg mm m min= 3.88 C.V.
q = t s = (3 mm)(0.3mm/rev) = 0.9 mm2 Cálculo del tiempo durante las operaciones de desbaste: Se calcula el número de revoluciones por minuto a las cuales gira la pieza, para lo cual se parte de la expresión general de la velocidad de corte.
Vc = πDn n = Vc
Diπ= ( )( )
110
31416 01016
m min
m
/
. .= 344.63 RPM
T = L
nsm = ( )( ) ( )150
344 63 0 34
mm
RPM mm rev. . / = 5.80 min.
Cálculo del tiempo durante las operaciones de afinado: El número de revoluciones por minuto a las que girará la pieza deberá ser mayor que en el desbaste. El diámetro que tendrá la pieza será muy cercano al diámetro final, y será igual al diámetro inicial menos lo que se le haya retirado durante las operaciones de desbaste.
Dx = Di - 24 = 101.6 - 24 = 77.6 mm
n = Vc
Dxπ= ( )( )
225
31416 0 0776
m min
m
/
. .= 922.96 RPM
T = L
nsm = ( )( ) ( )150
922 96 013
mm
RPM mm rev. . /= 4.87 min
Tiempo Total = Tdesbaste + Tafinado = 5.80 + 4.87 = 10.66 min. Ejemplo: A una barra hueca que tiene un diámetro interior de 38.1 mm se le agrandará este diámetro hasta 55.5 mm en una longitud de 120 mm, el material tiene un esfuerzo unitario al corte de 120 kg/mm2, el rendimiento mecánico de la máquina se considera de 85% y se dan los siguientes valores de la velocidad de corte y del avance. Calcular la potencia efectiva y el tiempo de maquinado.
TORNEADO
40
L
Pt
Di Df
Para desbaste Vc = 90 m
min S = 0.3
mm
rev
Para afinado Vc = 220 m
min S = 0.1
mm
rev
En la solución de este ejemplo se seguirán los mismos pasos del ejemplo anterior.
Pt = Di Df−2
= como Df > Di
Pt = Di Df−2
=555 381
2
. .− = 17 4
2
.= 8.7 mm
Estos 8.7 mm se retirarán de la siguiente manera En el Desbaste 8.2 mm En el Afinado 0.5 mm Desbaste: Rango de profundidad de corte para una pasada (0.3 - 5 mm)
m= 8 2
2 05
.
.
mm
mm= 4 pasadas
Afinado: Valor máximo de la profundidad de corte para una pasda 0.3 mm
TORNEADO
41
m= 05
0 25
.
.
mm
mm= 2 pasadas
Cálculo de la potencia efectiva desbaste, siendo esta la máxima.
Ne=q sVcσ
η4500=
( )( )( )( )( )
0 615 120 90
4500 085
2 2. / /
.
mm kg mm m min=1.73 C.V.
q = t s = (2.05mm)(0.3mm/rev) = 0.615 mm2 Cálculo del tiempo durante las operaciones de desbaste
Vc = π Dn n = Vc
Diπ = ( )( )
90
31416 0 381
m min
m
/
. .= 751.94 RPM
T = L
n sm = ( )( )
120
75194 0 3
mm
RPM mm rev. . /(4) = 2.12 min
Cálculo del tiempo durante las operaciones de afinado. El diámetro que tiene la pieza en el momento en que se iniciará el afinado será: Dx = Di + 16.4 = 54.5 mm
n = Vc
Dxπ= ( )( )
220
31416 0 0545
m min
m
/
. .= 1284.97 RPM
T = L
n sm = ( )( )
120
1284 97 01
mm
RPM mm rev. . /(2) = 1.86 min
Tiempo total = T Desb + T Afinado = 2.12 + 1.86 = 3.98 min. REFRENTADO: Para calcular el tiempo invertido en esta operación se sigue el procedimiento anterior con algunas variantes como son:
TORNEADO
42
- La profundidad de corte total se obtendrá de la diferencia de la longitud inicial menos la longitud.inicial menos la longitud final ( tener presente si se va a carear de uno o ambos extremos).
- Del valor anterior se deberán obtener el número de pasadas. (Las cuales deberán ser las menores posibles en el desbaste y se hará una sola para el afinado.
- La longitud (L) que interviene para el cálculo del tiempo será igual al radio de la pieza a maquinar.
D
L
FRESADO
43
F R E S A D O
El fresado es un proceso de fabricación con arranque de viruta, mediante el cual se maquinan superficies en piezas de diversas formas y dimensiones, lo cual se efectúa con una herramienta llamada fresa. La fresa es una herramienta multicortante, es decir, está constituida por varios filos de corte dispuestos radialmente sobre una circunferencia. Al girar, la herramienta arranca de la pieza que avanza con movimiento rectilíneo, virutas de dimensiones relativamente pequeñas. Cada filo penetra en la pieza como si fuese un cincel y arranca una viruta en forma de coma. Esto se ilustra en la Fig. 1.
FIG. 1 ILUSTRACION DE UN FRESADO
FRESADO
44
Movimientos relativos entre pieza y herramienta. Los movimientos relativos entre pieza y herramienta que hacen posible se realice el fresado son: Movimiento de avance (s). Que es un movimiento rectilíneo que posee la pieza, con el objeto que la herramienta encuentre nuevo material que arrancar. Movimiento de penetración (t). Que es un movimiento rectilíneo el cual regula la profundidad de corte sobre el material, normalmente este movimiento lo posee la pieza, y en algunas ocasiones lo puede presentar la herramienta (en algunas fresadoras verticales). Forma de trabajar de las fresas. El fresado puede efectuarse de dos formas diferentes, según la herramienta utilizada. Fresado Cilíndrico.- La rotación de la herramienta en este fresado se efectúa alrededor de un eje paralelo a la superficie de la mesa, Fig. 2.
FIG. 2 FRESADO CILINDRICO
FRESADO
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Fresado Frontal.- La rotación de la herramienta se efectúa alrededor de un eje perpendicular a la superficie de la mesa Fig. 3. Los filos cortantes (c) están dispuestos sobre la superficie exterior de la herramienta y además también sobre la base del cilindro que constituye la herramienta.
FIG. 3 FRESADO FRONTAL MOVIMIENTO DE AVANCE EN EL FRESADO. Durante el fresado cilíndrico, por lo general el movimiento de avance se dirige contra el sentido de rotación de la fresa, pero también puede efectuarse en el sentido de rotación. AVANCE EN CONTRA DE LA FRESA. Durante el fresado cilíndrico, por lo general el movimiento de avance se dirige contra el sentido de rotación de la fresa, pero también puede efectuarse en el sentido de rotación.
FRESADO
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AVANCE EN CONTRA DE LA FRESA. En este fresado el avance que presenta la pieza es en dirección contraria al movimiento de rotación de la herramienta. Al avanzar el diente penetra progresivamente en el material, de tal manera que el espesor de la capa cortada varia desde cero, en el momento de penetración del diente, hasta un valor máximo al salir el diente del contacto con la pieza, esto origina que el proceso de corte sea uniforme y las cargas sobre la máquina aumenten en forma gradual. El espesor máximo de la viruta es igual a lo que se conoce como avance por diente. Este se ilustra en la Fig. 4.
FIG. 4 FRESADO EN CONTRA DEL AVANCE AVANCE A FAVOR DE LA FRESA. Durante este fresado tanto el movimiento de avance de la pieza como el movimiento de giro de la herramienta son en el mismo sentido. En el momento de la entrada del diente en contacto con la pieza, se produce un choque, pues justo en ese momento tendrá lugar el espesor máximo de corte, esta forma de fresado debe efectuarse en máquinas de gran rigidez y resistentes a las vibraciones. Fig. 5
FRESADO
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FIG. 5 FRESADO A FAVOR DEL AVANCE
Dentro del fresado frontal se pueden presentar dos casos, los cuales se mencionan enseguida. FRESADO FRONTAL CENTRAL. Este fresado se caracteriza por que el eje de la herramienta se hace coincidir con el eje de la pieza, este también se considera cuando el diámetro de la herramienta es igual al ancho de la pieza. Fig. 6
FIG. 6 FRESADO CENTRAL
Durante este fresado el espesor de la viruta presenta variaciones, desde un valor cero hasta un valor máximo descendiendo paulatinamente hasta el valor cero nuevamente. Esto sucede ya que durante la primera parte. (1) el diente trabaja en contra del avance y durante la segunda parte (2) trabaja a favor del avance.
FRESADO
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FRESADO FRONTAL INTERMEDIO En este fresado el eje de la herramienta no coincide con el eje de la pieza, siendo este más recomendable cuando se presenta la condición de: Diámetro de la herramienta es aproximadamente 7/5 del ancho de la pieza Fig. 7.
FIG. 7 FRESADO INTERMEDIO En la práctica el diámetro de la fresa se mantiene más grande a los 7/5, con ello se obtiene un corte más ventajoso. Es conveniente ajustar la fresa de tal modo que la mayor parte corte en contra del avance (1), es decir de modo que la fresa sobresalga por el lado de la salida de los dientes algo más que por la entrada. Estructuras de las fresas. La fresa es una herramienta multi-cortante, esto es, está formada por varios filos cortantes dispuestos radialmente sobre una circunferencia. La forma geométrica de los filos de la fresa queda definida, al igual que en todas las herramientas que trabajan con arranque de viruta, por los tres ángulos fundamentales formados por las caras A y B que delimitan el filo: Angulo de Incidencia α Angulo de Filo β Angulo de desprendimiento o ataque γ
FRESADO
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Para las fresas con dentado helicoidal se considera también el ángulo δ, que mide la inclinación del filo respecto al eje de fresa. Fig. 8
FIG. 8 ANGULOS DE LA FRESA
Es importante seleccionar adecuadamente los valores de los ángulos α, β, y γ ; tomando en consideración el tipo de material a maquinar, en la tabla 1 se muestra algunos valores para diversos tipos de fresas según el avance sea en contra o a favor de la fresa.
TABLA 1. VALORES DE ANGULOS DE LA FRESA.
FRESADO
50
CLASIFICACION DE LAS FRESAS.
Las fresas se pueden clasificar en las dos formas siguientes, dependiendo de: I. Su estructura. II. El tipo de trabajos a efectuar. I.- De acuerdo a su estructura puede ser:
1. Por la dirección de los dientes 1. Rectas. 2. Inclinadas. 3. Helicoidales.
2. Por la construcción de los dientes a) Agudas. b) Destalonadas.
3. Por el método de sujeción. a) Con orificio. b) Con mango cilíndrico c) Con mango cónico. d) Con mango cónico y agujero roscado.
II. De acuerdo al tipo de trabajo a efectuar.
1. FRESAS CILINDRICAS PARA PLANEAR. Como su nombre lo indica se utilizan para el maquinado de superficies planas, existe una gran variedad de ellas, estas herramientas solo tienen filos periféricos, las hay de dientes rectos o dientes helicoidales, de alto rendimiento, para maquinar materiales duros y tenaces, para maquinar aleaciones ligeras, en la figura 9 se ilustra una herramienta de este tipo.
FIG. 9 FRESA CILINDRICA DE DIENTES HELICOIDALES
FRESADO
51
2. FRESAS CILINDRICO-FRONTAL (Con cuñero longitudinal).
Sirven para generar superficies planas y superficies perpendiculares entre si, tanto en fresadoras horizontales como verticales, esta fresa está provista de dientes en la periferia y en la base, en la figura 10 se ilustra esta fresa.
FIG. 10 FRESA CILINDRICO-FRONTAL (CON CUÑERO LONGITUDINAL)
3. FRESAS CILINDRICO-FRONTAL (CON CUÑERO TRANSVERSAL).
Es adecuada para el maquinado de aceros blandos y de dureza media, son de alto rendimiento.
FIG. 11 FRESA CILINDRICO-FRONTAL (CON CUÑERO TRANSVERSAL)
FRESADO
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4. FRESAS CILINDRICO-FRONTAL (CON DIENTES CORTANTES POSTIZOS).
Estas fresas se utilizan para planear, pueden tener los dientes cortantes superpuestos principalmente de los tres tipos siguientes: a) Utilizando dientes postizos de acero rápido. b) Utilizando buriles con insertos de carburos metálicos. c) El uso de plaquitas (pastillas) de carburos metálicos. d) En cualquiera de los casos anteriores, la forma de sujeción del inserto se realiza de
diversas formas.
FIG. 12 FRESA CILINDRICO-FRONTAL (CON DIENTES SUPERPUESOS)
5. FRESAS CILINDRICAS DE TRES CORTES.
Sirven para elaborar ranuras, estas fresas tienen filos cortantes en la periferia y en ambas caras de la herramienta, dentro de este grupo de fresas se pueden mencionar dos tipos: a) Fresa de tres cortes con dentado helicoidal alterno. (Los dientes se inclinan
alternativamente a la derecha y a la izquierda). b) Fresas de tres cortes, de tipo normal, de dientes rectos.
Para ambos casos, las hay en el mercado de acero rápido y de insertos (pastillas) de carburos metálicos.
FRESADO
53
FIG. 13 FRESAS CILINDRICAS DE TRES CORTES.
a) DIENTES ALTERNOS b) DIENTES RECTOS
6. FRESAS PARA MAQUINAR FORMAS DIVERSAS.
En este grupo se encuentra una gran variedad de herramientas, tanto fresas cilíndricas como fresas frontales. Dentro de las fresas cilíndricas se pueden mencionar: De dos cortes con dientes rectos, inclinados o de zig-zag. Fresas cilíndricas para ranurados profundos y de tronzar. Fresas angulares simples, angulares dobles simétricas y asimétricas. Fresas de medio círculo cóncavo, medio círculo convexo, de cuarto de círculo convexo. Fresas para roscar. Fresas para generar dientes de engrane, fresa madre. Juego de fresas, etc. Dentro de las fresas frontales se mencionan las siguientes: Para ranuras cuadradas. Para ranuras en T y de alto rendimiento. Para ranurar chaveteros de media luna. Fresas para ranuras inclinadas con conicidad convergente o conicidad divergente. Fresas de forma diversa para utilizar en fresadoras copiadoras, etc. La sujeción de las fresas frontales es muy variada, las formas de sujeción más importantes son: Mango cónico y agujerado roscado. Mango cónico y lengüeta de arrastre. Mango cilíndrico y agujero roscado. Con boquilla de apriete y porta-boquilla.
FRESADO
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FIJACION DE LAS PIEZAS A MAQUINAR. En la preparación de la fresadora para una buena sujeción durante el maquinado, además del perfecto montaje de la fresa es necesario asegurar una correcta sujeción de la pieza sobre la mesa de trabajo. Si la pieza no se ha fijado con fuerza y rigidez, bajo el empuje de la fresa sufre desplazamientos que comprometen el maquinado y que pueden provocar la rotura de la propia fresa. FIJACION CON PRENSA GIRATORIA (TORNILLO DE MORDAZAS) Cuando las piezas a maquinar son de dimensiones limitadas y su forma es regular, se fijan mediante prensas de mordazas paralelas. Se llama de mordazas paralelas cuando la mordaza fija G y la móvil M se mantienen constantemente paralelas entre sí. La prensa se fija a la mesa mediante tornillos que entran en las ranuras en T de la propia mesa. La mayoría de las prensas usadas en la freidora pueden girar alrededor de un eje vertical; como la que se muestra en la figura 14, los desplazamientos angulares se leen sobre una escala graduada dispuesta en la base del accesorio.
FIG. 14 PRENSA GIRATORIA
FRESADO
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PRENSA GIRATORIA UNIVERSAL (TORNILLO DE MORDAZAS ORIENTABLE). Para fresas superficies inclinadas respecto a la mesa porta-piezas, se emplean prensas giratorias universales que giran sobre su base en un eje vertical y además son inclinables en torno a un eje horizontal. FIJACION POR MEDIO DE BRIDAS Las piezas que por su forma o tamaño no pueden fijarse con un tornillo de mordazas, se sujetan directamente sobre la mesa de la máquina mediante bridas. La presión de la brida sobre las piezas se obtiene al atornillar una tuerca sobre un tirante de cabeza cuadrada, cuya cabeza está introducida en la ranura en T de la mesa. La forma de las bridas es muy diversa, según las necesidades particulares de fijación. Las bridas pueden tener el extremo posterior plano, extremo que se apoya sobre gradillas sobre soportes de altura regulable; la parte anterior puede ser plana S1 o quebrada S2, como se ilustra en la figura 15.
FIG. 15 PRINCIPALES TIPOS DE BRIDAS
Las bridas pueden estar sujetas a un bloque hexagonal (A) mediante un pasador según un eje excéntrico, de manera que al girar el bloque se obtienen seis posiciones diferentes en altura.
FRESADO
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Las bridas curvas (B) presentan la ventaja de no flexionarse y de tener una mayor facilidad de aplicación, ya que pueden sujetar piezas de diferente altura sin que varíe la altura del apoyo del otro extremo. Si se debe fijar con bridas una pieza por una superficie ya maquinada se interpone una plaquita P, de metal blando, entre la brida y la pieza.
FIG. 16 BRIDA HEXAGONAL A, BRIDA CURVA B. SUJECION SOBRE MESA GIRATORIA (CON BRIDAS). Esta fijación depende directamente de las exigencias del maquinado de piezas especiales. Por ejemplo, piezas que requieren fresados circulares o contorneados de sectores cilíndricos, que por esta razón necesitan un movimiento de avance circular. Las mesas giratorias son accesorios constituidos por una placa base, fijada mediante pernos de cabeza cuadrada a la mesa de la máquina, y por una plataforma que gira alrededor del eje vertical de la placa base. En la figura 17 se ilustra una mesa giratoria que se ha fijado sobre la mesa porta-piezas de una fresadora vertical. La rotación de la mesa puede conseguirse por accionamiento manual o bien automáticamente al motorizar la propia mesa o mediante conexión a los órganos de transmisión del movimiento de la fresadora. Los desplazamientos angulares de la plataforma pueden leerse en una escala circular integrada a ella.
FRESADO
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FIG. 17 MESA GIRATORIA CON ACCIONAMIENTO MANUAL APARATOS DIVISORES En muchas ocasiones es necesario fresar piezas, generalmente de forma circular, siguiendo subdivisiones circulares exactas. El principio en que se basa una aparato divisor es el de imprimir a la pieza que sé esta maquinando rotaciones de amplitud cualquiera pero rigurosamente iguales entre sí. Según el mecanismo que regula la rotación de la pieza se tienen aparatos de división directa, indirecta y diferencial. APARATOS DE DIVISION DIRECTA Esta constituida por un disco D, en cuya periferia se han elaborado una serie de entallas equidistantes. El disco está unido al plato autocentrante M y sobre este plato se monta la pieza, que gira junto con él. Un dispositivo de enclavamiento 0, formado por una clavija empujada por un muelle, que penetra en las entallas del disco divisor y fija al plato en la posición deseada. Mediante el tornillo de presión B se fija el plato y, por o tanto, la pieza a maquinar, pudiéndose proceder al fregado.
FRESADO
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Para permitir un mayor número de subdivisiones, cada aparato lleva en dotación un cierto número de discos divisores con diferente número de entallas. En la figura 18 se muestra un aparato divisor de este tipo.
FIG. 18 APARATO DE DIVISION INDIRECTA.
La división indirecta se efectúa con un aparato llamado de varias formas diferentes: cabezal divisor universal, cabezal divisor, divisor universal, aparato divisor o simplemente divisor. Su principio de funcionamiento es el de aprovechar la relación de reducción entre rotación de la manivela y rotación de la pieza, de forma que permite un número de subdivisiones mucho más elevado que el que se puede obtener con la división directa. El mecanismo que permite esta reducción de la relación se muestra, en esquema, en la figura 19. El tornillo sin fin tiene una sola entrada, en tanto que la rueda helicoidal tiene 40 dientes, por lo que a una vuelta completa del tornillo corresponde 1/40 de giro de la rueda helicoidal y de la pieza.
FRESADO
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FIG. 19 MECANISMO DEL DIVISOR UNIVERSAL APARATO DIVISOR DIFERENCIAL La división indirecta no permite obtener todas las subdivisiones que posiblemente se necesiten en los maquinados. El divisor diferencial es, en esencia, un divisor indirecto al que se aplica un grupo de engranes que asegura una determinada relación de transmisión entre el husillo del divisor y el disco de agujeros que, en este caso, puede girar libremente alrededor de su propio eje. Los engranes pueden sustituirse para obtener diferentes relaciones, y se montan en un soporte diseñado para tal fin. LA FRESADORA Las máquinas-heramienta utilizadas para fresar se llaman fresadoras. El movimiento principal o de corte lo tiene la herramienta, mientras el de alimentación o avance es asumido por la pieza.
Las fresadoras se distinguen principalmente por la posición del árbol porta-herramienta, por lo que se pueden mencionar dos grandes grupos:
Fresadoras horizontales y Fresadoras verticales, habiendo de cada una de estas una gran variedad.
FRESADO
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FRESADORA HORIZONTAL Este tipo de fresadora se caracteriza por la posición horizontal del árbol porta-herramienta, y la mesa de trabajo presenta tres movimientos perpendiculares entre sí; longitudinal, transversal y vertical. En la figura 20 se muestra esquemáticamente una fresadora horizontal ordinaria, sus partes fundamentales son: Base (1), Bastidor (2), Brazo porta-herramienta (3), Consola (4), Carro (5), Mesa de Trabajo (6), Caja de velocidades provista del husillo y Caja de avances. El bastidor sirve para la sujeción de todas las partes y mecanismos, dentro del bastidor en la parte superior se encuentra colocada la caja de velocidades del husillo. El brazo porta-herramienta se desplaza por las guías superiores del bastidor lo que permite se pueda fijar para diferentes alcances.
FIG. 20 FRESADORA HORIZONTAL
FRESADO
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La consola es una pieza fundida en forma de caja, provista de guías verticales para su desplazamiento transversal del carro. Dentro de la consola se encuentra la caja de avances. La mesa va montada sobre las guías del carro y se desplaza por ellas en sentido longitudinal. El husillo sirve para transmitir la velocidad de rotación a la fresa. De la precisión del giro del husillo, de su rigidez y capacidad antivibratoria depende en gran porcentaje la precisión del fresado. Dentro del grupo de las fresadoras horizontales se pueden mencionar las siguientes: a) Fresadora horizontal de un montante para el fresado frontal con un cabezal. b) Fresadora horizontal de dos montantes para el fresado tangencial. c) Fresadora horizontal de dos montantes para el fresado frontal con dos cabezales.
FRESADORA VERTICAL
Estas máquinas se caracterizan por la posición vertical del husillo porta-herramienta.
