Factores de corte en el fresado

El presente trabajo tiene como propósito propiciar el desarrollo de los conocimientos, habilidades, actitudes, y prácticas suficientes en el manejo de la fresadora, en las operaciones de tallado de planos, cuñeros, ranuras, engranajes y elementos de máquinas diversas, así como el manejo pertinente de mesas divisoras, cabezales divisores y relaciones de engranajes para tallado de ruedas de dientes rectos, dentados helicoidales, cónicos, tornillos sinfín y cremalleras que le permitan desarrollar procesos de transformación en la industria metal mecánica y aplicación en el entorno empresarial, brindando un servicio profesional eficaz, considerando los factores de corte que intervienen durante el trabajo de fresado.

CAPÍTULO I

Concepto de Fresadora

Una fresadora es una máquina herramienta utilizada para realizar mecanizados por arranque de viruta mediante el movimiento de una herramienta rotativa de varios filos de corte denominada fresa. Mediante el fresado es posible mecanizar los más diversos materiales como madera, acero, fundición de hierro, metales no férricos y materiales sintéticos, superficies planas o curvas, de entalladura, de ranuras, de dentado, etc. Además las piezas fresadas pueden ser desbastadas o afinadas. En las fresadoras tradicionales, la pieza se desplaza acercando las zonas a mecanizar a la herramienta, permitiendo obtener formas diversas, desde superficies planas a otras más complejas.

Inventadas a principios del siglo XIX, las fresadoras se han convertido en máquinas básicas en el sector del mecanizado. Gracias a la incorporación del control numérico, son las máquinas herramientas más polivalentes por la variedad de mecanizados que pueden realizar y la flexibilidad que permiten en el proceso de fabricación. La diversidad de procesos mecánicos y el aumento de la competitividad global han dado lugar a una amplia variedad de fresadoras que, aunque tienen una base común, se diferencian notablemente según el sector industrial en el que se utilicen. Asimismo, los progresos técnicos de diseño y calidad que se han realizado en las herramientas de fresar, han hecho posible el empleo de parámetros de corte muy altos, lo que conlleva una reducción drástica de los tiempos de mecanizado.

Debido a la variedad de mecanizados que se pueden realizar en las fresadoras actuales, al amplio número de máquinas diferentes entre sí, tanto en su potencia como en sus características técnicas, a la diversidad de accesorios utilizados y a la necesidad de cumplir especificaciones de calidad rigurosas, la utilización de fresadoras requiere de personal cualificado profesionalmente, ya sea programador, preparador o fresador.

El empleo de estas máquinas, con elementos móviles y cortantes, así como líquidos tóxicos para la refrigeración y lubricación del corte, requiere unas condiciones de trabajo que preserven la seguridad y salud de los trabajadores y eviten daños a las máquinas, a las instalaciones y a los productos finales o semi- elaborados.

1.1.1. Introducción del control numérico.

El primer desarrollo en el área del control numérico por computadora (CNC) lo realizó el inventor norteamericano John T. Parsons (Detroit 1913-2007) junto con su empleado Frank L. Stulen, en la década de 1940. El concepto de control numérico implicaba el uso de datos en un sistema de referencia para definir las superficies de contorno de las hélices de un helicóptero. La aplicación del control numérico abarca gran variedad de procesos. Se dividen las aplicaciones en dos categorías: las aplicaciones con máquina herramienta, tales como taladrado, fresado, laminado o torneado; y las aplicaciones sin máquina herramienta, tales como el ensamblaje, trazado, oxicorte, o metrología.

El principio de operación común de todas las aplicaciones del control numérico es el control de la posición relativa de una herramienta o elemento de procesado con respecto al objeto a procesar. Al principio los desplazamientos eran de punto a punto, y se utilizaban básicamente en taladradoras. La invención de las funciones de interpolación lineal y circular y el cambio automático de herramientas hizo posible la construcción de una generación de máquinas herramientas con las que se taladra, rosca, fresa e incluso se tornea y que han pasado a denominarse centros de mecanizado en lugar de fresadoras propiamente dichas.

1.1.2. Campo de aplicación del control numérico.

Las fresadoras con control numérico por computadora (CNC) permiten la automatización programable de la producción. Se diseñaron para adaptar las variaciones en la configuración de productos. Su principal aplicación se centra en volúmenes de producción medios de piezas sencillas y en volúmenes de producción medios y bajos de piezas complejas, permitiendo realizar mecanizados de precisión con la facilidad que representa cambiar de un modelo de pieza