Las fresadoras verticales, especialmente las de gran potencia, tienen una forma característica constituida por una pesada columna curvada hacia delante, en cuyo extremo contiene el cabezal porta-herramienta. El cabezal puede girar en ambos sentidos hasta disponer el eje del husillo en posición horizontal. La consola, el carro y la mesa de trabajo, proporcionan mediante sus mecanismos los movimientos vertical, transversal y longitudinal respectivamente, de forma análoga que en la fresadora horizontal. Los trabajos que se efectúan en una fresadora vertical son muy diversos, dependiendo de la fresa colocada en la máquina, pero siempre caerán den la clasificación del fresado frontal. En la figura 21 se ilustra una máquina de este tipo.
FRESADO
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FIG. 21 FRESADORA VERTICAL
Dentro del grupo de las fresadoras verticales se pueden mencionar las siguientes: a) Fresadora Vertical con mesa giratoria. b) Fresadora de torreta y mesa inclinable. c) Fresadora vertical de dos montantes con un cabezal. d) Fresadora vertical de dos montantes con dos cabezales. e) Fresadora copiadora, etc.
FRESADORA UNIVERSAL. La Fresadora universal es una máquina que se caracteriza por que además de efectuar los trabajos que permite una fresadora horizontal, puede realizar los trabajos que se hacen en una fresadora vertical.
FRESADO
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Una fresadora universal es muy similar a la fresadora horizontal en su aspecto general, disponiendo de un giro de la mesa sobre el plano horizontal hasta de 45° a ambos lados. Además, la fresadora universal ofrece la posibilidad de sustituir el árbol porta-herramienta vertical, de tal forma que en esta máquina se pueden realizar tanto el fresado cilíndrico como el fresado frontal. En la figura 22 se ilustra dos tipos de cabezales con eje vertical: a) Cabezal con giro en el plano perpendicular al eje del husillo, con lo que la herramienta
puede colocarse en posición oblicua, además de vertical. b) Cabezal con giro alrededor de dos ejes perpendicualres entre sí.
FIG. 22 CABEZALES PORTA-HERRAMIENTA CON EJE VERTICAL
FRESADO
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CALCULO DE PARAMETROS
Potencia efectiva utilizada durante la operación expresada en C. V.
η4500
VcFcNe=
Donde: Fc = Fuerza de Corte ( en Kg ) Vc = Velocidad de corte ( en m/min ) η = Rendimiento mecánico de la máquina.
VcZ
tDtbsFc
1000
)(2 −=
σπ
Donde: s = Avance por minuto ( en mm/min ) b = Ancho del fresado ( en mm ) σ = Resistencia al corte del material ( en kg/mm2 ) t = Profundidad de corte para una pasada ( en mm ) D = Diámetro del cortador ( en mm ) Z = Número de dientes del cortador. Tiempo de maquinado: La expresión utilizada para determinar el tiempo de maquinado se
presenta a continuación.
minms
LTp=
Donde: L= Longitud total de desplazamiento de la pieza (en este caso). se debe considerar la entrada y salida de la herramienta ( en mm ) m= Número de pasadas. Para determinar la longitud total de desplazamiento de la pieza, se utiliza la siguiente expresión .
L = le + l + ls
Donde: l = Longitud de la pieza a fresar ( en mm ) ls = longitud de salida de la herramienta, este valor varía entre los límites de 2 a 5 mm. le = Longitud de entrada de la herramienta, la cual se determina en
función del tipo fresado que se esté realizando, para lo cual se presentan las siguientes expresiones ( en mm )
FRESADO
65
Para el fresado cilíndrico, así como el fresado con herramientas de forma o con juego de fresas y también para fresas frontales durante el fresado lateral.
le = )( tDt −
Para el fresado de ranuras durante el fresado cilíndrico.
Para el desbaste le = 2tDt − ls = 2...5 mm
Para el afinado le = 2tDt − ls = le + 2 mm
En el fresado frontal, la longitud de entrada y de salida dependen del ancho de la pieza, del diámetro de la herramienta así como también de la posición del eje de la herramienta respecto al centro de la pieza, por lo anterior se presentan dos alternativas. Fresado frontal central.
le = 2
D -
2
1 22 bD − =
2
22 bDD −−
Fresado frontal intermedio.
le = 2
D -
2
1 22 44 cbcbD −−−
c = Distancia entre el eje de la herramienta y el de la pieza.
El tiempo de maquinado durante el fresado, será la suma del tiempo empleado durannte las operaciones de desbaste más el tiempo empleado durante la o las operaciones de afinado. Por lo tanto, es necesario determinar el número de pasadas m tanto para el desbaste como para el afinado, usando la siguiente expresión.
afinadoodesbastedeparcialcortedeof
afinadoodesbastedetotalcortedeofm
.Pr
.Pr=
El valor de m siempre deberá de ser un número entero, ya que no hay fracciones de pasada.
FRESADO
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Ejemplo: Se desea obtener la pieza que se ilustra en la siguiente figura. Si la pieza que es de un acero duro que tiene una resistencia al corte de 182 Kg/mm2, y se está utilizando un cortador circular recto de tres cortes 4” de diámetro exterior, 5/8” de ancho y 20 dientes fabricado en acero rápido, el rendimiento mecánico de la máquina es de 75%. Calcular la potencia efectiva máxima y el tiempo total de maquinado si se tienen los siguientes datos.
1 1/2"1/2"
3 1/8"10"
3/8"
2 3/8"
Para el desbaste: Vc = 15 min
m s = 40
min
mm t = 0.5 a 5 mm.
Para el afinado: Vc = 35 min
m s = 35
min
mm t = 0.5 mm máximo
De la profundidad total de la ranura que es de "
2
1 = 12.7 mm, se hará lo siguiente.
12 mm se retirarán en el desbaste. 0.7mm se dejarán para el afinado.
Para desbaste =m .43
12pasadas
mm
mm =
Para afinado afinadoparcialcortedeof
afinadototalcortedeofm
.Pr
.Pr=
FRESADO
67
=m .235.0
7.0pasadas
mm
mm =
Para calcular la potencia efectiva máxima, se debe determinar primeramente la fuerza máxima de corte, la cual está en función a la profundidad de corte máxima durante el proceso, o sea la de desbaste.
VcZ
tDtbsFc
1000
)(2 −=
σπ
( )( ) ( ) ( )
( )( )
−
=
min
m
mmmm
Kgmm
min
mm
Fc
15201000
36.1013182875.15401416.32 2
2
KgFc 62.41000.300
59.12488288 ==
( )
( )( ) ..184.03375
3.624
75.04500
1562.41
4500VC
min
mkg
VcFcNe ==
==η
Tiempo de maquinado de desbaste. Para determinar el tiempo de maquinado, lo que se debe hacer es calcular primeramente la longitud total de desplazamiento de la pieza, lo cual se hace a continuación.
L = le + l + ls En este caso que se presenta ranurado durante el fresado cilíndrico, se tiene.
le= ( )( ) ( )22 3 36.101 −=− tDt = 8.295 = 17.198 mm
FRESADO
68
ls= 2 a 5 mm ; se tomará ls= 3 mm. L = 17.198 mm + 254 + 3 = 274.198 mm.
( ) .min41.27440
198.274 === ms
LTD
Tiempo de maquinado de afinado. Se procederá de la siguiente manera:
le= ( )( ) ( )22 0.35 35.06.101 −=− tDt = 437.35 = 5.95 mm
para el caso del acabado y de acuerdo al tipo de herramienta utilizada y la operación a realizar ( fresa cilíndrica para elaborar ranuras ) se tiene: ls = le + 2mm = 5.95mm + 2mm = 7.95mm L = le + l + ls = 5.95mm + 254mm + 7.95mm = 267.90mm Por lo cual el tiempo de maquinado para el desbaste será:
( ) .min31.15235
90.267 === ms
LTD
Tiempo total TP = T D + T A = 27.41 + 15.31 = 42.71 min.
TP = 42.71 minutos.
En este caso, como el cortador que se está utilizando es de 8
5" ancho, y la ranura que se desea
hacer es de 2 8
"3 se deberá repetir la operación cuatro veces para lograr terminar el maquinado.
Por lo anterior el tiempo total de maquinado será.
TTOTAL = (42.71)(4) = 170.84 minutos
TTOTAL = 170.84 minutos.
TALADRADO
69
T A L A D R A D O
El taladro o agujerado, consiste en efectuar un hueco cilíndrico en cuerpo, mediante una herramienta denominada broca. El movimiento principal o de corte de rotación (Vc) y el movimiento secundario de alimentación o avance, son asumidos por la herramienta, que gira alrededor de su propio eje y a su vez se desplaza linealmente, generando de esta forma el hueco en la pieza, la cual permanece fija a la mesa de trabajo, esto se ilustra en la figura No.1.
FIG. No.1. MOVIMIENTOS QUE INTERVIENEN EN EL TALADRO
a) Principal o de corte b) De avance Es conveniente hacer notar la diferencia que existe entre taladro, barrenado y rimado que son las operaciones básicas que se realizan en un taladro. BARRENADO.- Consiste en aumentar el diámetro de un agujero, con la finalidad de lograr precisión en las dimensiones, así como rectificar el eje del agujero. RIMADO.- La finalidad del rimado es la de darle precisión al diámetro del agujero, pero a diferencia del barrenado no rectifica su eje. En el taladro, además de estas operaciones, se pueden realizar otras como: machuelado, avellanado, fresado, esmerilado y algunas otras.
TALADRADO
70
HERRAMIENTAS PARA TALADRAR (BROCAS).- En forma general, estas herramientas se pueden clasificar de la siguiente manera. De punta. Brocas Helicoidales. Para agujeros profundos. Brocas de punta.- La broca de punta presenta en la cabeza, dos caras destalonadas que se determinan según una línea llamada cresta. Estas caras, junto con la de corte, constituyen los filos cortantes. Ver figura No.2.
FIG. No. 2. BROCA DE PUNTA PARA TALADRAR.
La herramienta puede obtenerse partiendo de una barra de sección redonda o rectangular. para el trabajo en materiales frágiles es útil hacer unas ranurado rompeviruta en los dos filos cortantes de la punta, como se muestra en la figura No.3.
FIG. No. 3. CABEZA DE UNA BROCA DE PUNTA CON RANURAS ROMPEVIRUTA. (PARA EL USO EN MATERIALES FRÁGILES)
TALADRADO
71
Cuando se trabajan materiales tenaces, es necesario modificar la geometría de la herramienta, como se muestra en la figura No.4. Por ejemplo, para aceros, fundición y bronces, se establecen los siguientes valores: ∝ entre 10º y 15º β entre 55º y 65º δ entre 15º y 20º γ entre 62º y 65º ϕ = 120º Para conseguir buenos resultados se requiere de una perfecta simetría de los filos cortantes.
FIG No. 4. GEOMETRÍA DE UNA BROCA DE PUNTA PARA TRABAJAR MATERIALES TENACES.
Broca helicoidal.- Esta herramienta tiene la forma de un cilindro, a lo largo del cual se han practicado dos ranuras helicoidales; la cabeza o punta es de forma cónica, mientras que en el extremo opuesto se tiene el mango de fijación, que pude ser también cónico. La intersección las ranuras con el cono de la punta constituye los filos de corte, los cuales dan lugar al desprendimiento de la viruta. En la figura No.5. se muestra una broca de este tipo. Las brocas helicoidales deben dar lugar los siguientes resultados: a) Producir agujeros de precisión y rectos. b) Penetrar en el material con el mínimo gasto de energía. c) Descargar fácilmente la viruta a lo largo de las ranuras helicoidales. d) Máxima duración del filo cortante y, por tanto, mínimo desgaste de la broca .
TALADRADO
72
Para lograr esto es necesario que las brocas reúnan las características siguientes: a) Ángulos de la herramienta adecuados b) Buen centrado de la herramienta. El perfil de la broca esta formado por dos segmentos rectilíneos aa’ y bb’ paralelos entre si y equidistantes al eje de la broca. La distancia ‘e’ entre los segmentos aa’ y bb’, generalmente se determina por: e = 0.14D a 0.2D Siendo D el diámetro de la broca. Los segmentos curvilíneos a’d’ y b’d’, son complemento de las ranuras. Los segmentos ac y bd, pueden pertenecer a la superficie cilíndrica de la broca, o bien tener una inclinación de 6ª, con la finalidad de evitar el rozamiento. La magnitud de estos segmentos depende del diámetro de la broca. A continuación se dan algunos valores: DIÁMETRO DE LA BROCA 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 MAGNITUD DE ‘f ‘ 1.3 2 2.6 3 3.4 3.6 3.6 3.8 3.8 4
Los segmentos dd’ y cc’ constituyen la despulla lateral. los filos helicoidales tienen una inclinación respecto al eje, según un ángulo de ataque. El paso de la hélice depende, además del diámetro de la broca, también del referido ángulo y se expresa de la siguiente forma:
P=π
γD
tang. = πD cotg. γ
Se aconsejan los siguientes ángulos: γ = 15º para el latón y el bronce. γ = 30º para el acero y la fundición γ= entre 40º y 45º para los metales ligeros. El paso de la hélice generalmente es de 6 a 8 veces el diámetro de la broca. La magnitud del ángulo de punta de la broca, depende del material a trabajar. A continuación se mencionan algunos tipos de afilado mas comúnmente usados.
TALADRADO
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FIG. No. 5. NOMENCLATURA DE UNA BROCA HELICOIDAL.
TALADRADO
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Punta Normal.- Es recomendable para trabajos en la mayoría de aceros al carbón y aceros aleados, teniendo un ángulo de punta de 118º-124º y un ángulo de ataque de 10º-30º. Punta Roma.- Se aplica para trabajos en aceros al manganeso y aceros inoxidables (austeniticos). Se recomienda un ángulo de punta de130º-140º. Para aceros tratados y aceros forjados se recomienda un ángulo de punta de 125º-130º, con un ángulo de ataque comprendido entre 20º y 30º.
PUNTA NORMAL PUNTA ROMA Punta Aguda.- Este tipo de punta es usado para trabajar en materiales suaves, por ejemplo: madera, baquelita, algunas fibras, hierro fundido y algunos plásticos, con un ángulo de punta hasta de 90º y un ángulo de ataque de 10º-15º. Punta Espuela.- Es recomendable para trabajos en madera y baquelita, lográndose un acabado de alta calidad. Presenta la ventaja de que la punta central actúa como guía y los puntos laterales son los filos de corte, por lo que al terminar el proceso éstos no astillan el material, obteniéndose de esta forma una superficie bastante lisa. se recomienda un ángulo de punta de 80º-90º con un ángulo de ataque de 10º - 15º. Punta Cola de Pescado.- Este tipo de punta se usa para trabajos en laminas delgadas, en donde se requiere que solo los extremos corten, para evitar que la lamina se flexione.
TALADRADO
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90° PUNTA AGUDA PUNTA ESPUELA PUNTA COLA DE PESCADO Punta Doble Ángulo.- Este tipo de punta tiene mucho mas duración cuando sé esta taladrando hierro fundido abrasivo. Este doble ángulo evita el desgaste en las orillas periféricas del filo de corte de la broca. En la practica se ha visto que la vida del afilado se puede aumentar de 200 a 300% en algunos trabajos. Punta Cigüeñal o Ranurado.- Este tipo de punta fue especialmente diseñado para taladrar barrenos profundos en los cigüeñales, se usa en brocas extra largas que tienen el núcleo más grueso que las brocas normales.
PUNTA DOBLE ANGULO PUNTA CIGÜEÑAL O RANURADA
TALADRADO
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Brocas para agujeros profundos.- Cuando se desea hacer agujeros profundos (de 10 a 100 veces el diámetro), con brocas helicoidales, se presentan varios inconvenientes, entre los cuales se pueden mencionar los siguientes: Deben retirarse frecuentemente para retirar la viruta que se ha adherido a las ranuras helicoidales, tienen a desviarse por causa del efecto de columna (pandeo) debido al esfuerzo de penetración y tienen una baja resistencia a los momentos torcionales originados durante el proceso. Como consecuencia de estos inconvenientes, no es recomendable este equipo de brocas para agujeros cuya profundidad esta comprendida entre 10 y 100 veces el diámetro. Para solucionar los inconvenientes anteriormente expuestos, se ha diseñado un tipo especial de herramientas, denominadas brocas para agujeros profundos (brocas cañón). Dichas brocas son de forma cilíndrica y generalmente cortan por facilidad de construcción y economía del material, aunque para efectuar el proceso se monten en un mandril de longitud superior a la profundidad de un trabajo. EQUIPO PARA TALADRAR. La maquina herramienta mediante la cual se efectúa este proceso se denomina taladradora (taladro), y dependiendo de su construcción pueden ser: Manual Portátil Eléctrico Neumático De banco Sensitiva Maquinas de Sencillo taladrar De columna Múltiple Radial Sencillo Universal De producción Un cabezal Varios cabezales, etc. Taladro Portátil.- Cuando se requiere realizar operaciones de taladrado en posiciones difíciles, como por ejemplo en bancadas, bastidores, etc., se recurre a los taladros pequeños y de fácil manejo. Este tipo de taladros se caracteriza porque la fuerza de avance esta dada directamente por la presión muscular del operario, mientras que el giro de la herramienta es generado por un motor eléctrico o por medio de aire comprimido (taladro neumático). Taladro de Banco.- Denominado así porque se fija sobre una mesa o banco de trabajo. El taladro sensitivo se caracteriza porque el movimiento de avance del porta-herramienta es generado por la
TALADRADO
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fuerza de l operario al accionar la palanca de la cremallera, a fin de vencer la resistencia que ofrece la pieza al ser maquinada. En la figura No.6 se muestra un esquema de un taladro de banco. Las velocidades de rotación que se pueden alcanzar en estas maquinas es del orden de 10,000 R.P.M.
FIG. No. 6 TALADRO DE BANCO Taladro de Columna.- Se caracteriza por tener una columna que sirve de unión entre la base y el cabezal, como se muestra en la figura No. 7. Una taladradora de este tipo se compone fundamentalmente de: a) Base, b) Bastidor o columna, c) Mecanismo para el movimiento principal, d) Husillo portaherramienta, e) Mecanismo para el movimiento de avance, f) Mesa de trabajo. Como se puede observar en la figura No.7. en el bastidor están dispuestos el husillo portaherramienta y los mecanismos para los movimientos de corte y avance. El husillo porta-herramienta en su parte inferior está provisto de un agujero cónico en el que se inserta el zanco de la herramienta.
TALADRADO
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El mecanismo del movimiento principal transmite al husillo porta-herramienta el movimiento de rotación procedente de un motor eléctrico. Una maquina de este tipo, se emplea generalmente para agujeros hasta de 35mm. de diámetro así también ofrece la posibilidad de realizar el proceso en piezas de las más variadas formas. Una variante del taladro de columna (sencillo), es el taladro múltiple o de varias columnas. Existen taladros de dos a seis columnas y se caracterizan porque todas las columnas están colocadas en fila sobre una misma bancada. Cada cabezal esta provisto de un motor independiente, de modo que proporcione él numero de revoluciones necesarias para cada operación. Este tipo de maquinas sirven para trabajos de precisión y en serie, por lo tanto, no son indicados para trabajos especiales.
FIG. No.7. TALADRO DE COLUMNA Taladro Radial.- Denominado de esta forma por la facultad que tiene el cabezal de trasladar a diferentes posiciones mediante el desplazamiento radial del brazo sobre la superficie cilíndrica exterior de la columna. Ambos desplazamientos del brazo se logran automáticamente.
TALADRADO
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El husillo porta-herramienta es accionado por un motor que se encuentra acoplado en el cabezal, el cual puede desplazarse transversalmente. En la figura No.8. se muestra una maquina taladradora de este tipo. Taladro radial universal.- Esta maquina se caracteriza porque además de tener los movimientos de un taladro radial sencillo, el cabezal puede desplazarse en un plano inclinado, como se muestra en la figura No.9.
FIG. No. 8. TALADRO RADIAL SENCILLO
a) Cabezal. b) Brazo. c) Columna. d) Mesa de trabajo.
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FIG. No. 9. TALADRO RADIAL UNIVERSAL. Taladro de Producción.- Como su nombre lo indica. Son maquinas cuyo empleo es conveniente para procesar piezas cuya producción, además de ser en serie, requiere que el proceso se efectúe en diferentes puntos sobre un mismo plano o en planos diferentes. En el primer caso (sobre un mismo plano), se emplean las maquinas de un solo cabezal, en segundo caso se utilizan, las maquinas de varios cabezales. Taladro de cabezal móvil.- Se incluye bajo esta denominación las maquinas cuyo movimiento de avance (alimentación) es asumido por el cabezal, mientras la bancada permanece fija. En la figura No.10 se presenta un taladro de este tipo. A.- Base B.- Montante. C.- Mesa giratoria. D.- Volante para el giro de la mesa. E.- Palanca de sujeción. F.- cabezal. G.- Campana portahusillos. H.- Brazos portamandriles. I.- Portabrocas. L.- Volante para desplazamiento del cabezal. M.- Palanca de bloqueo o freno.
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FIG. No. 10 TALADRO DE CABEZAL MÓVIL
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Taladro de varios cabezales.- Son maquinas que se caracterizan porque los cabezales de la misma pueden operar sobre la pieza al mismo tiempo o sucesivamente en dos o más fases. Han nacido de la necesidad de realizar trabajos en el menor tiempo posible y con el mínimo de personal. Según la forma de la pieza, de los agujeros que deben elaborarse, la magnitud de la producción y la precisión requerida, los taladros de varios cabezales pueden ser en forma general: 1.- Taladros de una sola posición (fija) 2.- Taladros con plataforma giratoria de varias posiciones. En las figuras No.11 y No.12 se representan taladros de estos tipos.
FIG. No. 11. TALADRO MÚLTIPLE DE NUEVE CABEZALES.
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FIG. No. 12. TALADRO MÚLTIPLE CON PLATO GIRATORIO CON CUATRO
POSICIONES PARA EFECTUAR EL PROCESO.
A.- Bancada, B y B´.- unidades operadoras de eje horizontal, C y C´.- Unidades operadoras de eje vertical, D.- Plato giratorio, a y a´.- Piezas en elaboración.
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CALCULOS DE PARAMETROS
Fuerza de corte.- Es la fuerza necesaria para arrancar la viruta mediante los dos filos de la broca, y se puede determinar usando la siguiente expresión.
Fc = σ d s.
4sen ϕ (kg.)
Donde: d= Diámetro de la broca en mm. s= Avance de la broca en mm./revolución. ϕ= Angulo de punta de la broca. σ = resistencia al corte del material a taladrar en Kg./mm2
q= Sección transversal de la viruta que se corta.
A continuación se presenta una tabla de valores de σ :
MATERIAL
ESFUERZO DE RUPTURA A TRACCION kg/mm2
DUREZA BRINELL ESFERA φ 10mm. CARGA 3000 kg.
δ ( Kg/mm2)
q=1 mm2 q=10 mm2 q=50 mm2
R ACERO DULCE 30 - 40 90 - 120 170 125 102 E ACERO DE MEDIANO 40 - 50 120 - 140 210 155 127 C CONTENIDO DE C O ACERO DURO 60 - 70 170 - 195 300 232 181 C ACERO AL Cr - Ni 65 - 80 190 - 225 241 193 164 I FUNDICION 14 - 24 160 - 200 85 64 96 D LATON 30 - 35 80 - 110 70 49 38 O BRONCE 20 - 25 70 - 90 79 45 32 S ALUMINIO 9 - 12 65 - 70 54 47 43
Tengamos presente que varia con la cantidad de material, y para el mismo material disminuye al crecer la sección de la viruta. La tabla anterior nos da el valor de σ en función de la carga de ruptura a la tracción y de la dureza Brinell al variar la sección de la viruta. Velocidad de corte.- Es igual a la velocidad periférica de un punto situado en el contorno exterior de la broca. En una revolución, dicho punto recorre una distancia d, y por lo tanto en “n” revoluciones por minuto, recorrerá dn, de donde:
Vc = π d n1000
m/min.
TALADRADO
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d = diámetro de la broca en mm. n = Revoluciones por minuto de la broca. Avance (s).- es la distancia que se desplaza la broca en cada revolución de la misma. Cuando más grande sea el diámetro de la broca, tanto mayor podrá elegirse el avance. Como orientación se presentan las siguientes relaciones: Para aceros: Para fundición:
s = 1
100d30 s =
1
100d50
A continuación se presentan algunos valores prácticos del avance y revoluciones por minuto, para diferentes materiales utilizando brocas de acero al carbono. Momento de torsión (Mt ).- es el producto de la fuerza total de corte (Fc) por la distancia existente entre el eje de la broca y el punto donde se considera concentrada dicha fuerza (el punto
de concentración de la fuerza dista del eje una distancia igual a -d
4).
El momento torcional (Mt), se expresa en la siguiente forma:
Mt = σ d s2
8kg/mm
Potencia efectiva (En).- La potencia efectiva debe determinarse partiendo de la expresión de la potencia teórica (Nt):
Nt = Fc Vc
4500 C.V.
Donde:
Fc= Fuerza de corte 4Mt
d (kg).
Vc = Velocidad tangencial en m/min
La velocidad en el punto de aplicación de la fuerza, es solamente la mitad que en
la periferia de la broca: Vc = π d n2
Por lo que obtenemos: Nt = Mt n
716 C.V.
La potencia efectiva será: Ne = Nt
η =
Mt n
716η C.V.
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Donde: η = Rendimiento mecánico de la maquina. Tiempo de maquinado (Tm).- El tiempo de maquinado se determina mediante la siguiente expresión:
Tm = Li
sn min.
Donde: i = Numero de veces que se realiza el proceso L = Recorrido total de la broca y es igual a: L = P + h Donde: P = Profundidad del agujero. h = Desplazamiento en vacío de la broca, que generalmente es: h = 1/3 d Por lo que la expresión del tiempo de maquinado es:
Tm = ns
dP3
1+i min.
Ejemplo: Calcular la potencia efectiva y el tiempo de maquinado, empleado para efectuar 3 agujeros de 20 mm. de diámetro y 80mm. profundidad, en una pieza fabricada de acero duro, cuya resistencia al corte es deσ = 175 kr/mm2. La broca es de acero rápido y se considera un rendimiento mecánico de 70%. Los valores del avance y él numero de revoluciones, se pueden seleccionar de valores prácticos (en tablas). Ver paginas No.19. Para este caso: n = 320 r.p.m s = 0.3mm/rev. Calculo del momento de torsión Tm.
Mt = σ d s2
8=
( ) ( ) ( . )175 20 0 3
8
2
= 2625 kg-mm.
Mt = 2625kg.-mm = 2.625kg-m
TALADRADO
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Calculo de la potencia efectiva Ne.
Ne = Mt n
716η= 2 62 320
716
. x
η= 1.67 C.V
Ne = 1.67 C.V
Calculo de tiempo de maquinado:
Tm = ns
dP3
1+ i = ( )( )3203.0
)20(3
180+
(3)
Tm = 80 6 66 3
96
+ . ( ) =
86 66 3
96
. ( )
Tm = 2.7 min.
CEPILLADO
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CEPILLADO
El cepillado es la operación de maquinado por arranque de viruta para obtener superficies planas mediante el movimiento principal ( o de corte ) rectilíneo alternativo presentado por la herramienta o la pieza, dependiendo de la maquina a emplearse. Las máquinas destinadas a realizar el cepillado son: Cepillo de Codo ( Limadora ). Cepillo de Mesa ( Cepilladora ). Escoplo ( Mortajadora ). La característica común a las tres máquinas es el movimiento de trabajo rectilíneo alternativo ( horizontal o vertical ), presentado por la herramienta o por la pieza. Este movimiento rectilíneo alternativo comprende una carrera activa de ida, durante la cual tiene lugar el arranque de la viruta y otra carrera de retorno, pasiva y en vacio.
CEPILLADO EN EL CEPILLO DE CODO
El Cepillado que se realiza en esta máquina se puede definir como: el arranque de viruta producido mediante la acción de una herramienta monocortante, que se mueve linealmente con movimiento alternativo y horizontal sobre la superficie de la pieza. Los movimientos relativos entre pieza y herramienta se muestran en la figura No. 1: a ) La herramienta tiene el movimiento principal, mientras la pieza tiene el de alimentación, la herramienta proporciona también la profundidad de corte mediante el movimiento vertical. Esto sucede cuando se realiza una superficie horizontal. b ) La herramienta tiene tanto el movimiento principal como el de alimentación, la pieza proporciona la profundidad de corte mediante el movimiento transversal. Esto sucede cuando se realiza una superficie vertical. En el Cepillo de Codo, además de generar superficies planas, se pueden efectuar diversos maquinados como: ranurado de flechas, perfilado de punzones para estampas, colas de milano, engranes externos o internos, etc; algunos de estos se ilustran en la figura No. 2.
CEPILLADO
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FIGURA No. 1. CEPILLADO DE SUPERFICIES PLANAS: a ) HORIZONTAL, b )
VERTICAL.
FIGURA No. 2. MAQUINADOS DIVERSOS.
HERRAMIENTAS UTILIZADAS
Las herramientas utilizadas para cepillar, salvo casos excepcionales, son las mismas que se utilizan para tornear. Las herramientas para el Cepillo de Codo y el Cepillo de Mesa son iguales ( aunque estas últimas suelen ser más robustas ), en tanto que las empleadas en el escoplo tienen los ángulos de incidencia y desprendimiento invertidos.
CEPILLADO
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Los ángulos fundamentales que caracterízan la herramienta son: ángulo de incidencia αααα, ángulo de filo ββββ y ángulo de desprendimiento γγγγ. Estos se ilustran en la figura No. 3.
FIGURA No. 3. ANGULOS PRINCIPALES.
SENTIDO DEL AVANCE
La pieza puede cepillarse tanto con avance a la derecha como a la izquierda. En el primer caso, la herramienta presenta el filo a la derecha, observandola desde la cabeza y con los filos arriba, de tal forma que se llama herramienta a la derecha. En el segundo caso, la herramienta presenta el filo a la izquierda, por lo que se le llama herramienta a la izquierda. Algunas herramientas tienen los filos simétricos y por lo consiguiente, tanto pueden cepillar con avance a la izquierda como a la derecha. Los tipos de herramienta se ilustran en la figura No. 4. Las herramientas para cepillar se diferencian por la posición de su cabeza cortante respecto al mango de sujeción. Las herramientas pueden ser rectas, de cuello de cisne y curvadas ( acodadas ). Estas herramientas están construidas tanto de acero rápido como con plaquitas postizas de metal duro. Además, dependiendo del maquinado que se realice, pueden ser para desbastar y para afinar.
CEPILLADO
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FIGURA No. 4. FORMAS DEL FILO DE LAS HERRAMIENTAS: a ) DERECHA,
b ) IZQUIERDA.
Las herramientas para desbastar deben ser robustas para que puedan arrancar virutas de gran sección, ya que la profundidad de corte por pasadas puede ser de hasta 10 mm. En la Figura No. 5 se muestran dos herramientas rectas para cepillar, una para desbaste con inserto metálico y para afinado construida en acero rápido.
a b
FIGURA No. 5. HERRAMIENTAS RECTAS: a) PARA DESBASTE, b ) PARA AFINADO.
CEPILLADO
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Herramienta de cuello de cisne. Estas herramientas tienen la propiedad de no clavarse en la superficie que se maquina cuando, a causa de una resistencia imprevista del material, la herramienta es obligada a flexionarse. En la figura No. 6 se muestra como el filo de la herramienta recta ( A ), que se flexiona al soportar un esfuerzo excesivo, penetra en la superficie que se maquina.
FIGURA No. 6. DIFERENCIA ENTRE UNA HERRAMIENTA RECTA Y UNA CON
CUELLO DE CISNE. El filo, al girar respecto al punto P de apoyo a la herramienta, describe un arco que pasa por debajo de la superficie maquinada. Por el contrario, la herramienta de cuello de cisne ( B ) tiene su cabeza curvada hacia atrás en el plano de la dirección de trabajo. Su filo se encuentra en la vertical del punto de apoyo P. Por lo tanto, cuando el filo gira respecto al punto P describe un arco que lo separa de la superficie que se maquina. Herramientas curvadas o acodadas. Estas herramientas se pueden utilizar para maquinar superficies horizontales y también para superficies inclinadas. En la figura No. 7 se muestra una herramienta curvada, que puede ser a la derecha o a la izquierda, para el maquinado de guías en cola de milano.
CEPILLADO
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El avance se le aplica a la herramienta por medio del carro porta-herramientas, y su dirección es paralela a la cara que se maquina ( A ). La misma herramienta puede utilizarse para cepillar el plano horizontal de la guía. El avance se aplica en este caso a la pieza, por medio de la mesa porta-piezas ( B ).
FIGURA No. 7. USO DE UNA HERRAMIENTA CURVADA.
En la tabla que se presenta a continuación se dan los valores de los ángulos principales que deben poseer las herramientas para cepillar; estos valores varían según el tipo de herramienta utilizada y el material que se maquina.
MATERIAL αααα ββββ γγγγ Fundición y Bronce 10° 75° 5° Acero 10° 70° 10° Aleaciones ligeras 10° 65° 15°
TABLA EN DONDE SE MUESTRAN LOS VALORES DE LOS ANGULOS DE UN BURIL
DE ACERO RAPIDO PARA CEPILLAR
MATERIAL αααα ββββ γγγγ Fundición y Bronce 8° 74° 8° Acero 8° 68° 14° Aleaciones ligeras 8° 62° 20°
TABLA EN DONDE SE MUESTRAN LOS VALORES DE LOS ANGULOS DE UN BURIL
CON INSERTO EN CARBURO DE TUNGSTENO PARA CEPILLAR
CEPILLADO
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CEPILLO DE CODO ( LIMADORA )
La característica principal del cepillo de codo es que el movimiento rectilíneo alternativo es horizontal y es proporcionado por la herramienta. Se distinguen dos tipos de cepillos de codo, dependiendo de su forma constructiva: Cepillo de codo mecánico.
Cepillo de codo hidráulico.
CEPILLO DE CODO MECANICO
Son los tipos más comúnmente empleados, en la figura No. 8 se muestra una máquina de este tipo, señalando sus partes principales que son: A ) bancada, con dos guías en la parte superior por donde se desliza el carro o carnero ( b ), en cuya cabeza va el carro porta-herramientas ( C ); dicho carro además de ser inclinable, puede subir o bajar mediante un tornillo sinfín. La mesa porta-piezas ( D ) puede desplazarse verticalmente, el husillo ( E ) movido intermitentemente por el dispositivo de trinquete ( F ), proporciona a la mesa D el movimiento transversal de alimentación.
FIGURA No. 8. CEPILLO DE CODO MECANICO.
CEPILLADO
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En los cepillos de codo mecánicos, el movimiento principal se obtiene mediante un motor eléctrico, montado encima o al lado de la bancada de la máquina. El movimiento es transmitido a los engranajes ( que se encuentran en el interior de la bancada ) por medio de un par de poleas; en la figura No. 9 se ilustra el mecanismo empleado. El engranaje A recibe el movimiento y lo transmite al volante B de corona dentada; este volante contiene la manivela C que se desliza en la ranura de la palanca oscilante D apoyada en E. La palanca unida por la parte superior al carnero F, adquiere un movimiento pendular en cuanto el botón de manivela C describe una trayectoria circular alrededor de O. La amplitud de la oscilación se regula variando el radio de giro del botón C alrededor de O; la posición del carnero puede variarse mediante la regulación longitudinal del soporte G, cuyo extremo inferior va unido al balancín H y este a la palanca oscilante D.
FIGURA No. 9. TRANSMISIÓN DEL MOVIMIENTO PRINCIPAL DEL CEPILLO DE CODO MECANICO.
CEPILLO DE CODO HIDRAULICO
Los sistemas de acondicionamiento hidráulico han tenido una excelente aplicación en los cepillos, porque con el aceite a presión se realizan las mejores condiciones de
CEPILLADO
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funcionamiento, ya sea en la suavidad de los movimientos como en la comodidad de maniobra. En los cepillos de codo hidráulicos, el carnero que va unido a un árbol es movido mediante la presión del aceite que actúa sobre este. La presión del aceite la da una bomba accionada por su correspondiente motor; la bomba aspira el aceite de un deposito a donde vuelve a fluir. Para la inversión de la corriente de aceite se utiliza una válvula que es accionada por topes dispuestos sobre el carnero. Estos topes pueden desplazarse de acuerdo con la posición y la magnitud de la carrera. En la figura No. 10 se representa un esquema de este tipo de maquina.
Los cepillos de codo mecánico e hidráulico, debido a sus mecanismos, tienen su carrera de trabajo limitada, solo admiten el maquinado de piezas de tamaño medio ( máximo 1000 mm ).
FIGURA No. 10. ACCIONAMIENTO HIDRÁULICO DE UN CEPILLO DE CODO.
CEPILLO DE MESA ( CEPILLADORA )
El cepillado que se realiza en un cepillo de mesa es una operación muy parecida a la que se realiza en el cepillo de codo, porque consiste en arrancar linealmente la viruta de la superficie de una pieza, mediante una herramienta monocortante. Sin embargo, en este caso es la pieza la que tiene el movimiento principal lineal alternativo, mientras que la herramienta tiene los movimientos de alimentación y profundidad de corte.
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Con el uso de los cepillos de masa se vence el problema del maquinado de superficies de grandes dimensiones ( longitud superior a un metro ) que se pueden maquinar en los cepillos de codo. En el cepillo de mesa, la herramienta va fijada al carro porta-herramientas y este a su vez al travesaño y no tiene movimiento alternativo; es la pieza fijada en la mesa la que pasa alternativamente por debajo de la herramienta. Al estar construidas estas maquinas bajo este principio admiten por lo tanto, el planeado de superficies de piezas de grandes dimensiones. La mesa porta-piezas puede recorrer un gran espacio sin dar origen a flexiones de ninguna especie. En general, los cepillos de mesa no se emplean en la producción de medianas o grandes series. Dependiendo de su forma constructiva, los cepillos de mesa pueden clasificarse en: Cepillos de mesa de un montante. Cepillos de mesa de dos montantes ( de puente ).
CEPILLO DE MESA DE UN MONTANTE ( UNA COLUMNA )
Se emplean cuando las piezas a maquinar son tan anchas que no caben entre los dos montantes. Las características de esta máquina la cual se observa en la figura No. 11, son similares a las de la maquina de dos montantes, con la diferencia del travesaño, que se encuentra en voladizo; debe ser más robusto, con el fin de soportar y evitar las vibraciones que se presentan en el arranque de viruta. Estas maquinas pueden ser del tipo de uno o más porta-herramientas.
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FIGURA No. 11. CEPILLO DE MESA DE UN MONTANTE ( UNA COLUMNA ).
CEPILLO DE MESA DE DOS MONTANTES ( DOS COLUMNAS )
Son los cepillos de mesa más empleados, ya que ofrecen una gran rigidez. En la figura No. 12 se ilustra una máquina de este tipo señalando sus partes principales que son: una bancada ( A ), a los lados de la cual se levantan dos montantes ( C ), uno a la derecha y otro a la izquierda; sobre la bancada van las guías para el desplazamiento de la mesa ( B ), que presenta el movimiento alternativo de avance y retroceso. Los dos montantes llevan también guías laterales para el desplazamiento vertical del travesaño ( D ). A lo largo del travesaño pueden desplazarse los porta-herramientas ( E ). En el cepillo de mesa, el bloque porta-herramientas puede oscilar alrededor de un eje, para facilitar a la herramienta el movimiento de retroceso de la mesa. El carro porta-herramientas puede subir o bajar para regular la profundidad de pasada y puede inclinarse un ángulo requerido.
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FIGURA No. 12. CEPILLO DE MESA DE DOS MONTANTES ( DOS COLUMNAS ).
ESCOPLO ( MORTAJADORA )
El escopleado también conocido como mortajado, es la operación de arranque de viruta mediante el movimiento lineal alternativo y en este caso vertical presentado por la herramienta. En la figura No. 13 se ilustran los movimientos que se efectúan en el escopleado; la herramienta tiene el movimiento principal o de corte, que es alternativo y vertical, la pieza proporciona el movimiento de avance y también la profundidad de corte. Además, gracias a una mesa porta-piezas que puede girar alrededor de su eje vertical central, el movimiento de avance puede ser también circular.
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FIGURA No. 13. MOVIMIENTOS REALIZADOS EN EL ESCOPLO.
Con este proceso se pueden elaborar diversos maquinados en orificios previamente realizados, tales como los que se ilustran en la figura No. 14; también se pueden obtener superficies verticales exteriores e interiores de cualquier perfil.
FIGURA No. 14. MAQUINADOS REALIZADOS EN EL ESCOPLO.
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HERRAMIENTAS PARA EL ESCOPLO
Las herramientas para escoplear ( B ) tienen loa ángulos de desprendimiento e incidencia invertidos respecto a los mismos ángulos de las herramientas usadas en los cepillos de codo o de mesa ( A ), a causa de que la dirección de corte es diferente, pues en los cepillos de codo o mesa aquella es horizontal y en los escoplos es vertical. En la figura No. 15 se puede observar esta diferencia. Por lo tanto, el ángulo de desprendimiento γ esta formado por el plano perpendicular al eje de la herramienta y por la cara frontal de esta. El ángulo de incidencia α es el que forma la cara superior con el plano perpendicular al anterior. El ángulo de filo β es el formado por las dos caras mencionadas anteriormente. Todas las herramientas de escoplear deben tener las caras laterales con una salida de 1° a 2°, a fin de evitar rozamientos laterales.
FIGURA No.15. ANGULOS DE LAS HERRAMIENTAS : a ) PARA CEPILLAR, b ) PARA
MORTAJAR. En la figura No. 16 se muestran los dos tipos de herramientas utilizadas en el escoplo, las cuales son las siguientes: a ) Herramientas para cortar. Son herramientas de desbaste empleadas especialmente para arrancar trozos de material de la pieza que se trabaja. La pieza avanza contra la herramienta.
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b ) Herramienta para perfilar. Son herramientas robustas, acodadas hacia adelante y con filo curvo; se utilizan para dar las pasadas de acabado a zonas de perfil recto o curvo. La pieza avanza en sentido lateral respecto a la herramienta.
FIGURA No. 16. HERRAMIENTAS PARA ESCOPLEAR.
Herramienta para cuñeros o chaveteros. Estas herramientas pueden tener la cabeza de muy variadas formas; en la figura No. 17 se muestra una de las más comunes. El ancho de la cabeza debe ser muy preciso, a fin de permitir maquinar el cuñero en una sola pasada y proporcionarle una tolerancia estrecha.
FIGURA No.17. HERRAMIENTA PARA CUÑERO.
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En la tabla No. 1 se indican los valores de los ángulos α, β y γ según el material que se maquina para herramientas de acero rápido, así como también los valores para el ángulo de desprendimiento lateral ϕ.
MATERIAL A MAQUINAR αααα ββββ γγγγ ϕϕϕϕ
Acero 3° 72° 15° 1.5° Fundición 3° 79° 8° 1.5° Aleaciones ligeras 8° 62° 20° 2° Bronce 5° 70° 15° 1.5°
TABLA No.1. VALORES DE LOS ANGULOS PRINCIPALES PARA HERRAMIENTAS DE
ESCOPLEAR.
En la tabla No. 2 se dan algunos valores límite entre los que puede variar la velocidad media de corte ( expresada en m/mín ) según el material de la pieza, el material con el que este fabricada la herramienta y si la operación es de desbaste o de acabado.
MATERIAL DESBASTE ACABADO
Acero Rápido Aleac. Duras Acero Rápido Aleac. Duras
Aceros blandos 20-24 -------- 21-28 ------- Aceros duros 16-20 -------- 20-24 ------- Fundición blanda 24-26 30-35 28-30 35-40 Fundición dura 18-20 25-30 24-26 35-40 Bronce 25-30 30-35 25-30 35-40 Aluminio ≈200 -------- ≈200 -------
TABLA No.2. VALORES DE VELOCIDAD MEDIA DE CORTE ( EN m/min ).
.MAQUINAS PARA ESCOPLEAR
La maquina-herramienta en donde se efectua este proceso se denomina escoplo o mortajadora. En la figura No. 18 se representa un escoplo con mesa regulable; consta principalmente de: un montante A de fundición y es parte integral de la base. En la parte superior va montada una plataforma inclinable, entre cuyas guías se desliza el porta-herramientas B que proporciona el movimiento alternativo debido a la biela que esta unida a la excentrica; la mesa porta-piezas C puede desplazarse en dirección transversal, longitudinal y vertical debido a los carros con que cuenta.
CEPILLADO
104
Una variante de este tipo de maquina es el escoplo con mesa giratoria, tal como la que se ilustra en la figura No. 19. Esta maquina, sin embargo, tiene el inconveniente de no poder dar desplazamientos verticales a la mesa porta-piezas, únicamente circular, longitudinal y transversalmente.
FIGURA No. 18. ESCOPLO CON MESA REGULABLE.
CEPILLADO
105
FIGURA No. 19. ESCOPLO CON MESA GIRATORIA.
CEPILLADO
106
CALCULO DE PARAMETROS
Potencia Efectiva. La potencia efectiva disipada en la operación de cepillado es igual a la suma de la potencia necesaria para efectuar el corte Nc, más la potencia necesaria para vencer el rozamiento Nr que existe entre las guías y el carnero ( cepillo de codo y escoplo ), o entre las guías y la mesa de trabajo ( cepillo de mesa ).
NcFcVc=4500η
en donde: Nc = potencia necesaria para efectuar el corte ( C.V ). Fc = fuerza de corte ( kg ). Vc = velocidad de corte ( m/mín ). = rendimiento mecánico de la maquina. Fc = qσ en donde: q = sección de la viruta ( mm2 ). σ = resistencia al corte del material ( kg/mm2 ).
Ncq Vc= σ
η4500
NrWfVc=4500η
en donde: W = peso del carnero o de la mesa de trabajo y la pieza ( kg ). f = coeficiente de fricción entre las guías y el carnero o entre las guías y la mesa de trabajo.
Ne = Nc + Nr
Ne = q Vcσ
η4500+WfVc
4500η= q Vc WfVcσ
η+
4500
CEPILLADO
107
NeVc q Wf= +( )σ
η4500
Tiempo de Maquinado. Este tiempo será igual a la suma del tiempo empleado en la carrera de corte más el tiempo empleado en la carrera de retorno.
TccL
Vc= ; Tr
cL
Vr=
en donde: c = número de carreras dobles ( que deberá ser un número entero ). L = longitud total de desplazamiento ( mm ). Vc = velocidad de corte ( mm/mín ). Vr = velocidad de retroceso ( mm/mín ).
cbe b bs
s= + +
en donde: be = ancho de entrada de la herramienta ( máximo 5 mm ). bs = ancho de salida de la herramienta ( máximo 5 mm ). b = ancho total del cepillado ( mm ). s = avance de la pieza o la herramienta ( mm/carrera doble ).
L = le + l + ls
en donde: L = desplazamiento total de la herramienta ( mm ). le = longitud de entrada de la herramienta ( entre 15 y 20 mm ). l = longitud del maquinado ( mm ). ls = longitud de salida de la herramienta ( entre 5 y 10 mm ).
Tp cL
Vc
L
Vrm= +( )
en donde: Tp = tiempo principal de maquinado ( mín ). m = número de pasadas en desbaste o afinado.
CEPILLADO
108
EJERCICIO:
Se desea maquinar una pieza como la que se ilustra en la figura, a la cual se le reducirá 1/8 de pulgada en su espesor. Calcular la potencia efectiva y el tiempo principal de maquinado, si el material tiene una resistencia al corte de 150 kg/mm2, el carnero tiene un peso de 380 kg y existe un coeficiente de fricción entre el carnero y las guías de 0.65 y se cuenta con los siguientes datos ( rendimiento del cepillo: 75 % ): DESBASTE: Vc = 16 m/mín; Vr = 30 m/mín; s = 2 mm/c.d. AFINADO: Vc = 20 m/mín; Vr = 30 m/mín; s = 1.5 mm/c.d.
1/8"
4"7"
3/4"
a ) Cálculo de la Potencia Efectiva: De la profundidad de corte total ( 1/8” = 3.175 mm ), se darán dos pasadas de desbaste de 1.5 mm cada una y una pasada de afinado de 0.175 mm, considerando el siguiente criterio para la profundidad de corte para cada pasada: DESBASTE: entre 0.3 y 5 mm. AFINADO: máximo 0.3 mm. La sección de la viruta será la siguiente: q = ts = ( 1.5 mm)( 2 mm/c.d.) = 3.0 mm2.
NeVc q Wf= +( )σ
η4500 =
( / min)[( )( / ) ( )( . )]
( )( . )
16 3 150 380 0 65
4500 0 75
2 2m mm kg mm kg+= 3.30 C.V.
CEPILLADO
109
b ) Cálculo del Tiempo Principal de Maquinado:
DESBASTE:
Carreras dobles:
cbe b bs
s= + +
= 3 1016 3
2
+ +.= 53.8 ≈ 54 carreras dobles.
Desplazamiento total de la herramienta:
L = le + l + ls = 15 + 177.8 + 5 = 197.80 mm
Td cL
Vc
L
Vrm= +( ) = (54)(
. .)( )
197 80
16000
197 80
300002+ = 2.045 min.
AFINADO: Carreras dobles:
cbe b bs
s= + +
= 3 1016 3
15
+ +.
. = 71.73 ≈ 72 carreras dobles.
Ta cL
Vc
L
Vrm= +( ) = ( )(
. .)( )72
197 80
20000
197 80
300001+ = 1.18 min.
El tiempo principal de maquinado será: Tp = Td + Ta = 2.045 + 1.18 = 3.226 mín.
MANDRINADO
110
M A N D R I N A D O
GENERALIDADES DEL MANDRINADO. El mandrinado o escariado consiste en ensanchar una cámara cilíndrica o un agujero, con el objeto de lograr una medida de precisión en su diámetro. Este proceso presenta una gran analogía con el torneado, por el hecho de que la herramienta arranca la viruta según una trayectoria circular; pero con respecto a los efectos de movimiento fundamental, colocación de la herramienta y de la pieza, presenta notables diferencias. En este proceso el movimiento de avance (rectilíneo y constante), lo tiene la pieza o la herramienta, y el movimiento principal o de corte es proporcionado por la herramienta, la pieza se fija sobre la mesa de trabajo y la herramienta va montada sobre el mandril (barra portaherramienta). Se puede considerar que el mandrinado tiene también cierta semejanza con el taladrado debido que la herramienta gira alrededor de un eje y la pieza está fija sobre la mesa. Sin embargo, existe una diferencia fundamental en lo que se refiere al movimiento de avance, pues en algunas operaciones de mandrinado, éste es proporcionado por la pieza. Mediante este proceso, se pueden generar superficies cilíndricas interiores, cónicas internas, se pueden hacer fresados tanto cilíndricos como frontales, refrentar, ranurar, roscar, etc. En las figuras 1,2,3, se presentan en forma esquemática algunas de estas operaciones.
FIG. No. 1. FILETEADO INTERIOR Y EXTERIOR.
MANDRINADO
111
FIG. No 2 FRESADO FRONTAL.
FIG. No 3. DIVERSOS MAQUINADOS.
MANDRINADO
112
a) Mandrinado cilíndrico b) Refrentado c) Mandrinado cónico d) Mandrinado esférico
Las operaciones en una mandrinadora son recomendadas cuando se desea trabajar piezas de gran volumen y peso, por lo tanto poco manejables, por ejemplo: cabezales de máquinas, monoblocks de motores de combustión interna, carcazas de motores, carcazas de bombas, etc. Las herramientas que se utilizan en una mandrinadora son muy diversas, ya que dependerá del tipo de operación que se esté realizando en ese momento, a continuación se describen algunas de ellas:
Cuchillas Barrenas Escariadores Brocas de Centrar
Cuchillas.- Se denominan con este nombre porque tienen la forma plana y el filo de corte recto similar al de los cuchillos, pueden construirse de diversos tipos y tamaños dependiendo de la operación que se realice. La longitud L se puede variar de 30 a 120 mm, el ancho b, de 12 a 25 mm, el espesor S de 5 a 15 mm, los valores de los ángulos principales pueden obtenerse de la tabla I para diferentes materiales, en la figura No. 4 se ilustra una cuchilla para refrentar.
FIG. No 4. CUCHILLA PARA REFRENTA.
MANDRINADO
113
TABLA I .- ÁNGULOS DE FILO, ATAQUE E INCIDENCIA DE HERRAMIENTAS DE ACERO RÁPIDO.
MATERIAL
A ARRANCAR
DUREZA HB=BRINELL HS = SHORE
CARGA DE RUPTURA Kg / mm2
α β δ
Fundición Acero fundido Fundición gris Acero duro Acero semiduro Bronce Latón Aleaciones lig.
HS 75 - 90 HB 120 - 260 HB 400 HB 200 - 250 HB 135 - 180 HB 90 - 180 HB 25 - 150
----------------- 50 - 100
----------------- 65 - 140 45 - 65 20 - 80 10 - 55
1º - 10º 10º - 15º 10º - 15º 2º - 10º 15º - 20º 0 - 10º 8º - 30º
87º - 88º 67º - 75º 67º - 75º 72º - 85º 62º - 70º 74º - 87º 30º - 55º
2º 5º - 8º 5º - 8º 3º - 8º 5º - 8º 3º - 6º
5º - 12º Barreras.- En forma general se consideran dos tipos :
Integral con guía, figura 5a. Desmontable con mango cónico, figura 5b.
La aplicación de este tipo de herramienta es para aumentar los diámetros hasta 100 mm de los agujeros provenientes de la fundición o previamente desbastados. Su forma permite una buena guía y una extracción fácil de la viruta. Estas herramientas pueden tener un diámetro exterior nominal o bien de medida inferior a fin de preparar los agujeros para un mandrinado posterior de acabado. En este caso, la parte superior cilíndrica del mandril, al servir de guía para el agujero, debe ir provista de res ranuras helicoidales en sentido opuesto al giro de la herramienta y estar rectificada.
FIG. No. 5 BARRENAS PARA AGUJEROS
MANDRINADO
114
Escariadores.- Los escariadores pueden considerarse como herramientas de penetrar de varios filos de corte. En espesor del material a arrancar debido a la función requerida, es muy pequeño (de 0.1 a 0.4 mm), sobre el diámetro del agujero. Por lo tanto, cada diente corta una fracción de metal que depende del número de dientes del escariador. Seleccionando adecuadamente los parámetros de corte (velocidad de corte y avance), es posible obtener agujeros perfectamente calibrados. En la figura No. 6 se muestran dos tipos de escariadores.
a) Integral b) Desmontable
FIG. No. 6 ESCARIADORES Los dientes pueden tener la forma de ángulo agudo, (figura No. 7a.) o bien reforzado (figura No. 7b. y 7c.), el número de dientes que puede variar de 4 a 20, está en relación al diámetro y tipo de escariador. A continuación se presenta una tabla II, de valores para diferentes condiciones de trabajo.
MANDRINADO
115
FIG. No.7 PERFILES DE DIENTES SOBRE LA SECCION NORMAL DE LOS
ESCARIADORES.
TABLA II.- NUMERO DE DIENTES EN RELACIÓN AL DIÁMETRO DE LA HERRAMIENTA.
DIÁMETRO EN
mm NUMERO DE DIENTES N
PARA TRABAJAR: ACERO, FUNDICIÓN Y BRONCE.
NUMERO DE DIENTES N PARA TRABAJAR
ALUMINIO D ≤ 12 12 ≤ D ≤ 20 20 ≤ D ≤ 30 30 ≤ D ≤ 40 40 ≤ D ≤ 50 50 ≤ D ≤ 60 60 ≤ D ≤ 100
4 ≤ N ≤ 6 6 ≤ N ≤ 8
8 ≤ N ≤ 10 10 ≤ N ≤ 12 12 ≤ N ≤ 14 14 ≤ N ≤ 16 16 ≤ N ≤ 20
N ≤ 4
4 ≤ N ≤ 6 6 ≤ N ≤ 8 6 ≤ N ≤ 8
8 ≤ N ≤ 10 8 ≤ N ≤ 10 10 ≤ N ≤ 12
Paso es la distancia entre dos dientes sucesivos sobre la periferia. La hélice o espiral de los dientes, tiene mucha importancia para la ejecución correcta del proceso. Puede ser a la derecha o a la izquierda, dependiendo del tipo de material que se trabaja. Se ha determinado que para materiales ligeros o dulces se recomienda un dentado espiral a la izquierda, para materiales de fundición y bronce, una espiral nula y para los materiales duros y tenaces, una espiral a la derecha. A continuación se presenta una tabla para diferentes condiciones de trabajo.
MANDRINADO
116
TABLA III.- ÁNGULO DE INCLINACIÓN Y SENTIDO DE HÉLICE EN UN ESCARIADOR.
MATERIAL A TRABAJAR
SENTIDO DE LA HÉLICE
ÁNGULO DE LA HÉLICE
SENTIDO DE GRUPO
Metales ligeros Acero R 40 Kg/mm2 Fundición y bronce Acero R = 50÷ 90 Kg/mm2
Acero R 90 Kg/mm2
Izquierda Izquierda
Recta Derecha Derecha
20º 8º 0º 6º 9º
Derecha Derecha Derecha Derecha Derecha
Dependiendo de su forma constructiva, los escariadores pueden ser : a) Cilíndricos. b) Regulares. c) Cónico y avellanadores. MANDRINADORAS. En los trabajos en serie, a menudo se presentan elementos que al someterse a una sucesión ordenada de operaciones a realizarse en máquinas herramientas diferentes unas a otras. Cada operación requiere de colocación de la pieza en diferentes posiciones, en los trabajos de elementos pequeños y medianos, no se presenta ningún problema, pero si los elementos a trabajar son voluminosos y requieren gran precisión en las dimensiones, los diversos desplazamientos efectuados en las operaciones conducen a cometer errores en las tolerancias exigidas. Teórica y prácticamente el inconveniente queda eliminado si se realizarán todas las fases de trabajo sin tener que montar y desmontar la pieza, esta exigencia puede satisfacerse con el empleo de máquinas herramientas especiales, las cuales están constituidas de modo que se puede llevar a cabo el proceso sin ninguna dificultad, una máquina de este tipo es la Mandrinadora. Las mandrinadoras se clasifican en forma general, de la siguiente manera: Horizontal Universal Mandrinadora Vertical Múltiple La mandrinadora universal horizontal, consta principalmente de las siguientes partes:
MANDRINADO
117
1) Bancada. 2) Bastidor del cabezal. 3) Cabezal. 4) Bastidor para la luneta. 5) Luneta. 6) Mesa. En la figura No. 8 se presenta esquemáticamente una mandrinadora de este tipo. 1) Bancada.- Tiene la forma de una caja con nervios interiores con la finalidad de hacer sólida la estructura, en la parte superior tiene las guías a través de las cuales se mueven el carro que contiene la mesa y también el bastidor de la luneta.
FIG. No 8 MANDRINADORA UNIVERSAL HORIZONTAL
A) Bancada, B) Bastidor de cabezal, C) Cabezal, D) Bastidor de la luneta, E) Luneta, F) Mesa de trabajo.
MANDRINADO
118
2) Bastidor de cabezal.- Se encuentra a la izquierda de la bancada, en la parte anterior tiene las guías por donde se desplaza el cabezal. 3) Cabezal.- Es una de las partes esenciales de la máquina, tanto porque el mandril portaherramienta recibe de éste el movimiento de giro, así como porque el montaje de cabezal sobre las guías del bastidor, depende la precisión, de la máquina y por lo tanto, la precisión del proceso. El mandril tiene en el extremo un agujero cónico en el que pueden montarse herramientas de diferentes tipos, según sea la operación como brocas, escariadores, etc., de modo que se puedan ejecutar diversas operaciones en una misma pieza. 4) Bastidor de luneta.- Es una estructura de fundición, y está alineada sobre las guías de la bancada que sirve para el carro, y pueda fijarse en cualquier posición. 5) Luneta.- Va montada sobre las guías verticales del bastidor, y puede desplazarse verticalmente. La regulación puede lograrse manual o automáticamente junto con el cabezal. 6) Mesa.- La mesa de trabajo puede desplazarse longitudinalmente mediante un carro que está montado sobre las guías de la bancada, y transversalmente por medio de un carro auxiliar sobre el cual va montada la mesa, a su vez la mesa puede tener movimiento giratorio. Mandrinadora Vertical.- Está máquina puede efectuar las operaciones de: fresado, taladrado y mandrinado con buena precisión, y se caracteriza por tener un husillo portaherramienta en posición vertical. En la figura No. 9 está representada esquemáticamente una mandrinadora de este tipo. La ejecución de las diversas operaciones en una misma pieza, sin moverla de su posición inicial, resulta posible por las características especiales que posee la máquina, por ejemplo, la mesa puede avanzar longitudinalmente, el cabezal transversalmente, el puente que sostiene el cabezal portaherramientas puede desplazarse verticalmente. La colocación de las piezas sobre la mesa, puede efectuarse de diversos modos. Dependiendo de la forma de la pieza y de la posición de las superficies a trabajar. Los elementos que tienen superficies planas paralelas permiten una colocación directa sobre la mesa. Cuando los elementos poseen agujeros radiales o dispuestos según una circunstancia pueden colocarse convenientemente sobre un plato divisor giratorio con el eje vertical. Mandrinadoras Múltiples.- En la fabricación de grandes series, en donde se requiere efectuar diversas operaciones con herramientas montadas en un grupo de unidades operadoras, es conveniente el empleo de máquinas en donde se pueden efectuar operaciones simultáneamente. La forma constructiva de este tipo de máquinas depende en gran parte de las operaciones a realizar, sin embargo, para simplificar la construcción de estas máquinas se ha encontrado conveniente normalizar elementos o conjuntos de modo que puedan cambiarse entre sí. Formando grupos de unidades operadoras en las más variadas posiciones.
MANDRINADO
119
En la figura No. 10 se representan esquemáticamente algunos de estos grupos.
FIG. No. 9.- MANDRINADORA UNIVERSAL VERTICAL.
A) Travesaño, B) Volante para el desplazamiento rápido del cabezal, C) Perilla para el desplazamiento final del cabezal, D) Fijación del travesaño vertical, E) Desplazamiento vertical del travesaño, F) Bandeja para herramientas, G) Cambio de velocidades, H) Palanca para el acoplamiento del motor de accionamiento, I) Palanca para la fijación de la mesa, L) Pulsadoras para la puesta en marcha y para del motor, M) Desplazamiento a mano de la mesa, N) Ocular, O) Bandeja para los útiles, P)Husillo portaherramienta, Q) Soporte, R) Travesaño móvil, S) Caja para los engranajes cónicos, T) Árbol de transmisión, U) Montante izquierdo, V) Cabezal.
MANDRINADO
120
FIG. No. 10.- ESQUEMA DE MANDRINADORAS MÚLTIPLES.
a) Con un cabezal horizontal, b) Con dos cabezales horizontales, c) Con tres cabezales horizontales, d) Con cuatro cabezales horizontales, e) Con un cabezal vertical, f) Con un cabezal horizontal y uno vertical, g) Con dos cabezales horizontales, h) Con cinco cabezales horizontales y dos y uno vertical. verticales.
RECTIFICADO
121
RECTIFICADO
Es el proceso mediante el cual se efectúa el maquinado de un material utilizando una
herramienta abrasiva, la cual comúnmente se denomina muela.
Las muelas son herramientas policortantes constituidas por millares de partículas de grano
abrasivo, cada una de las cuales es realmente una herramienta de corte aguda, cuya función
es cortar la superficie del material que se rectifica. Estos pequeños trozos de material
cortado son considerados como viruta. El tamaño de la viruta depende del tamaño del
grano de la muela, es decir, que entre mas fino es el grano abrasivo la viruta será mas
pequeña y, consecuentemente se tendrá se tendrá un mejor acabo.
En la figura No. 1 se muestra la forma en que los granos abrasivos de una muela cortan el
material en una pieza que se esta rectificando.
FIG. No 1. RELACIÓN ENTRE EL GRANO ABRASIVO EN UNA MUELA Y LA PIEZA A TRABAJAR.
La pieza a rectificar puede ser de cualquier dimensión o forma, dependiendo de la maquina.
En este proceso se obtiene gran precisión en las dimensiones requeridas y alta calidad en
las superficies maquinadas, razón por lo que esta considerada como una operación de
acabado. Sin embargo, el rectificado puede emplearse para el maquinado en donde el
material sobrante es un volumen considerable.
RECTIFICADO
122
GENERALIDADES DE LAS MUELAS. Una muela para rectificadora es una herramienta abrasiva que trabaja quitándole, a la pieza
que se maquina, pequeñas partículas. Esta constituida por un gran numero de granos
abrasivos que ejecutan el trabajo de amolado propiamente dicho y por un aglutinante
apropiado que mantiene estos granos unidos a otros.
Los factores que determinan la apropiada selección de la rueda abrasiva ideal para una
cierta condición de trabajo, son los siguientes:
1.- El tipo de abrasivo
2.- El tamaño del grano
3.- La dureza de la rueda
4.- La estructura
5.- El aglutinante o liga
LOS TIPOS DE ABRASIVOS Las ruedas abrasivas son fabricadas con los dos tipos de abrasivos mas importantes hechos
por el hombre el oxido de aluminio fundido o corindon artificial y el carburo de silicio, en
sus diferentes clases:
TYRALUM A Y 10A .- Oxido de aluminio regular o normal (96.97% Al2 O 3 ) es el
abrasivo mas comúnmente empleado. Se utiliza para el esmerilado de los aceros suaves, el
hierro maleable recosido, y otros materiales duros y tenaces.
TYRALUM 52A .- Oxido de aluminio semifriable (98% Al2 O3) de color café claro. Esta
especialmente indicado para el esmerilado de los aceros inoxidables y otros aleados.
TYRALUM 88A .- Oxido de aluminio rosado (995% Al2 O3 ) de dureza muy alta así como
fragilidad. Indicado para esmerilar aceros templados y muy recomendable para ser usado en
puntas montadas para el esmerilado de acero y fundición.
TYRALUM 89A .- Oxido de aluminio blanco (99.8% Al2 O3 ) el de mas alta fragilidad y
pureza. Se utiliza para el esmerilado de los aceros aleados templados y cementados, aceros
rápidos y de herramientas, por su corte frío.
TYRALUM 91A.- Oxido de aluminio rubina (97% Al2 O3 + 2% Cr2 O3 ) muy duro y con
una alta fragilidad que le imparte el oxido de cromo, que además le da su llamativo color
rojo. es empleado en aceros aleados y de herramientas.
TYRALUM 92A.- Oxido de aluminio monocristalino especial que no es fragmentado
durante su proceso de fabricación (99.1% Al2 O3 ) de color grisáceo. De dureza muy alta y
sumamente frágil, esta especialmente indicado para esmerilar los aceros mas duros y
sensibles al calor.
RECTIFICADO
123
TYRALUM 50A.- Oxido de aluminio que resulta de la mezcla de partes iguales de
TYRALUM 10A Y TYRALUM 89A. Combina las características de los dos y se utiliza
para trabajar aceros de baja aleación sobre todo en el rectificado cilíndrico exterior.
TYRALUM 70A.- Oxido de aluminio resultante de la mezcla de partes iguales de
TYRALUM 52A Y TYRALUM 92A. Es una combinación que esta tomando un importante
papel en las operaciones de rectificado de aceros endurecidos.
TYCARBO 1C.- Carburo de silicio negro u oscuro, de dureza muy alta y muy tenaz, se
emplea para el esmerilado de materiales de baja resistencia a la tensión, como el hierro
colado o vaciado, el cobre, latón, bronce, aluminio, así como materiales plásticos,
cerámicos y minerales.
TYCARBO C.- Carburo de silicio verde, de mas alta dureza y mas frágil que el
TYCARBO 1C. Su uso principal es en el de afilado del carburo de tungsteno cementado
(widia, carboloy) y para trabajar el cristal y la porcelana.
TYCARBO 50C.- Carburo de silicio que resulta de la mezcla de partes iguales de
TYCARBO 1C Y TYCARBO C. Tiene una acción esmeriladora intermedia entre los
carburos anteriores y se emplea en el rectificado cilíndrico y de superficies en piezas de
fundición y en el desbaste de la porcelana y del vidrio.
EL TAMAÑO DEL GRANO Se determina por una cifra que indica el numero de mallas por pulgada lineal que tiene el
tamiz final empleado para separar los granos. Son cifras universalmente aceptadas por
todos los fabricantes de abrasivos.
muy gruesos, 8, 10, 12, 14,
gruesos, 16, 20, 24, 30,
medianos,36 ,46, 54, 60,70,
finos, 80, 90, 100, 120, 150,
muy finos,180,220,240,280,
extra finos,320, 400, 500, 6 00 ,
al seleccionar el tamaño del grano tenga presente utilizar un grano grueso para desbastar o
cuando este esmerilando materiales suaves y dúctiles, y un grano fino para pulir.
LA DUREZA DE LA RUEDA La dureza de una rueda no debe no debe confundirse con la dureza del abrasivo del cual
esta fabricada. Entendemos por dureza o grado de la rueda, a la habilidad del aglutinante
para retener o soltar los granos abrasivos que están utilizando.
Los factores que determinan la dureza de la rueda son, el tipo de aglutinante, la cantidad de
aglutinante en relación al grano, y la densidad a la que es prensada la rueda.
La dureza de una rueda se expresa con una letra que en orden alfabético va de blanda a
dura:
RECTIFICADO
124
muy blanda, D, E, F, G,
blanda, H, Y, I, K,
mediana, L,M,N,O,
dura,P, Q, R, S,
muy dura, T, U, V, W,
extra dura, X,Y,Z LA ESTRUCTURA Es la relación que existe entre el grano abrasivo y los espacios abiertos dentro de una rueda,
y nos indica el grado de espaciamento de los granos.
La estructura de la rueda esta definida por un numero:
densa, 0, 1, 2,
mediana,3, 4,
abierta,5, 6,
porosa, 7, 8, 9,
superporosa, 10,
EL AGLUTINANTE O LIGA Las ruedas abrasivas son fabricadas con dos tipos de aglutinantes, vitrificados y resinosos.
Las ruedas vitrificadas después de ser prensadas se secan en cámaras cuya temperatura y
grado higrométrico se regulan con aparatos de control automático, y son horneadas
posteriormente a 1300ºC, temperatura a la cual funde la materia vítrea que les sirve como
aglutinante.
Estas rueda se utilizan generalmente a una velocidad periférica de 30 a 35 metros por
segundo y las designamos con la letra “V”. Las ruedas resinosas después de prensadas pasan directamente a los hornos, en los cuales
son horneadas bajo control automático a una temperatura cercana a los 200º C.
Las ruedas así producidas tienen mayor resistencia que las vitrificadas, pudiendo ser usadas
a velocidades mas altas (45 a 48 metros por segundo). Además, presentan la ventaja de que
pueden ser reforzadas, principalmente con mallas tejidas de fibra de vidrio, aumentando
enormemente su resistencia mecánica. Los discos cortadores y esmeriladores, y las ruedas
planas reforzadas pueden ser usados a 80 metros por segundo.
TIPO DE MUELAS Estas herramientas pueden tener una gran variedad de formas y dimensiones, dependiendo
del trabajo que se realice. A continuación en la figura No. 2 se muestran algunas formas
típicas de muelas.
RECTIFICADO
125
FIG. No. 2 FORMAS TÍPICAS DE MUELAS.
A = de disco, B-C de copa, D = de plato hueca, F = Bicónica,
G = de copa cilíndrica, H = de disco para roscas, I = de forma para arboles
ranurados , J = m, n, o = para superficie cilíndricas interiores.
Para la elección adecuada de la muela, deben tenerse presentes además de los cincos puntos
que describen a la muela los siguientes conceptos:
a) Velocidad de corte
b) Profundidad de corte
c) Avance
d) Refrigerante.
TIPOS DE RECTIFICADOS Dependiendo de la forma de la superficie que se procesa, el rectificado puede ser:
I ) De superficies planas.
con centros
Exteriores
II ) De superficies cilíndricas sin centros
Interiores
RECTIFICADO
126
Exteriores
III ) De superficies cónicas
Interiores
I ) El rectificado de superficies planas se realiza mediante la combinación del movimiento
de avance y retroceso de la pieza, así como el movimiento circular de la herramienta figura
No. 2
FIG. NO. 2 RECTIFICADORA DE SUPERFICIES PLANAS TANGENCIAL
1) Pieza a trabajar
2) Mesa de trabajo
3) Herramienta
RECTIFICADO
127
II ) Rectificado de superficies cilíndricas.
a) Para exteriores.
Uno de los métodos mas empleados para el rectificado de superficies cilíndricas exteriores,
consiste en colocar la pieza entre los contrapuntos de la rectificadora (figura No. 3). Este
método se denomina rectificado de superficies cilíndricas con centros.
FIG. NO. 3 RECTIFICADO DE SUPERFICIES CILÍNDRICAS
Cuando la pieza a rectificar es muy larga, si se centra sobre los contrapuntos tiende a
flexionarse por presión ejercida con la muela durante la pasada; así también, si la pieza es
muy corta, el trabajo con los centros se dificultan, pues al aproximar demasiado los
contrapuntos, queda poco espacio útil para los movimientos.
En estos casos, es recomendable el rectificado sin centros, ya que no requiere el empleo de
dispositivos de fijación y centrado axial con los contrapuntos.
el rectificado sin centros se efectúa en maquinas rectificadoras denominadas sin centros,
bajo los siguientes principios (figura No. 4).
RECTIFICADO
128
FIG. NO. 4 RECTIFICADO SIN CENTROS.
La pieza a rectificar se coloca sobre una guía (A) , la muela operadora (B), que actúa como
una rectificadora normal para superficies cilíndricas de exteriores, gira a gran velocidad y
comprime la pieza (C), rectificándola, a su vez esta gira sobre la misma a consecuencia de
la fricción originada por la rotación de la muela guía (D).
Los ejes de las muelas B y D, no son paralelos, sino que forman entre si un ángulo
comprendido entre 1 y 3 grados.
La muela guía o de arrastre (D), para permitir el avance de la pieza, puede no ser cilíndrica
como la (B), sino más bien un hiperboloide de revolución debe tener un grano mas grueso y
girar a una velocidad inferior a la velocidad de la muela de trabajo (B).
La muela guía (D), imprime a la pieza dos movimientos: uno de rotación y otro de
translación axial, originando un movimiento helicoidal.
De este modo la pieza una vez situada en la envoltura que forman las dos muelas avanzada
automáticamente.
b) Para interiores.
Este proceso se realiza con las rectificadoras para interiores o universales empleando el
soporte por la muela, como se muestra en la figura No. 5 la pieza, esta dotada de
movimiento giratorio, producido por el cabezal porta-piezas, y el movimiento intermitente
de avance longitudinal producido por la mesa.
RECTIFICADO
129
FIG. NO. 5 RECTIFICADO DE SUPERFICIES CILÍNDRICAS INTERIORES.
III ) Rectificado de superficies cónicas.
a) Exteriores
E el rectificado de superficies cónicas pueden presentarse dos casos:
1) Rectificado de piezas ligeramente cónicas (hasta 15 grados de inclinación).
2) Rectificado de piezas cuyo ángulo de inclinación es mayor de 15 grados.
En el primer caso, es conveniente actuar sobre la mesa, inclinándola y fijándola mediante
un tornillo micrometrico ( figura No. 6 )
RECTIFICADO
130
FIG. NO 6 RECTIFICADO DE SUPERFICIES CÓNICAS EXTERIORES.
En el segundo caso, se hace girar, el cabezal porta-pieza un ángulo igual al formado por la
generatriz del cono con el eje de rotación (figura No. 7).
FIG. No. 7 RECTIFICADO DE SUPERFICIES CÓNICAS EXTERIORES.
RECTIFICADO
131
b) Interiores
Para el rectificado de superficies cónicas interiores pueden seguirse las mismas reglas
adoptadas para el rectificado de superficies cónicas exteriores:
1) Inclinar la mesa si la conicidad es pequeña, menor de 15 grados fig. No. 8.
2) Inclinar el cabezal porta-pieza si la conicidad es mayor de 15 grados (fig. No 9).
FIG. No. 8 RECTIFICADO DE SUPERFICIES CÓNICAS INTERIORES, DE GRADOS
FIG. No. 9 RECTIFICADO DE SUPERFICIES CÓNICAS INTERIORES, MAS DE 15
GRADOS.
RECTIFICADO
132
RECTIFICADORAS
Son las maquinas herramientas en las cuales se lleva a cabo el proceso de rectificado.
CLASIFICACIÓN
De acuerdo a las superficies generadas, las rectificadores se pueden clasificar en la forma
siguiente:
De árbol vertical.- Se denomina así por la posición vertical del eje de la muela. Una
rectificadora de este tipo se representa en la figura No. 10 y consta de una bancada, en
donde se encuentran los distintos dispositivos y el equipo hidráulico para el accionamiento
de la mesa; en la parte delantera de la bancada van montadas las palancas de mando, en la
parte posterior se levanta un montante que lleva el cabezal para la muela de copa. Dicho
cabezal portamuela, es gradualmente en altura, a fin de obtener la medida exacta de los
elementos a rectificar.
FIG. NO 10 RECTIFICADORA ÁRBOL VERTICAL.
De árbol horizontal.- Toman esta denominación por tener el eje de rotación del husillo
portamuela en forma horizontal. Este tipo de rectificadoras, se componen como se muestra
en la figura No. 11, de: una bancada (A), en cuya parte posterior se levanta el montante (B),
RECTIFICADO
133
por donde se desliza verticalmente el cabezal (C), la mesa, (D), porta-pieza que puede
desplazarse longitudinalmente, con movimiento alternativo de ida y retroceso; mango (E),
para regulación automática del avance transversal, volante (F), para el mando manual de la
mesa, palanca (G), para el mando automático de avances de alimentación, mesa
electromagnética (H).
FIG. NO. 11 RECTIFICADORA DE ÁRBOL HORIZONTAL.
RECTIFICADO
134
Cilíndrica de exteriores.- Pueden ser de centros o sin centros. De centros, llamada si,
porque la pieza a maquinar gira entre puntos, simplemente se sujeta a un plato giratorio. En
ambos casos, la pieza giratoria esta dotada de un movimiento alternativo (longitudinal)
entre la cara de la muela, después de cada recorrido de la mesa, la muela avanza una
distancia igual a la profundidad de corte deseada.
Un ejemplo de la rectificadora tipo universal se ilustra en la fig. No.12, la cual se compone
básicamente de una bancada o bastidor (A) sosteniendo en su parte superior dos guías
longitudinales que sirven para el deslizamiento de la base (B) de la mesa (C). El
movimiento longitudinal de la mesa puede obtenerse maniobrando el volante (D),
hidraúlicamente, la inversión del movimiento se produce automáticamente al final de la
carrera por el choque de dos cursores graduables, contra la palanca inversora (E).
El cabezal porta-piezas (F), esta colocado sobre una plataforma graduada, situada a la
izquierda de la mesa (C). El árbol del cabezal gira por medio de un motor eléctrico, situado
en el interior del mismo. La velocidad de giro es regulable y el sentido puede invertirse.
El cabezal contrapunto (H) esta montado sobre las guías transversales de la mesa
opuestamente al cabezal porta-piezas.
El cabezal portamuelas (G), puede deslizarse sobre dos guías transversales de la bancada
automáticamente mediante la palanca (Y) seleccionadora del avance o manualmente
mediante el volante (L).
En las rectificadoras universales pueden realizarse las siguientes operaciones:
a) Rectificado exterior e interior de superficies cilíndricas
b) Rectificado exterior e interior de superficies cónicas.
RECTIFICADO
135
FIG. NO. 12 RECTIFICADORA UNIVERSAL.
Sin centros.- En la figura No. 13 se representa una rectificadora sin centros y consta de una bancada (A), en donde se encuentra la instalación hidráulica para los distintos mandos, la
bomba y el recipiente para el refrigerante. El cabezal (C) lleva el husillo portamuela
operadora, dicho husillo esta apoyado sobre baleros, y recibe el movimiento de rotación del
motor por medio de poleas. El cabezal (B) contiene el husillo portamuela guía o de arrastre,
el cual esta apoyado radialmente sobre unos casquillos, y axialmente sobre un cojinete axial
de bolas. El husillo tiene acoplado un engranaje cónico a través del cual se transmite el
movimiento.
RECTIFICADO
136
FIG. NO. 13 RECTIFICADORA SIN CENTROS.
Este tipo de rectificadora se recomienda para trabajos en serie (grandes volúmenes de
producción), se pueden rectificar pernos, casquillos, rodillos, anillos, ejes, etc. Sin
embargo, están excluidos los elementos excéntricos. Seleccionando la muela adecuada se
pueden trabajar todos los aceros, desde los dulces hasta los extraduros, los templados,
fundiciones, bronces, latones, aluminio y sus aleaciones, etc.
Cilíndrica de interiores.- La maquina para rectificado de interiores, es de construcción
semejante a la que se emplea para el rectificado de superficies exteriores, la cual se ilustra
en la figura No. 14.
RECTIFICADO
137
FIG. NO. 14 RECTIFICADORA PARA SUPERFICIES CILÍNDRICAS INTERIORES.
a) Cabezal
b) Plato de sujeción
c) Pieza
d) Herramienta
e) Husillo de herramienta
f) Cabezal de la muela.
El cabezal porta-pieza (A) tiene un plato giratorio de sujeción en el cual se fijan las piezas.
El movimiento lo proporciona un motor, y lo transmite mediante sistemas de engranes a
través de los cuales se puede obtener diversos valores de velocidad.
El cabezal portamuela (B), va dispuesto al husillo con cojinetes correspondientes y la muela
volada. La muela recibe de un motor su movimiento principal rotatorio.
Estas maquinas se usan principalmente para el acabado de agujeros redondos en piezas,
tales como: discos, dados para forjar, engranes, cuchillas circulares, plantillas, etc.
Rectificadoras especiales.- Dentro de la clasificación de especiales, se consideran aquellas cuya aplicación comprende el rectificado de piezas de forma determinada, o sea que han
sido diseñadas para tal fin, por ejemplo:
RECTIFICADO
138
a) rectificadora para arboles de levas.
b) rectificadora para cigüeñales.
c) Rectificadora para roscas
d) Rectificadora para engranes
e) Rectificadora para monoblock, etc.
RECTIFICADO
139
CALCULO DE PARÁMETROS
Para el rectificado de superficies cilíndricas exteriores e interiores, se pueden utilizar las siguientes expresiones en el calculo del tiempo de maquinado.
T = 2 1
1
C
S nm min.
El numero de pasadas se determina de la misma forma que se ha hecho en otras prácticas,
utilizando en este caso los rangos de la profundidad de corte para una pasada siguiente:
Para desbaste 0.03 - 0.08 mm por carrera doble.
Para afinado 0.03 mm máximo por carrera doble.
El tiempo de rectificado también se puede calcular usando la siguiente expresión:
T = n
nm'
min.
n’ = 2Cl
sl RPM.
Siendo n’ el número de revoluciones por minuto de la pieza necesarias para efectuar una
carrera doble lateral completa.
La pieza puede tener los siguientes valores de la velocidad tangencial ( velocidad de corte ).
Para desbaste Vc = 10 - 30 m
min
Para afinado Vc = 15 - 60 m
min
Estos valores son recomendados para aceros y fundiciones.
Rectificado de superficies planas ( rectificado tangencial ) :
T = KCl
Smm min.
Donde : K = Número de carreras dobles longitudinales del carro necesarias para
realizar
para realizar todo el desplazamiento transversal.
RECTIFICADO
140
K = Ct
St
b = Ancho de la pieza mm.
Ct = Carrera transversal mm.
Ct = Le + b + Ls + A
St = Avance transversal de la pieza por cada carrera doble longitudinal
mm / carrera doble.
Cl = Carrera longitudinal de la pieza mm.
Cl = Le + l + Ls
Le y Ls = 2 a 10 mm.
Sm = Avance por minuto de la mesa porta pieza mm
min.
Ejemplo :
Se desea rectificar una flecha de acero que tiene un diámetro inicial de 2 1
16
" y se requiere
obtener 2” de diámetro final, la longitud de la pieza es de 81
2
". Calcular el tiempo
empleado en el rectificado, se está utilizando una muela de 1” de ancho que gira a 5000
RPM.
Pt = D Di f−
2= 52 387 508
2
. .−= 0.793 mm.
En el desbaste se retirarán 0.753
En el afinado se retirarán 0.04
Para desbaste m = 0 753
0 0753
.
.= 10 pasadas.
Para afinado m = 0 04
0 02
.
.= 2 pasadas.
Se harán las consideraciones siguientes :
Para desbaste Vt = 20 m
min sl = 0.4 A
Para afinado Vt = 30 m
min sl = 0.4 A
RECTIFICADO
141
Tiempo de desbaste T = 2Cl
s lnm
Vc = πDn n, = VcDπ
= ( )( )20
31416 0 0523
m min
m
/
. .=
20
01645.= 121.58 RPM
sl = 0.4 A = 0.4 x 25.4 = 10.16 mm.
Cl = Le + l + Ls + A
Cl = 10 + 215.9 + 10 +25.4 = 261.3 mm.
T = 2Cl
s nlm
T = ( )( )
( )( )2 2613
1016 12158
.
. .
mm
mm RPM( )10 =
522 6
1235 25
.
.( )10 = 4.23 min
Tiempo de afinado :
n = Vc
Dπ= ( )( )
30
31416 0 0508
m min
m
/
. .=
30
01595.= 188.08 RPM
sl = 0.4 A = ( )( )0 4 254. . =10.16 mm.
T=( )( )
( )( ) ( )2 2613
1016 188 082
.
. .
mm
mm RPM= ( )522 6
1910892
.
.= 0.54 min.
T total = T desb. + T afinado = 4.23 + 0.54 = 4.77 min.
T total = 4.77 min.
MAQUINADO AUTOMATICO DE ENGRANES
142
MÁQUINADO AUTOMÁTICO DE ENGRANES
Los engranes son ruedas dentadas que forman parte fundamental de la estructura de las máquinas herramienta y en general se les encuentra en todas las máquinas que transmiten fuerza por medio de movimiento. Se entiende por tren de engranes al conjunto de dos o más ruedas dentadas que transmiten la rotación de sus ejes mediante la interacción de los dientes que tienen tallados en su superficie. TIPOS DE ENGRANES Y SU APLICACIÓN. Los tipos de engranes más utilizados en la industria son: rectos, cónicos, mítrales, helicoidales, doble helicoidal, internos y el acoplamiento corona y tornillo sin fin. ENGRANES RECTOS. Las ruedas que forman este tipo de engranes son de tipo cilíndricas y en su superficie se generan los dientes paralelos al eje de giro de la rueda. Los engranes rectos son los que se encuentran con más frecuencia en las máquinas de tipo industrial y son adecuadas para transmitir velocidades medianas (moderadas) y presiones medias, sus flechas siempre son paralelas entre si, así mismo, debe ser fácilmente desmontable teniendo la propiedad de ser intercambiables si son del mismo paso diametral o de igual módulo, este se ilustra en la figura No. 1.
FIG. No 1 ENGRANES RECTOS
MAQUINADO AUTOMATICO DE ENGRANES
143
ENGRANES CÓNICOS Y MÍTRALES. Los engranes cónicos se utilizan cuando es necesario transmitir potencia, donde los ejes acoplados forman un cierto ángulo, de modo que sus líneas axiales se cortan, estos engranes son generados a partir de un cuerpo cónico truncado el cual tiene el ángulo deseado, los engranes cónicos pueden ser de ángulo recto y también formando otros ángulos diferentes al recto. En el caso que la relación de velocidad de un par de engranes cónicos sea de 1:1 ambos engranes son del mismo tamaño y tienen el mismo número de dientes, se les suele llamar engranes mítrales. Un engrane cónico se ilustra en la figura No. 2.
FIG. No 2 ENGRANES CONICOS: a ) CON DIENTES RECTOS Y b ) CON DIENTES HELICOIDALES
MAQUINADO AUTOMATICO DE ENGRANES
144
ENGRANES DE INTERIORES. Este tipo de engranes tienen dientes paralelos o inclinados con respecto al eje de giro, pero el engrane tiene generados o tallados los dientes interiormente, este tipo de engranes proporcionan mecanismos compactos debido a que los centros de giro de las piezas están mucho más próximos de lo que puede conseguirse con engranes rectos exteriores en igualdad de condiciones. Con este tipo de engranes pueden obtenerse altas reducciones en espacios pequeños. Un engrane interior se muestra en la figura No. 3.
FIG No. 3 ENGRANE INTERIOR. ENGRANES HELICOIDALES. El engrane helicoidal se asemeja al engrane recto, ya que los dientes son generados sobre un cuerpo cilíndrico exterior o interiormente, pero difiere del engrane recto en que los dientes están dispuestos en hélice alrededor del cuerpo en vez de estar generados paralelamente al eje de giro de la rueda. Este tipo de engranes proporciona una marcha más suave y una fuerza mayor. Los engranes helicoidales pueden usarse para unir ejes que forman un cierto ángulo siempre y cuando sus líneas axiales no se corten. El engrane helicoidal se ilustra en la figura No. 4.
MAQUINADO AUTOMATICO DE ENGRANES
145
FIG. No. 4 ENGRANES HELICOIDALES. ENGRANES DOBLE HELICOIDAL. Una forma de fabricación de este tipo de engranes es mediante dos engranes de tipo helicoidal, uno tiene sus dientes inclinados hacia la derecha y el otro tiene sus dientes inclinados hacia la izquierda, los cuales así unidos vienen a formar una figura de espina de pescado. Este tipo de engranes se utilizan siempre en flechas paralelas, pueden transmitir alto par de arranque y operar a altas velocidades. Este tipo de engrane se ilustra en la figura No. 5. Actualmente existen máquinas generadoras de engranes que fabrican este tipo de engrane en forma automática, por ejemplo la generadora Herringbone.
FIG. No 5 PAR DE ENGRANES DOBLE HELICOIDAL
MAQUINADO AUTOMATICO DE ENGRANES
146
ACOPLAMIENTO TORNILLO SIN FIN - CORONA. Este tipo de transmisión esta compuesto por un tornillo sin fin y una corona, se emplean para obtener altas relaciones de velocidad, los tornillos pueden ser fabricados con una, dos o tres entradas. Entre más alto sea el número de entradas, menor relación de velocidad nos da. Por ejemplo, un tornillo sin fin de entrada doble hará girar a la corona el doble que si tuviera una sola entrada para una misma relación de velocidad. Ver figura No. 6 .
FIG. No. 6 SISTEMA TORNILLO SIN FIN-CORONA, EN DONDE: a ) CORONA,
b ) TORNILLO SINFIN MÉTODOS PARA GENERAR ENGRANES. Los dientes en los engranes se pueden generar mediante máquinas herramienta como la fresadora, el cepillo, el escoplo o mortajadora, o bien las generadoras de engranes. La fabricación automática de los engranes, no esta basada en ningún dispositivo de división semejante al tallado de diente por diente como en la fresadora, sino que en la generadora y talladora moderna todo esto se hace mecánicamente con movimientos conjugados de cortador o herramienta y pieza de trabajo. A continuación se describen los sistemas de generación automática:
MAQUINADO AUTOMATICO DE ENGRANES
147
SISTEMA PFAUTHER. La generación se hace por medio de una herramienta tipo Hob o llamada también fresa Madre montada en un mecanismo con movimiento giratorio continuo. SISTEMA MAG. El engrane se genera con una herramienta en forma de cremallera. SISTEMA FELLOWS. El engrane se genera con una herramienta en forma de piñón destalonado. SISTEMA PFAUTHER (MÁQUINA CON CORTADOR TIPO HOB). El cortador y el material a trabajar son arrastrados simultáneamente en forma sincronizada según una relación de engranes y piñones, los cuales están montados en las liras de la máquina. El trabajo de generación se efectúa por corte y rotación de la herramienta la cual tiene un movimiento de avance vertical paralelo al dentado. Según sea la operación, un tallado recto o helicoidal, la dirección de los dientes en contacto con la pieza es vertical o inclinada. En este último caso el avance es paralelo al dentado y es función del ángulo de la hélice y se produce automáticamente por la máquina, cualquiera que sea su dirección. En esta máquina se pueden generar engranes rectos, helicoidales y coronas para tornillo sinfin exteriores. Una máquina con cortador tipo Hob se representa en la figura No. 7, y consta generalmente de una bancada (A) en la cual se encuentran dos guías por donde se desplaza el montante (B) con plataforma (C). El montante (B) contiene en su parte frontal un contra punto (F) con la finalidad de aumentar la rigidez de la sujeción de la pieza que gira, e impedir que surjan vibraciones durante el proceso. En el lado izquierdo se encuentra el montante fijo (D) sobre el cual van dos guías por donde se desplaza el carro, el cual contiene un disco (E), mediante el cual se gradúa la inclinación del cabezal porta-herramienta.
MAQUINADO AUTOMATICO DE ENGRANES
148
FIG. No 7 MAQUINA GENERADORA DEL SISTEMA PFAUTHER. SISTEMA MAG (MÁQUINA CON CORTADOR TIPO CREMALLERA). Las máquinas con herramienta tipo cremallera generan dientes rectos o helicoidales en la periferia de ruedas cilíndricas. El dentado se genera por el movimiento alternativo de la herramienta paralelo a la generatriz del dentado. El corte de material se realiza cuando la herramienta efectúa la carrera descendente y al regresar se separa un poco del material, mediante un mecanismo a base de leva basculante. La mesa donde está montada la pieza que se está trabajando, está animada de un movimiento de generación resultante de la conjugación de un movimiento rectilíneo alternativo a lo largo de la herramienta y un movimiento de rotación.Estos avances
MAQUINADO AUTOMATICO DE ENGRANES
149
simultáneos se disponen por medio de un cambio de velocidad con engranes intercambiables. En casi todos los casos, el número de dientes de la herramienta es inferior al de la rueda a tallar, en el curso de su movimiento de generación alcanza el extremo de la cremallera antes que todos sus dientes hayan sido tallados. Es pues, indispensable volver a su posición primitiva mediante un mecanismo automático haciendo retroceder rectilineamente la mesa, mientras la herramienta permanece levantada y en reposo. La rueda a generar no recibe en este momento movimiento de rotación, pero su desplazamiento rectilíneo equivale a un avance de uno o varios pasos respecto a la herramienta en el sentido de movimiento de generación. HERRAMIENTA. La herramienta es un segmento de cremallera, una rueda con dentado envolvente de circulo cuyo diámetro primitivo es infinito, su construcción es de acero rápido. Existen varios tipos de herramientas, de desbaste y de acabado. La herramienta con la que solo se trabajan los flancos y la de rectificación. Por este método se pueden fabricar engranes rectos o helicoidales exteriores. TALLADO HELICOIDAL. El tallado helicoidal en las maquinas herramienta tipo cremallera se realiza de una manera sencilla, inclinando la corredera porta-herramienta según el ángulo de la hélice del engrane. Una maquina con herramienta tipo cremallera se representa en la figura No. 8
MAQUINADO AUTOMATICO DE ENGRANES
150
FIG. NO. 8. MAQUINA GENERADORA DE SISTEMA MAG.
De acuerdo con su forma constructiva, esta maquina puede considerarse como una mortajadora. Pero presenta algunas variantes como por ejemplo, el montante en donde se encuentra el porta-herramienta el cual puede orientarse de forma tal que pueden tallarse engranes con dientes helicoidales a la derecha y a la izquierda. La mesa contiene una plataforma la cual además de girar alrededor de su eje, debe asumir un movimiento de translación transversal. SISTEMA FELLOWS (MAQUINA CON PIÑÓN ESCOPLEADOR) El principio de funcionamiento de las maquinas con piñón escopleador es muy similar al anterior método descrito de cremallera, con la diferencia de que en este caso la herramienta esta animada de un movimiento de rotación que reemplaza el movimiento de translación rectilíneo que se tiene en las maquinas precedentes. El piñón escopleador esta animado de un movimiento rectilíneo alternativo de corte variable y de un movimiento de rotación sincronizado. En este caso no es necesario el retorno de la herramienta, puesto que por su forma puede considerarse como una cremallera sin fin. Además, la pieza se separa del piñón durante el retroceso del cortador. HERRAMIENTA. El piñón escopleador tiene la forma de un engrane ordinario destalonado, en todo su contorno, el material es de acero rápido, su velocidad de desplazamiento es de 400 a 500 golpes por minuto. TALLADO DE ENGRANES HELICOIDALES.
MAQUINADO AUTOMATICO DE ENGRANES
151
En el tallado helicoidal en las maquinas tipo escoplo, la herramienta es un piñón helicoidal del mismo paso que el engrane a tallar y se encontrara guiado en su movimiento de corte por guías helicoidales del mismo ángulo de la hélice del engrane. Estas guías pueden tener la hélice a la derecha o a la izquierda, dependiendo de la orientación de la hélice del piñón. La maquina en que se realiza este proceso se denomina dentadora tipo Fellows o maquina con piñón escopleador. en la figura No. 9 se representa una maquina de este tipo y básicamente se compone de una base (A) en la cual se encuentra el cuerpo de la maquina (B) en donde están contenidos los mecanismos para el accionamiento de la mesa. Un carro porta husillo (D) que puede deslizarse por unas guías (C). La herramienta (E) esta dispuesta en la parte inferior del carro. El cabezal porta-herramienta (G) contiene los órganos necesarios para la generación de los dientes rectos o helicoidales.
MAQUINADO AUTOMATICO DE ENGRANES
152
FIG. No.9 MAQUINA GENERADORA DE SISTEMA FELLOWS
CALCULO DE PARÁMETROS
A continuación se anotan los términos más importantes usados para el calculo de las dimensiones del engrane recto, utilizado en el sistema Modulo. Diámetro primitivo.- Es un diámetro que pasa aproximadamente a la mitad de la altura del diente, es de suma importancia, ya que en un tren de engranes los diámetros primitivos deben hacer tangencia para obtener óptimos resultados en la transmisión. Este se obtiene multiplicando el Modulo del engrane por el numero de dientes. Dp = M. Z (mm) Diámetro exterior.- Se obtiene a partir del diámetro primitivo mas dos veces el modulo. De = Dp + 2M (mm) Diámetro interior.- Es igual al diámetro primitivo menos dos veces la altura del pie del diente. Di = Dp - (2p) (mm) Modulo.- La definición mas simple: es la relación que existe entre el paso del engrane dividido entre 3.1416.
M = P
31416. (mm)
También se puede expresar en función al diámetro primitivo o al diámetro exterior.
MAQUINADO AUTOMATICO DE ENGRANES
153
M = Dp
z (mm) M =
De
z + 2 (mm)
Altura total del diente.- Es la distancia que existe entre el diámetro exterior y el diámetro interior de el engrane. h = 2.167 M (mm) Cabeza del diente (Adendum).- Altura de la porción del diente tomada entre el diámetro primitivo y el diámetro exterior. c = M (mm) Pie del diente (Dedendum).- Profundidad del diente tomada desde el diámetro primitivo hasta el fondo del diente. p = 1.167 M (mm) Paso circular.- Distancia existente entre centros u otros puntos correspondientes de dos dientes adyacentes sobre el diámetro primitivo. p = 3.1416 M (mm) Espesor del diente.- Es el grueso del diente tomado este sobre el diámetro primitivo. e = 0.5 P (mm) Espacio entre dientes.- Distancia de diente a diente tomada sobre el diámetro primitivo. C = 0.5 P (mm)
MAQUINADO AUTOMATICO DE ENGRANES
154
Calculo del tiempo de maquinado: A continuación se anotan las expresiones utilizadas para determinar el tiempo de maquinado para el sistema Pfauther y el sistema Fellows, que son los mas utilizados.
SISTEMA PFAUTHER: Fabricación de engranes rectos Para el calculo del tiempo de maquinado se debe determinar la distancia total que recorre la herramienta durante el proceso designada por L (carrera). L = Le + Lt + Ls (mm) Donde Le = Longitud de entrada de la herramienta
Le = t r t( )2 −
Lt = Longitud de trabajo, equivalente a el ancho del diente del engrane (b) Ls = Longitud de salida de la herramienta.
Ls = 3
4 M
La velocidad de corte y el avance de la herramienta se obtiene de tablas, en las cuales hay que tomar en consideración, el tipo de material a trabajar el tipo de acabado (desgaste o afinado ) y el modulo del engrane.
Tiempo de maquinado.
Tm = Nc
n
Donde Nc = Numero de revoluciones de la herramienta necesarias para el tallado completo, según la carrera L. n = Numero de revoluciones por minuto de la herramienta.
Nc = Nr . N1 Nr = Numero de revoluciones de la rueda necesaria para el dentado completo, según la carrera L.
Nr = L
s
MAQUINADO AUTOMATICO DE ENGRANES
155
N1 = numero de revoluciones de la herramienta por una revolución de la rueda.
N1 = z
i
z = Numero de dientes a obtener. i = Numero de entradas de la herramienta.
Nc = Nr . N1 = L
s .
Z
i =
LZ
si
Tm = Nc
n =
L Z
si
Vc
dπ
= L Z d
s iVc
π min
El valor de este tiempo se vera afectado por el numero de pasadas que se hagan durante la operación.
Tm = Vcis
dZL π m
SISTEMA PFAUTHER: Fabricación de engranes helicoidales
La carrera total de desplazamiento es:
L = Le + Lt + Ls Donde : Le = Longitud de entrada de la herramienta.
Le = e
rr r t2 2− −( )
e = 2
2 1
r
senα
α 1 = 90 - α + β
α = Ángulo de hélice del engrane
MAQUINADO AUTOMATICO DE ENGRANES
156
β = Ángulo de hélice de la herramienta. Lt = Longitud de trabajo, equivalente a el ancho del diente del engrane (b). Ls = Longitud de salida de la herramienta. Ls = 1.5 M La expresión utilizada para determinar el tiempo de maquinado será el mismo que se utiliza para los engranes rectos.
Tm = Lz d
siVc
πm
SISTEMA FELLOWS.- Para el calculo de el tiempo de maquinado en la fabricación de engranes rectos se utilizará la siguiente expresión.
Tm = Nr zM
Cs
π m min.
Donde: Nr = Numero de revoluciones necesarias del engrane para ser tallado completamente (valor que se obtiene de tablas para este sistema, por lo que siempre será un dato). C = Numero de carreras dobles por minuto del carro porta-herramienta (se obtiene de tablas en función del tiempo de material, velocidad de corte y carrera total de la herramienta). Ejemplo: Se desea calcular el tiempo de maquinado en la fabricación de un engrane recto mediante una generadora sistema Pfauther, conociendo los siguientes datos. d = 60 mm Diámetro de la herramienta. i = 1 Entrada de la herramienta. M = 3 Modulo del engrane. z = 30 Numero de dientes del engrane. Lt = 30 mm Ancho del engrane. Además de estos datos, de tablas apropiadas del sistema se pueden obtener:
Para desbaste s = 1.5 mm
rev Vc = 15
m
min; para afinado s = 0.7
mm
rev Vc = 20
m
min
Calculo de la longitud de entrada: Para obtener este valor se deben determinar primeramente el numero de pasadas de desbaste y de afinado, como sigue:
h = 2.167 M = (2.167)(3) = 6.501mm De este valor 6mm se retiraran en 2 operaciones de desbaste de 3mm cada una, dejando 0.501 para el afinado que se hará en dos pasadas de 0.2505 cada una.
MAQUINADO AUTOMATICO DE ENGRANES
157
Para desbaste:
Le = t r t( )2 − = 3 2 30 3( )x − = 13.076mm
Ls = 3
4 M = (
3
4)(3) = 2.25mm
Lt = 30mm
L = Le + Lt + Ls = 13.076 + 30 + 2.25 = 45.326mm
Tm = L Z d
s iVc
π m =
min)/15000)(1)(/5.1(
)2)(60()30)(326.45(
mmentradarevmm
pasadasmmdientesmm π= 22.78 min.
Para afinado:
Le = t r t( )2 − = )2505.0302(2505.0 −x = 3.87mm
L = Le + Lt + Ls = 3.87 + 30 + 2.25 = 36.12mm
Tm = L Z d
s iVc
π m =
( )
min000,2017.0
)2)(60()30)(12.36(
mmentrada
rev
mm
pasadasmmdientesmm π = 29.17 min
Tiempo total de maquinado = Tiempo de desbaste + tiempo de afinado.
Tt = 22.78 + 29.17 = 51.95 min.
MAQUINADO POR DESCARGAS ELECTRICAS
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MAQUINADO POR DESCARGAS ELÉCTRICAS A este proceso se le ha llamado electroerosión o maquinado por descarga eléctrica debido a que
depende de un flujo periódico de descargas eléctricas entre dos conductores eléctricos, ambos
sumergidos en un dieléctrico.
El proceso puede efectuarse en dos formas; uno cuando la alimentación del electrodo, durante el
trabajo, es controlada por un servomecanismo que lo mueve en dirección vertical; en este caso, la
mesa de trabajo esta colocada en una posición fija, y solo tendrá movimiento antes de iniciar el
proceso a fin de centrar la pieza de trabajo. Una segunda forma es aplicar el movimiento del
servomecanismo a la mesa de trabajo y moverla longitudinalmente mientras el electrodo
permanece fijo, un ejemplo de este sistema son las rectificadores por electroerosión con piedras
de grafito.
Los componentes básicos de un sistema de electroerosión, se muestran en la figura 1.
FIG. No 1 COMPONENTES DEL PROCESO DE ELECTROEROSION.
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Los cuales se mencionan a continuación:
1) Un electrodo.
2) Un dieléctrico líquido.
3) Una pieza de trabajo.
4) Una fuente de poder.
E L E C T R O D O
Los electrodos para electroerosión pueden compararse con las herramientas de corte
convencionales. Algunos materiales, como el grafito proporcionan la máxima remosión con el
menor desgaste, igualmente otros materiales usados como electrodos tendrán buenas
características de maquinado bajo ciertas condiciones.
Las características de un electrodo son las siguientes:
a) Es un buen conductor eléctrico, por lo que cuenta con muchos electrones libres.
b) Temperatura de fusión elevada.
Durante el proceso, el electrodo sufre desgaste y esto se debe a que no toda la energía de las
chispas se disipa en la superficie de trabajo del electrodo, produciendo un desgaste similar al de
la pieza a trabajar. La cantidad que se desgasta, depende principalmente del tipo de material del
mismo, del material de la pieza a trabajar, de la polaridad aplicada, así como de la frecuencia y de
la corriente usada.
Cada aplicación, determina el tipo de material óptimo para utilizarlo como electrodo. Los
materiales más usados en la construcción de electrodos son: grafito, bronce, tungsteno, cobre-
tungsteno, carburo de tungsteno, plata-tungsteno, carburo y aleaciones de zinc.
D I E L E C T R I C O
El dieléctrico llamada comúnmente refrigerante, forma una barrera aislante entre el electrodo y la
pieza de trabajo, hasta que el voltaje aplicado tenga un valor suficiente para formar un arco que
permite el flujo de corriente entre el electrodo y pieza de trabajo, cuando se forma el arco
eléctrico se ioniza esta zona y es entonces, cuando el dieléctrico se convierte en conducto.
Aunque aparentemente no hay calentamiento en la pieza de trabajo, se desarrollan temperaturas
muy altas dentro del proceso, cada chispa produce un calentamiento capaz de vaporizar una
partícula de metal, tomando ésta la mayor parte del calor generado, lo cual evita que la pieza de
trabajo se caliente. Además, el metal vaporizado se enfría rápidamente por la acción del
dieléctrico, que hace la función de refrigeración y de limpieza en la zona de trabajo, arrastrando
partículas erosionadas.
La eficiencia del maquinado depende en gran parte del enjuague realizado en la zona de trabajo.
Para evitar que las partículas retornen a la zona de trabajo, se utiliza un sistema de filtración para
partículas hasta de 2 micrones.
El dieléctrico puede ser aceite, agua destilada, parafina, kerosina, etc.
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P I E Z A D E T R A B A J O
El material de la pieza de trabajo es un factor sobre el cual se ejerce poco control, pues depende
del producto que se desea obtener, sin embargo, la condición que debe de reunirse es que sea
buen conductor eléctrico.
La parte principal del sistema es la fuente de poder, la cual tiene dos funciones primordiales que
son:
1) Proporcionar una serie de descargas de corriente directa aplicada entre el electrodo y la pieza
de trabajo.
2) Producir las señales de control para el servomecanismo electrohidraúlico, que controla la
separación entre el electrodo y la pieza de trabajo.
Un circuito, en la fuente de poder regula constantemente los cambios de voltaje en la zona de
trabajo y los compara con un voltaje de referencia preseleccionado. La diferencia de estos dos
voltajes es la señal de entrada que indicará al servo, cuando debe aproximarse el electrodo y
cuando debe retirarse.
FENÓMENO FÍSICO DE LA ELECTROEROSION.
Cuando el electrodo se aproxima a la pieza de trabajo, el potencial que es aplicado entre ambos
genera un campo eléctrico en tal forma que, cuando el potencial aplicado es igual al voltaje de
ruptura del dieléctrico se produce una descarga formada por electrones que han sido emitidos por
el electrodo y que viajan hacia la pieza de trabajo acelerados por la intensidad del campo
existente.
Si el dieléctrico es del tipo apropiado se produce un mecanismo que consiste en liberar electrones
de algunos átomos del dieléctrico, que conjuntamente con los emitidos por el electrodo, inciden
sobre la pieza de trabajo produciendo un calentamiento en una pequeña área, originando que el
metal después se vaporice, siendo expelido por el impacto de la chispa, y posteriormente se
solidifica en forma de esferas porosas.
Al mismo tiempo que ocurre la descarga de electrones los iones de hidrógeno así como los
radicales de hidrocarburos que se forman debido a su carga positiva, son acelerados hacia el
electrodo. Una parte de los electrones emitidos por el electrodo neutraliza algunas de esas cargas
antes de que lleguen a éste; los que no son neutralizados chocan contra el electrodo produciendo
un calentamiento, y por consiguiente un desgaste similar al que ocurre en la pieza de trabajo.
La repetición del proceso descrito, da por resultado el maquinado por descargas eléctricas o
electroerosión.
Durante el proceso, el electrodo no tiene contacto con la pieza de trabajo por lo que no existen
fuerzas mecánicas de corte durante el proceso.
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DESCARGA ELÉCTRICA
Cuando se trabaja en electroerosión se obtiene lo que se llama envoltura electrónica o sobre corte,
y es el claro, luz o distancia de separación entre electrodo y pieza de trabajo. El tamaño de la
envoltura electrónica está determinada por los efectos combinados de la corriente, la frecuencia y
la condensación la cual es función de la capacidad de los condensadores usados.
La envoltura electrónica sigue la forma del electrodo independientemente de sus dimensiones.
VELOCIDAD DE REMOCION
Se entiende por velocidad de remoción a la cantidad de material removido en un tiempo ( t )
determinado, y se expresa mediante la siguiente relación :
Vr = V mm3
t min
En donde: V = Volumen del material removido (mm3)
t = Tiempo empleado en remover el volumen de material ( V ) en minutos.
La velocidad de remoción depende de la intensidad de la corriente usada.
C O R R I E N T E
En el maquinado convencional es importante conocer la profundidad de corte y la velocidad a
que pueden ser removidos los materiales.
En electroerosión, la profundidad de corte está limitada, por la carrera del cabezal y la velocidad
de remoción.
Cuando la corriente se aumenta para una frecuencia particular de descargas, la velocidad de
remoción aumenta proporcionalmente.
Otra condición que cambia con el incremento de la corriente es el acabado de la superficie, pues,
si la corriente aumenta el tamaño del cráter también aumenta obteniéndose una superficie más
rugosa; sin embargo, la rugosidad de la superficie no es directamente proporcional a la corriente,
ya que en la práctica se ha observado que, doblando la corriente el acabado no es dos veces más
rugoso. En la figura No. 2, se muestra la influencia de la intensidad de corriente en la cantidad de
material removido.
MAQUINADO POR DESCARGAS ELECTRICAS
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FIG. No 2 INFLUENCIA DE LA INTENSIDAD DE CORRIENTE EN LA CANTIDAD DE MATERIAL REMOVIDO.
F R E C U E N C I A
El acabado de una superficie es de primordial importancia, en electroerosión, el factor
determinante del acabado es la frecuencia de las descargas, o sea el número de descargas por
segundo entre el electrodo y la pieza de trabajo. En la figura No. 3 se muestra gráficamente la
influencia de la frecuencia en el acabado.
FIG. No. 3 INFLUENCIA DE LA FRECUENCIA EN EL ACABADO SUPERFICIAL MDE LA PIEZA.
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C O N D E N S A C I O N
Consiste en conectar condensadores entre el polo positivo y el negativo, de la salida de las
fuentes de poder.
Cuando aparece un impulso, el condensador se carga. Si el potencia entre los extremos llega al
valor del voltaje de ruptura del dieléctrico, se inicia la descarga eléctrica entre electrodo y pieza
de trabajo.
La corriente que circula durante la descarga proviene de la fuente de poder y de la carga
almacenada en los condensadores. Esto da por resultado una modificación de la corriente y en
términos generales lo que se obtiene es un aumento en la velocidad de remoción, así como un
incremento en el desgaste del electrodo.
Existe una capacidad óptima para cada aplicación, su valor depende del material de la pieza de
trabajo, del electrodo, de la envoltura electrónica deseada, así como de la corriente y la frecuencia
de trabajo.
A P L I C A C I O N E S
El uso industrial de este proceso se lleva a cabo en la manufactura de troqueles, punzones y
matrices, moldes de inyectoras de plásticos, dados de extrusoras, hileras para trefilado, estampas
para troquelado, estampado, y en aquellos casos en donde se requiera trabajar sobre materiales
con una dureza muy elevada y cuya geometría de la pieza obtenida sea compleja.
MAQUINADOS AUTOMÁTICOS CON CONTROL NUMERICO
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MÁQUINADOS AUTOMÁTICOS CON CONTROL NUMÉRICO
INTRODUCCIÓN. El control numérico se puede definir en forma genérica como un dispositivo de automatización de una maquina que, mediante una serie de instrucciones codificadas (el programa), controla su funcionamiento.
Cada programa establece un determinado proceso a realizar por la maquina, por lo que una misma maquina puede efectuar automáticamente procesos distintos con solo sustituir el programa de trabajo. Permite, por tanto, una elevada flexibilidad de funcionamiento con respecto a las maquinas automáticas convencionales en las que los automatismos se conseguirán mediante sistemas mecánicos o eléctricos difíciles y a veces casi imposibles de modificar.
Si bien el campo de utilización del controlador numérico es cada día más amplio y se acopla a una gran diversidad de maquinas e instalaciones, en estas líneas nos referimos básicamente a su aplicación en maquinas-herramienta. En esta área encontramos su primera instalación a finales de los 40 y un desarrollo espectacular, especialmente tras la incorporación de microprocesadores, a mediados de los 70.
A medida que el desarrollo de la microelectrónica y la informática se aplica a los controladores numéricos, se potencian extraordinariamente las funciones que permiten desarrollar, simplificándolos a la vez, los procedimientos de programación y operación de las maquinas, de tal manera que los CNC-Control Numérico con ordenador que se constituyen hoy día solo conservan de los primitivos CN los principios básicos de funcionamiento.
Paralelamente, las maquinas-herramienta han ido evolucionando hacia la incorporación en una sola maquina de varias operaciones elementales de maquinado que tradicionalmente se efectuaban en maquinas diferentes, y hacia la incorporación de cambiadores automáticos de piezas y herramientas apareciendo los centros de maquinado que permiten obtener una pieza terminada, o casi terminada, en una estación de trabajo.
En función de las capacidades de proceso y de memoria de los CN han evolucionado también las técnicas y lenguajes de programación. Desde los primeros programas lineales en lenguaje maquina a la programación asistida por ordenador, gráfica e interactiva, existe un amplio espectro de sistemas y lenguajes de programación.
Además, la gran cantidad de fabricantes de controladores y maquinas-herramienta, cada uno con su propio sistema, contribuye a que la panorámica de la programación de los controles numéricos presente una gran diversidad.
Sin embargo, prácticamente todos los sistemas se apoyan en un núcleo común basado en la normativa ISO a la que añaden, modifican o suprimen distintas opciones. Esto hace que un programador experto en un equipo pueda fácilmente programar otro de distinto fabricante sin mas que estudiar en el manual de instrucciones del mismo las peculiaridades que ofrece su equipo.
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LAS PIEZAS. El programador dispondrá del plano de la pieza a fabricar, con cotas, tolerancias y acabados superficiales.
Para su maquinado, la herramienta deberá recorrer los puntos de la superficie de la pieza. Pero la herramienta no puede efectuar automáticamente un recorrido cualquiera. En general solo es capaz de seguir elementos geométricos sencillos: Líneas rectas, arcos de circulo y en algunos casos arcos de parábolas o de curvas de tercer grado.
El programador deberá por tanto:
• Descomponer el perfil de la pieza en tramos ejecutables por la maquina. • Identificar los puntos de inicio y final de los mismos. Para ello precisara definir unos ejes de coordenadas, un origen y unas unidades de medida.
Los sistemas tradicionales de acotado de planos no facilitan la mayoría de estas cotas, lo que exige del programador la realización de gran numero de cálculos. La programación asistida por ordenador, especialmente si se dispone de equipo gráfico, simplifica extraordinariamente esta fase.
LAS MAQUINAS. El control numérico se monta sobre todo tipo de maquina-herramienta convencional, tanto de arranque y deformación. Así, lo encontramos en tornos, fresadoras, rectificadoras, taladros, mandrinadoras, dobladoras, plegadoras, punzadoras, maquinas de trazar, punteadoras, maquinas de soldar, de oxicorte, de medir, etc.
Posicionado de herramientas. Para el posicionado de la herramienta se utilizan dos sistemas:
• Bucle cerrado. • Bucle abierto. En el sistema de bucle cerrado, un servomecanismo de posición compara en todo momento la posición real con la posición ordenada y actúa en función de la diferencia entre ambas. En general, el bucle de posición se complementa con un bucle de control de velocidad para conseguir un posicionado preciso. El sistema de desaceleracion puede ser por etapas o continuo, y proporciona posicionamientos más rápidos.
En el sistema de bucle abierto, un motor paso a paso, alimentado por un tren se impulsos o pasos y su velocidad por la frecuencia de los mismos. No existe información sobre la posición real alcanzada por la herramienta.
El posicionamiento puede ser unidireccional o bidireccional, según que la aproximación al punto final se efectúe siempre en la misma dirección o en ambas direcciones. En el primer caso se elimina las influencias de los juegos de la maquina.
Los sistemas de ejes. El control de posicionado del útil exige la elección de unos ejes de coordenadas y un origen de los mismos.
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Un sistema de ejes cartesiano XYZ sitúa la herramienta en el punto del espacio deseado y unas rotaciones A B C sobre estos ejes le dan la orientación correcta.
Los sistemas de ejes están normalizados según norma UNE 71-081, derivada de la ISO-841; según esta norma:
El eje Z se corresponde con la dirección del eje del husillo principal, que proporciona la potencia de corte.
El sentido positivo aumenta la distancia a la pieza, es decir, se aleja de la misma. Por ejemplo, en tornos se inicia en el plano de las garras de amarre y sigue la dirección longitudinal de la maquina hacia el contrapunto.
En el eje X es un eje de translación principal, horizontal y normal al eje Z, y por tanto paralelo a la superficie de sujeción de la pieza. En las maquinas en que las piezas tienen movimiento de rotación, tipo torno, el eje X es horizontal radial y su sentido positivo sale hacia afuera del eje de rotación, que es el Z.
El eje Y es un eje de traslación principal elegido de manera que con los ejes X y Z forme un triedro de sentido directo. Es decir, el sentido positivo se define según la ley del sacacorchos, que gira de la dirección positiva del eje Z a la positiva del eje X por el camino más corto.
El origen de coordenadas
El origen de coordenadas se sitúa en el mismo punto en las maquinas de origen fijo. En este caso, cada eje dispone de topes o dispositivos detectores de posición, que define la posición cero de cada uno de ellos. Si la maquina dispone de mesa se identificara también este punto en la misma mediante topes, trazos, etc.
Pero la tendencia actual es hacia el origen Móvil. En este caso los valores de las coordenadas se refiere a un punto cualquiera del campo de trabajo considerado como origen, del cual en el programa se dan las coordenadas del desplazamiento respecto al origen de la maquina. En este caso, si bien en el programa las coordenadas de los puntos de las piezas se dan respecto al origen móvil, el controlador de la maquina las suma a las coordenadas de desplazamiento del mismo y en realidad la maquina trabaja con coordenadas absolutas respecto a su origen fijo.
Se utiliza también el origen flotante. En este caso las maquinas no tienen ningún dispositivo de posicionamiento de origen. En cada caso se fija el origen posicionando la herramienta en un punto y validando esta posición como origen de coordenadas tanto para el programa como para la máquina.
El número de ejes.
El número de ejes gobernados coordinadamente por el control nos da una clasificación de las máquinas que mide la complejidad de los maquinados que puede realizar.
Así, una máquina de dos ejes será capaz de efectuar cualquier maquinado en el plano definido por los mismos.
Una máquina de tres ejes XYZ, podrá maquinar superficies en tres dimensiones, pero manteniendo las herramientas siempre en la misma orientación. Podrá efectuar, por ejemplo, vaciados de fondo variable, mientras que en dos ejes la profundidad del fondo será siempre constante.
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La máquinas de cuatro ejes, XYZ A o B, permiten efectuar maquinados en el espacio manteniendo la herramienta siempre en el mismo plano, pero en este puede tomar diferentes orientaciones. Realizan, por ejemplo, fresados, taladrados inclinados.
Las máquinas de cinco ejes XYZ A B, gobernados coordinadamente permiten maquinar en el espacio manteniendo la herramienta siempre normal a una superficie. Se utilizan en general para obtener superficies complejas como las de la industria aeronáutica, de moldes y matrices, etc.
Medición de desplazamiento. Las máquinas con control de posicionado y bucle cerrado precisan conocer el desplazamiento en cada uno de los ejes para determinar la posición real de la herramienta.
Esta función la desarrollan los captadores de posición, que miden una magnitud geométrica - distancia lineal o angular y la transforman en una sola señal capaz de ser interpretada por el control.
FRESADORA DE CONSOLA DEL HUSILLO VERTICAL
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TORNO PARALELO
TORNO FRONTAL
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FRESADORA DE BANCADA DE HUSILLO VERTICAL
Los captadores de posición utilizados los podemos clasificar en los siguientes grupos:
• Absolutos o increméntales (relativos). • Lineales o rotativos. • Directos o indirectos. • Analógicos o digitales (numéricos).
Sistemas de medición de los desplazamientos.
Digital Analógico
Tipo de señalEscriba aquí el cargo
Absolutas Incremental
Coordenadas
Lineal Rotatorio
Tipo desplazamiento
Directo Indirecto
Punto de medición
Sistemas de mediciónde
desplazamientos
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Un captador absoluto identifica unívocamente cada posición de la herramienta con un cierto valor de una magnitud física.
Para ello, a lo largo del eje se identifican una serie de posiciones mediante un código correspondiente a cada posición que representa la medida de la misma respecto a un origen fijo u origen de coordenadas.
El captador incremental o relativo para cada desplazamiento elemental emite un impulso y la longitud total recorrida será proporcional al número de impulsos emitidos.
Un contador que acumula estos impulsos nos da una medida del desplazamiento. Si el contador se pone a cero en cada nuevo desplazamiento, tendremos recorridos increméntales o relativos.
La medición de piezas y herramientas.
La existencia de los sistemas de medición de desplazamientos permite desarrollar, en las máquinas-herramienta de control numérico, funciones de medición e inspección de piezas y herramientas y efectuar el control de calidad en la misma máquina.
Montado un palpador, galga o el instrumento adecuado en el porta-herramientas se pueden efectuar mediciones de comprobación de las cotas del maquinado.
Control de las condiciones técnicas del mecanizado. Cada máquina dispone de una gama de velocidades de avance y de rotación del eje principal. El programador elegirá en cada caso las más adecuadas en función del material a mecanizar, la potencia de la máquina y la precisión y grado de acabado requeridos.
Los valores previstos, óptimos para unas condiciones determinadas y constantes de mecanizado, pueden no ser los adecuados en todo momento, dado que las condiciones reales pueden ser diferentes de las previstas: Materiales con dureza irregular, secciones de viruta variable por irregularidades geométricas, desgaste de herramienta, etc.
Para optimizar las condiciones de mecanizado se utilizan sistemas de control adaptativo, en función de los valores suministrados por ciertos captadores, esfuerzo, potencia consumida, vibraciones, etc., modifican los valores de la velocidad de avance para mantener los valores de las magnitudes medidas dentro de ciertos límites.
Cambio de herramienta. Otra función que incorporan las máquinas-herramienta de control numérico es el cambio automático de herramientas. Cuando la máquina precisa pocas diferentes se utilizan torretas con herramientas montadas en sus caras; de 6 a 8 tornos y hasta 40 en fresadoras. Girando la torreta se sitúa la herramienta en posición de trabajo. Cuando se precisa un mayor número, se acopla a la máquina un almacén de tambor o de cadena y un manipulador, en general de dos brazos, para cambiar la herramienta montada en el husillo por otra del almacén.
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ESQUEMA DE UNA MÁQUINA CON CAMBIO AUTOMÁTICO DE HERRAMIENTAS.
El cambio de piezas. Muchas máquinas de control numérico incorporan últimamente sistemas de cambio automático de piezas. En los tornos se utilizan, en general, robots, desde los más sencillos de sólo coger y colocar moviendo las piezas siempre entre posiciones fijas, hasta robots “inteligentes” que pueden identificar piezas distintas en diferentes lugares de su campo de trabajo gracias a sus sensores de visión, pasando por los más usuales, capaces de recoger y colocar las piezas en los mismos. Desde los robots pequeños, montados sobre el mismo bastidor de la máquina, hasta grandes robots pórtico para el manejo de piezas voluminosas. LAS HERRAMIENTAS Las herramientas utilizadas en las máquinas de control numérico de cambio manual son las mismas que encontramos en el maquinado convencional y los criterios de selección son prácticamente los mismos. A medida que se han incrementado las prestaciones solicitadas en función de unas condiciones más duras de maquinado, nuevas herramientas con nuevos materiales de base o de aportación, más rígidas y con mejores sistemas de centrado y fijación.
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A medida que se ha incrementado la aplicación de cambiadores automáticos, el diseño de herramientas ha evolucionado hacia una mayor estandarización y flexibilidad de utilización en varias máquinas, así como hacia la adopción de sistemas de acoplamiento rápido fácilmente automatizado. Nace el concepto de BTS - Block Tool System o sistema de bloque de herramientas. Consiste en pequeñas unidades de corte, formadas por la plaqueta y un reducido cuerpo de fijación, que se insertan a adaptadores o acoplamientos intermedios montados sobre el porta-herramientas. Este sistema permite un cambio automático muy rápido y una misma herramienta puede montarse en máquinas distintas a las que se ha acoplado el adaptador correspondiente. CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS HERRAMIENTAS CON CN. Como consecuencia de las diferencias entre las máquinas por automatizar, de las dificultades técnicas en el diseño de las unidades de control y de acondicionamientos económicos, se han originado diversos tipos de control numérico, que pueden ser clasificados en tres tipos : 1. Control numérico “punto a punto”. 2. Control numérico “paraaxial”. 3. Control numérico “continuo”. Control numérico “punto a punto” Este sistema controla el posicionamiento de la herramienta en los sucesivos puntos donde deben efectuarse una a varias operaciones de maquinado. La trayectoria seguida para pasar de un punto al siguiente no tiene importancia, pues las funciones de posicionamiento y de maquinado son distintas.
CONTROL NUMÉRICO “PUNTO A PUNTO”.
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En este caso, para desplazarse a los puntos A, B y C, el útil puede seguir varios tipos de trayectoria: 1) Desplazamientos efectuados según direcciones paralelas; es decir, primero 0-X y luego 0-
Y, o a la inversa. 2) Desplazamiento dando una orden simultánea a los dos ejes, pero sin existir coordinación
alguna en los sistemas de mando de cada uno de los motores. La trayectoria se aproxima a 45º.
Como aplicaciones principales tenemos: punteadoras, taladros, punzonadoras y mandrinadoras. Control numérico “paraaxial”. Con este sistema es posible controlar, además de la posición del órgano móvil, la trayectoria seguida por el mismo según la dirección de algunos de los ejes coordenados. Esta posibilidad se ofrece, generalmente, como una opción adaptable a un sistema de posicionado punto a punto.
Control numérico “paraaxial”.
CONTROL NUMÉRICO “CONTINUO”.
Una aplicación corriente de este tipo de sistema, dentro de la máquina-herramienta, se halla en la taladradora-fresadora. En cualquier caso, el fresado sólo puede realizarse según trayectorias rectilíneas paralelas a alguno de los ejes coordenados. Control numérico “continuo”.
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En los sistemas de posicionado continuo, los desplazamientos del órgano móvil son controlados en todo momento, de manera que las posiciones sucesivas del mismo deben corresponder siempre a la trayectoria preestablecida. Se consigue este resultado relacionando entre sí los movimientos elementales realizados según los distintos ejes coordenados, de modo que estos movimientos elementales sigan cada uno una ley prescrita por una trayectoria común. Ejemplos: Fresadoras, tornos, centros de maquinado, máquinas a electroerosión, oxicorte, mesas de dibujo automáticas, etc. Es evidente que para que se pueda hablar de composición de movimientos resulta indispensable que el órgano móvil tenga como mínimo dos grados de libertad. Analicemos el método utilizado por la máquina para efectuar este tipo de desplazamiento. Las órdenes de desplazamiento son comunicadas al órgano móvil bajo forma de componentes de un vector que permite alcanzar un punto próximo.
EL TORNO CONVENCIONAL Y EL TORNO DE CONTROL NUMÉRICO
CARACTERÍSTICA TORNO TORNO CON A COMPARAR CONVENCIONAL CONTROL NUMÉRICO FORMA DE DAR MANIVELAS SERVOMOTORES MOVIMIENTO A LOS Y TORNILLO Y HUSILLOS CARROS SIN - FIN A BOLAS FORMA DE CONTROL PALANCAS Y ENCODER Y DE VELOCIDADES ENGRANES SERVOMOTOR DE MANDRIL PORTA PIEZA INTERCAMBIABLES MECANISMO DEL TORNILLO SIN - FIN HUSILLO A HUSILLO Y FLECHAS BOLAS FORMA DE CONTROL DE GRADUACIONES EN SISTEMAS DE LAS DIMENSIONES LOS TAMBORES DE OFFSETS DE AL MAQUINAR LAS MANIVELAS COMPENSACIÓN FORMA DE TORNEAR TORNILLO GUÍA Y PROGRAMADA UNA ROSCA ENGRANES INTERCAM- Y COMANDADA VIABLES O PALANCA POR EL CONTROL FORMA DE CAMBIO MANUAL, ACCIONANDO AUTOMÁTICA DE HERRAMIENTA PALANCAS DE CAMBIO COMANDO POR EL CONTROL EL TIEMPO DE DEPENDE DE LA HABI- PRECALCULADO Y CON- MAQUINADO LIDAD DEL OPERADOR TROLADO POR EL CONTROL
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LA PRECISION DE DEPENDE DE LA HABI- MAXIMA Y LOS MAQUINADOS LIDAD DEL OPERADOR CONSTANTE
CONTROL PROGRAMABLE Un control programable por definición, de acuerdo a la asociación nacional de fabricantes de aparatos eléctricos (nema) es: Un sistema electrónico de operación digital que usa una memoria programable donde almacena las instrucciones de control que deberán realizar funciones especificas tales como: lógica, secuencia, conteo y operaciones aritméticas para controlar diversos procesos o maquinas a través de los módulos de entrada/salida analógicas o digitales. Un computador digital que se destina ala ejecución de las mismas funciones de un control programable, se considera dentro de esta categoría.
ESTRUCTURA DEL HARDWARE
LOS COMPONENTES QUE CONSTITUYAN UN HARDWARE DE UN CONTROL PROGRAMABLE SON: 1.- UNIDAD CENTRAL DE PROCESO. 2.- UNIDAD DE MEMORIA. 3.- INIDAD DE INTERFACE. 4.- UNIDADES DE ENTRADA/SALIDA. 5.- FUENTE DE ALIMENTACION. 6.- PROTECCION MECANICA DEL HARDWARE. 1.- UNIDAD CENTRAL DE PROCESO (CPU). Conocido también como procesador lógico, procesador central, o simplemente procesador, es la parte vital de los controles programables; esta unidad es el cerebro del control pues es la responsable de coordinar, mandar y desarrollar toda la lógica del programa que efectúa la secuencia de operaciones del sistema.
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Para realizar lo anterior, el CPU cuenta con unidades como contadores, temporizadores, operadores lógicos discretos, así como avanzadas funciones de computación como registros de desplazamiento monobit y multibit para conservación temporal de datos, unidad aritmética y lógica para realización de operaciones aritméticas y de calculo, funciones de subrutina para organización de subprogramas, funciones de lógica secuencial y combinatoria para ejecutar tareas de control, donde el acceso a las señales de control emitidas por los iniciadores y la emisión de señales hacia los actuadores se llevan a cabo serialmente o en forma aleatoria. 2.- UNIDAD DE MEMORIA Es el archivo del programa; en ella se almacenan todas las instrucciones para la operación del sistema estableciendo la secuencia y el patrón de funcionamiento de la maquina o el proceso de que se trate y, dependiendo de la unidad de entrada/salida, la CPU accede a la memoria para leer y decodificar cada instrucción y dar las ordenes a los elementos internos o externos de actuar o desactivarse. 3.- UNIDAD DE INTERFACE Es el medio de comunicación del sistema con el exterior, ya sea con el equipo de programación, impresora, terminal de computadora, o algún otro equipo periférico. Esta unidad puede formar parte de la CPU o puede ser una unidad independiente. 4.- UNIDADES DE ENTRADA/SALIDA Son las unidades que reciben y transmiten las señales de mando durante el desarrollo del proceso. Los módulos de entrada son los que mandan por sensores y a su vez, lee el contenido de la memoria y dicta la orden correspondiente para activar o desactivar el elemento actuador o señalizador (luz indicadora, bobina de electrovalvula o de contador, alarma luminosa o audible, etc.), dicha orden es retransmitida por el canal de salida. 5.- FUENTE DE ALIMENTACION Esta unidad es la encargada de suministrar la tensión y corriente necesaria para la operación de las unidades del control programable. La cantidad de corriente suministrada estará en producción a la potencia del control y cuenta con elementos de protección como son la desconexión en caso de sobrevoltaje o protección electrónica contra corto circuito. 6.- PROTECCION MECANICA DEL HARDWARE El diseño de la estructura mecánica del hardware es muy variado para poder satisfacer cualquier necesidad. así, se pueden encontrar diseños modulares compactos con sus unidades dispuestas en montaje en panel o en riel. Entre las unidades más robustas pueden encontrarse
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los controles programados en cajas blindadas para trabajar en ambientes descubiertos con fuertes vibraciones mecánicas y protegidos contra polvos y chorros de agua.
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g
PROGRAMACION DE MAQUINAS CON C.N.
PROGRAMACION.- Es un arreglo de una configuración que nos da información en un orden determinado. En la elaboración de un programa se utiliza un lenguaje alfanumérico (letras, números y signos) accesibles al hombre e interpretable por la maquina. Este lenguaje posee su propia sintaxis codificada, y se llama lenguaje de programación. en general, la información necesaria para la ejecución de una pieza en la MHCN puede ser de los siguientes tipos: INFORMACION GEOMETRICA.- Es la que contiene los datos referentes a las superficies de referencia, origen de movimientos, etc., ejemplo: Dimensiones de la pieza Acabado superficial tolerancias Dimensiones de la herramienta. INFORMACION TECNOLOGICA.- Describe los datos referentes a las condiciones de maquinado, los materiales, el modo de funcionamiento de la maquina, etc., ejemplo: Velocidad de rotación Velocidad de avance Características del material de la pieza Clase de refrigerante INFORMACION DE MOVIMIENTO.- Indica el orden secuencial de las operaciones y el tipo de función de desplazamiento. Esta información es la que indica como se va a mover la maquina. ejemplo: Orden secuencial de operaciones Tipo de función de desplazamiento
FUNCIONES PRINCIPALES UTILIZADAS EN LA MAQUINA DE ELECTROEROSION POR HILO
G00 - Desplazamiento lineal sin erosión a máxima velocidad G00 Xx Yy
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G01 - Interpolación lineal con erosión G00 Xx Yy G02 - Interpolación circular en sentido horario G02 Xx Yy Ii Ji Los valores de Ii, Jj siempre se dan el sistema incremental o relativo. G03 - Interpolación circular en sentido antihorario G03 Xx Yy Ii Jj G04 - Pausa G04 X------; G04 x 100 = 1 segundo G20 - Llamando a un ciclo o subprograma o sub-rutina G20 N10 A0 D300 L12 N - Numero de identificación del ciclo A - Angulo inicial D - Angulo de incremento L - Frecuencia de repetición G21 - Define ciclo de programa inicial G22 - Fin de ciclo de programa G28 - Regrese al punto de inicio y también cancela offset G41 - Activa offset con entrada a la izquierda G42 - Activa offset con entrada a la derecha G60 - Igual a G28 debe escribirse en bloque independiente G90 - Sistema absoluto G91 - Sistema incremental o relativo G92 - Ajusta o fija origen de las coordenadas G92 XX Yy debe ser en un bloque independiente M00 - Alto o suspensión de maquinado. M01 - Alto opcional M02 - M03 - fin de programa N21 - Alto sin parar bomba de recirculacion H1 - Offset 1 H2 - Offset 2
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F - Velocidad de maquinado EJERCICIO No 1 FABRICACION DE CUADRADO DE 25mm
SISTEMA ABSOLUTO G90 G42 1 G01 X5 Y5 2 G01 X30 Y5 3 G01 X30 Y30 4 G01 X5 Y30 5 G01 X5 Y5 6 G00 X5 Y0 M02 SISTEMA INCREMENTAL ( RELATIVO) G91 G42 1 G01 X0 Y5 2 G01 X25 Y0 3 G01 X0 Y25 4 G01 X-25 Y0 5 G01 X0 Y-25
MAQUINADOS AUTOMÁTICOS CON CONTROL NUMERICO
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6 G00 X0 Y-5 M02 EJERCICIO No 2 FABRICACION DE CUADRADO DE 25mm CON RADIOS DE 5mm EN LAS ESQUINAS.
SISTEMA ABSOLUTO SISTEMA INCREMENTAL (O RELATIVO) G90 G91 G41 G41 1 G01 X10 Y5 1 G01 X0 Y5 2 G02 X5 Y10 Y0 J5 2 G02 X-5 Y5 Y0 J5 3 G01 X5 Y25 3 G01 X0 Y15 4 G02 X10 Y30 Y5 J0 4 G02 X5 Y5 Y5 J0 5 G01 X25 Y30 5 G01 X15 Y0 6 G02 X30 Y25 Y0 J-5 6 G02 X5 Y-5 I0 J-5 7 G01 X30 Y10 7 G01 X0 Y-15 8 G02 X25 Y5 Y-5 J0 8 G02 X-5 Y-5 Y-5 J0 9 G01 X10 Y5 9 G01 X-15 Y0 10 G00 X10 Y0 10 G00 X0 Y-5 M02 M02
MAQUINADOS AUTOMÁTICOS CON CONTROL NUMERICO
182
PROGRAMA SIMPLIFICADO
G91 * G91 G41 * G41 * 1 G01 X0 Y5 1 G01 X0 Y10000 * 2 Y5000 * 2 G01 X0 Y500 * 3 X5000 * 3 G01 X5000 Y0 * 4 Y5000 * 4 G01 X0 Y5000 * 5 X-5000 * 5 G01 X-5000 Y0 * 6 Y5000 * 6 G01 X0 Y5000 * 7 G02 X15000 17500 * 7 G02 X15000 Y0 17500 J0 * 8 G01 Y-5000 * 8 G01 X0 Y-5000 * 9 X-5000 * 9 G01 X-5000 Y0 * 10 Y-5000 * 10 G01 X0 Y-5000 * 11 X5000 * 11 G01 X5000 Y0 * 12 Y-5000 12 G01 X0 Y-5000 * 13 G02 X-15000 Y-7500 * 13 G02 X-15000 Y0 Y-7500 J0 * 14 G00 Y-10000 * 14 G00 X0 Y-10000 * M02 M02
MAQUINADOS AUTOMÁTICOS CON CONTROL NUMERICO
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PRINCIPALES FUNCIONES UTILIZADAS EN EL CENTRO DE MAQUINADO
G000 Movimiento rápido a máxima velocidad G00 X_____ Y____ Z____ G01 Interpolación lineal a un avance programado G01 X_____ Y____ Z____ F = Avance en mm/min (G94) mm/rev (G94) G02 Interpolación circular en sentido horario. G02 X____ Y____ R____ F____ G03 Interpolación circular en sentido antihorario. G03 X____ Y____ R____ F_____ G04 Paro Temporizado G04 X_____ seg. (Sist. absoluto) G04 U_____ seg. (Sist.incremental) G20 Unidades en pulgadas G21 Unidades en milímetros G28 Regresa a punto de referencia G40 Cancelación de compensación del radio de la herramienta. G41 Compensación del radio de la herramienta a la izquierda. G42 Compensación del radio de la herramienta a la derecha. G73 Ciclo enlatado de taladro (taladro profundo en picos). G73 X____ Y____ Z-____ Q____ R____ K____ F____ Q = Profundidad de cada pico R = Distancia recorrida en vacío de la broca K = Numero de agujeros. G76 Ciclo de mandrinado G80 Cancelación de ciclo enlatado G81 Ciclo de taladro con avance constante G81 X____ Y___ Z-____ R____ F____ G90 Sistema absoluto G91 Sistema incremental
MAQUINADOS AUTOMÁTICOS CON CONTROL NUMERICO
184
G92 Programación de punto cero absoluto G98 Regresa al punto de inicio G99 Regresa a punto R M01 Paro opcional M02 Fin de programa M03 Giro del husillo sentido horario M03 S____ M04 Giro del husillo sentido antihorario M04 S_____ M05 Paro del husillo M06 Cambio de la herramienta M06 T_____ H_____ M08 Refrigerante “ON” (Enciende) M09 Refrigerante “OFF” (Apaga) M30 Fin de programa y cursor regresa a 1er bloque M38 Abre puerta M39 Cierra puerta
MAQUINADOS AUTOMÁTICOS CON CONTROL NUMERICO
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SISTEMA DE EJES COORDENADOS
MOVIMIENTOS BÁSICOS NORMALIZADOS, SEGÚN UNE 71-018 – ISO-841
Es recomendable colocar el cero de pieza, en la parte inferior izquierda de la pieza, con objeto que todos los valores de X, Y sean positivos, únicamente los valores de Z serán negativos.
MAQUINADOS AUTOMÁTICOS CON CONTROL NUMERICO
186
EJERCICIO En la placa que se ilustra en la figura elaborar 9 agujeros con broca de centros de 7 mm de profundidad, 3 cajas de 6.3 mm de diámetro y 2 mm de profundidad, maquinar el contorno con radios de 10 mm en las esquinas y 1.5 mm de profundidad. Hacer el programa correspondiente, considerando las compensaciones de T01 broca de centros. T02 Cortador vertical 6.3 mm diam. (cajas) T03 Cortador vertical 9.4 mm diam. (contorno)
MAQUINADOS AUTOMÁTICOS CON CONTROL NUMERICO
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P R O G R A M A
N010 G21 G94 G40 G80 M39 N020 G91 G28 X0 Y0 Z0 N030 G90 M06 T01 N040 M03 S2500 N050 G92 X-158.3 Y108.4 Z14.1 N060 G00 X0 Y15 G43 H01 N070 Z3 M08 N080 G81 X10 Z-4 R2 F70 G98 X37 G99 X64 G98 Y50.5 X37 X10 Y86 X37 X64 N090 G80 N100 G00 Z10 M09 N110 G91 G28 X0 Y0 Z0 N120 G90 M06 T02 N130 M03 S1500 N140 G00 X0 Y50.5 G43 H2 N150 G00 Z3 M08
MAQUINADOS AUTOMÁTICOS CON CONTROL NUMERICO
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N160 G73 X10 Z-2 Q1.0 R2 F70 G98 X37 G99 X64 N170 G80 N180 G00 Z10 M09 N190 G91 G28 X0 Y0 Z0 N200 G90 M06 T03 N210 M03 S1200 N220 G00 X-20 Y50.5 N230 Z-1. 5 M08 N240 G42 G00 X-15 H19 N250 G00 X-10 N260 G01 X0 F70 N270 Y 10 N280 G03 X10 Y0 RI0 F35 N290 G01 X64 F70 N300 G03 X74 Y10 RI0 F35 N310 G01 Y91 F70 N320 G03 X64 Y101 RI0 F35 N330 G01 X10 F70 N340 G03 X0 Y91 RI0 F35 N350 G01 Y-15 F70 N360 G00 Z10 M09 N370 G40
MAQUINADOS AUTOMÁTICOS CON CONTROL NUMERICO
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N380 G91 G28 X0 Y0 Z0 N384 M38 N390 M30
MAQUINADO POR DESCARGAS ELÉCTRICAS
Se quiere elaborar un punzón para una troqueladora en un acero BORA ( AISI-D3+W ) con la
geometría mostrada en la figura; obtener el tiempo principal de maquinado para dicho punzón si la
velocidad de remoción del material es de 250mm3/min.
30.00
50.00
6.00 12.00
R12.00
90°
6.00
6.00
ACOTACIONES EN mm
CORTE CON SIERRAS
Se debe cortar un tubo mecánico con las dimensiones mostradas en la figura, siendo el material un
acero GB4 ( AISI-1045 ); conociendo que el índice de corte del material tiene un valor de
3240mm2/min, obtener el tiempo principal de maquinado que se emplearía para realizar un corte
transversal
R40.00
Ø70.00
ACOTACIONES EN mm
TORNEADO
Se va a cilindrar una barra de acero inoxidable tipo AS18 ( AISI-304 ) para elaborar una flecha,
reduciendo su diámetro comercial de 2 pulgadas a 1 ¾ pulgadas en una longitud de 8 pulgadas. Si el
esfuerzo unitario al corte del material es de 140kg/mm2 y la eficiencia mecánica del torno del 80%,
calcular la potencia efectiva y el tiempo principal de maquinado de la operación, considerando los
siguientes parámetros de corte:
DESBASTE: Vc = 8 m/min. s = 0.8mm/rev
ACABADO: Vc = 14 m/min. s = 0.4mm/rev
FRESADO
Se maquinará en una barra rectangular de acero GB4 ( AISI-1045 ) un escalón con las dimensiones
mostradas en la figura; para lograrlo, se maquinará dicha barra con una fresa cilíndrica de 80mm de
diámetro, 25mm de ancho y 10 dientes. Si la resistencia al corte del material es de 50kg/mm2, y la
eficiencia de la fresadora del 90%, obtener la potencia efectiva y el tiempo principal de maquinado del
proceso contando con la siguiente información:
DESBASTE: Vc = 18m/min. s = 150mm/min
ACABADO: Vc = 24m/min. s = 90mm/min
900.00
20.00
15.00
40.00
50.00
ACOTACIONES EN mm
TALADRADO
Se perforará con ayuda de una broca helicoidal una placa de acero BORA ESPECIAL( AISI-D2,
resistencia al corte de 180kg/mm2) perteneciente a una matriz de embutido, con las características
mostradas en la figura. Obtener la potencia efectiva y el tiempo principal de maquinado del proceso si
el rendimiento mecánico del taladro es del 80% y los parámetros de corte son los siguientes:
104Ø9.00
ACOTACIONES EN mm
Vc = 6 m/min s = 0.08mm/rev
CEPILLADO
Calcular la potencia efectiva y el tiempo principal de maquinado para la fabricación del escalón que se
muestra en la figura, cuyo material es una barra de acero GB4 ( AISI-1045 ). Debe considerarse que el
carnero del cepillo tiene un peso de 250kg y que existe una fricción entre el carnero y las guías de la
maquina con un coeficiente de 0.43; la resistencia al corte del material es de 50kg/mm2, la eficiencia
del cepillo es del 95% y los parámetros de corte son los siguientes:
DESBASTE: Vc = 14m/min Vr = 16m/min s = 1.3mm/c.d
ACABADO: Vc = 16m/min Vr = 22m/min s = 0.8mm/c.d
900.00
20.00
15.00
40.00
50.00
ACOTACIONES EN mm
RECTIFICADO
Obtener el tiempo principal de maquinado necesario para rectificar un escalón a la profundidad que se
muestra en la figura; la pieza esta elaborada en una barra de acero GB4 ( AISI-1045 ) cuya resistencia
al corte es de 55kg/mm2, mientras que la maquina tiene una eficiencia del 95%. Considerar la siguiente
información técnica:
Ancho de la muela abrasiva: 1 pulgada
Parámetros de corte: DESBASTE: st = 8mm/c.d sl = 320mm/min
ACABADO: st = 15mm/c.d sl = 150mm/min
50.00
20.00
40.00
900.00
0.836
ACOTACIONES EN mm
MAQUINADO AUTOMÁTICO DE ENGRANES
Se requiere fabricar una rueda dentada de tipo helicoidal en un acero tratado ( AISI-9840 ) en una
generadora de engranes tipo Pfauther, conociendo los siguientes datos: longitud de los dientes del
engrane = 35mm, módulo del engrane = 4, número de dientes del engrane = 20, número de entradas de
la herramienta = 2, diámetro de la herramienta de corte = 90mm, ángulo de la hélice del engrane = 30o,
ángulo de la hélice del cortador = 6o. Calcular el tiempo principal de maquinado en la elaboración de
este engrane considerando los parámetros de corte enunciados a continuación:
DESBASTE: Vc = 14m/min. s = 1.0mm/rev.
ACABADO: Vc = 20m/min. s = 0.6mm/rev.
MAQUINADOS AUTOMÁTICOS CON CONTROL NUMÉRICO
Elaborar el programa de Control Numérico que se requiere para la elaboración del molde de inyección
de plástico que se muestra en la figura, utilizando el Sistema de Programación Absoluto si se cuenta
con la siguiente información: para el vaciado se utilizará un cortador vertical de ¾ de pulgada de
diámetro, para los barrenos pasados se usará un cortador vertical de 1/8 de pulgada de diámetro y para
las cajas se empleará un cortador vertical de 3/8 de pulgada de diámetro. Los parámetros de corte son
los siguientes:
Barrenos pasados: T01 ( n = 1500 rev/min., s = 70mm/min. )
Cajas: T02 ( n = 2000rev/min., s = 60mm/min. )
Vaciado: T03 ( n = 2500rev/min., s = 50mm/min. )
FORMULARIO PARA EL PROCESO DE TORNEADO:
�� � ���� � ��� 2
Pt = profundidad total de corte (mm).
φmayor = diámetro mayor a trabajar del material (mm).
φmenor = diámetro menor a trabajar del material (mm).
�� � � � ��4500 �
� � � �
Ne = potencia efectiva (C.V).
q = sección de la viruta cortada (mm2).
Vc = velocidad de corte en el desbaste (m/min).
η = eficiencia del torno.
t = profundidad de corte por pasada en el desbaste (mm).
s = velocidad de avance en el desbaste (mm/rev).
� � ��� �
�� � � �� � !
n = revoluciones de la pieza a maquinar (rev/min).
φ = diámetro a maquinar de la pieza en desbaste o en acabado (mm).
TP = tiempo de maquinado (min).
L = longitud a maquinar de la pieza (mm).
m = número de pasadas en desbaste o acabado.
FORMULARIO PARA EL PROCESO DE FRESADO:
�� � "� ��4500 �
"� � 2 � � � # $� %& � �'1000 ) ��
Ne = potencia efectiva (C.V).
Fc = fuerza de corte (kg).
Vc = velocidad de corte en desbaste (m/min).
η = eficiencia de la maquina.
s = velocidad de avance (mm/min).
σ = resistencia al corte del material (kg/mm2).
b = ancho del maquinado (mm).
t = profundidad de corte por pasada en el desbaste (mm).
D = diámetro de la fresa (mm).
z = número de dientes de la herramienta cortante.
�� � ��� !
TP = tiempo de maquinado (min).
L = desplazamiento total de la fresa (mm).
m = número de pasadas en desbaste o acabado.
� � *� + * + *�
le = longitud de entrada de la fresa (mm).
l = longitud a maquinar de la pieza (mm).
ls = longitud de salida de la fresa (mm).
Para el fresado cilíndrico, así como el fresado con herramientas de forma o con juego de fresas y también para fresas frontales en el fresado lateral.
*� � $�%& � �'
Desbaste y acabado
*� � 2 , 5 !!
Para el fresado de ranuras durante el fresado cilíndrico.
Desbaste: *� � $�%& � �'
*� � 2 , 5!!
Acabado: *� � $�%& � �'
*� � *� + 2!!
Para el fresado frontal central:
*� � -. √-0.102 *� � 2 , 5!!
Para el fresado frontal intermedio:
*� � -. √-0.1.314.3402 *� � 2 , 5!!
c = distancia entre los ejes de rotación de la pieza y la fresa (mm).
FORMULARIO PARA EL PROCESO DE TALADRADO:
�� � 56 �716 �
56 � � � �2
8
� � ��� �
Ne = Potencia efectiva (C.V).
MT = momento torsionante de la broca (kg-m).
n = revoluciones de la broca (rev/min).
η = eficiencia de la maquina.
s = velocidad de avance de la broca (mm/min).
σ = resistencia al corte del material (kg/mm2).
φ = diámetro del barreno (mm).
Vc = velocidad de corte de la broca (m/min).
�� � � �� � :
� � ; + � + ;
; � 13 �
TP = tiempo de maquinado (min).
L = desplazamiento total de la broca (mm).
i = número de barrenos a elaborar.
h = longitud de la punta de la broca (mm).
P = profundidad del barreno (mm).
FORMULARIO PARA EL PROCESO DE CEPILLADO:
�� � �� %� � + = >'4500 �
� � � �
Ne = potencia efectiva (C.V).
Vc = velocidad de corte (m/min).
q = sección de la viruta (mm2).
σ = resistencia al corte del material (kg/mm2).
W = peso del carnero o de la mesa de la maquina (kg).
f = coeficiente de fricción entre el carnero o la mesa y las guías de la maquina.
t = profundidad de corte para cada pasada en desbaste (mm).
s = velocidad de avance (mm/min).
�� � � � ��� + �
�? !
� � *� + * + *�
� � #� + # + #��
TP = tiempo principal de maquinado (min).
c = carreras dobles del buril o la pieza.
L = desplazamiento total del buril (mm).
m = número de pasadas en desbaste o acabado.
Vr = velocidad de retroceso (m/min).
le = longitud de entrada [ 15 a 20mm] (mm).
l = longitud a maquinar (mm).
ls = longitud de salida [5 a 10mm] (mm).
be = ancho de entrada [máximo 5mm](mm).
b = ancho a maquinar (mm).
bs = ancho de salida [máximo 5mm](mm).
FORMULARIO PARA EL PROCESO DE RECTIFICADO:
SUPERFICIES CILÍNDRICAS INTERIORES Y EXTERIORES:
�� � ���� � ��� 2
Pt = profundidad total de corte (mm).
φmayor = diámetro mayor a trabajar del material (mm).
φmenor = diámetro menor a trabajar del material (mm).
�� � �2 @A� � !
@A � *� + * + *� + B
TP = tiempo de maquinado (min).
CL = carrera longitudinal de la pieza (mm).
s = velocidad de avance en desbaste o acabado (mm/rev).
n = revoluciones de la pieza a maquinar (rev/min).
m = número de pasadas en desbaste o acabado.
le = longitud de entrada de la muela abrasiva (2 a 10mm).
l = longitud a maquinar de la pieza (mm).
ls = longitud de salida de la muela abrasiva (2 a 10mm).
A = ancho de la muela abrasiva (mm).
� � ��� �
Vc = velocidad de corte en desbaste o acabado (m/min).
φ = diámetro a maquinar de la pieza en desbaste o en acabado (mm).
SUPERFICIES PLANAS:
�� � �C @A�A
!
@A � *� + * + *�
C � #� + # + #� + B�6
TP = tiempo de maquinado (min).
CL = carrera longitudinal de la pieza (mm).
m = número de pasadas en desbaste o acabado.
sL = velocidad de avance longitudinal de la pieza (mm/min).
k = carreras dobles de la pieza (c.d).
le = longitud de entrada de la muela abrasiva (2 a 10mm).
l = longitud a maquinar de la pieza (mm).
ls = longitud de salida de la muela abrasiva (2 a 10mm).
be = ancho de entrada de la muela abrasiva (2 a 10mm).
b = ancho a maquinar de la pieza (mm).
bs = ancho de salida de la muela abrasiva (2 a 10mm).
A = ancho de la muela abrasiva (mm).
sT = avance transversal de la pieza (mm/c.d).
FORMULARIO PARA EL PROCESO DE GENERADO DE ENGRANES:
�6 � 2.1675
5 � ��
�� � � � ) � &� : �� !
PT = profundidad total de corte (mm).
M = modulo del engrane (mm).
P = paso diametral del engrane (mm).
TP = tiempo de maquinado en desbaste y acabado (min).
z = número de dientes de la herramienta cortante.
D = diámetro de la herramienta cortante (mm).
m = número de pasadas en desbaste o acabado.
s = velocidad de avance en desbaste o acabado (mm/rev).
i = número de entradas de la herramienta cortante (valor constante).
Vc = velocidad de corte de la herramienta (m/min).
L = desplazamiento total de la herramienta (mm).
� � *� + * + *�
le = longitud de entrada de la herramienta de corte (mm).
l = longitud a maquinar del engrane (mm).
ls = longitud de salida de la herramienta de corte (mm).
ENGRANES HELICOIDALES:
*� � �? E$?%?2 � �2'F
� � ?��� GH
Desbaste y acabado
GH � 90 � %G + J'
*� � 1.5 5
e = ancho de cada diente del engrane (mm).
r = radio de la herramienta cortante (mm).
t = profundidad de corte para cada pasada en desbaste o acabado (mm).
α1 = ángulo de inclinación del porta-herramientas.
α = ángulo de inclinación de la herramienta de corte.
β = ángulo de inclinación del engrane.
ENGRANES RECTOS:
*� � $�%& � �'
Desbaste y acabado
*� � 0.75 5
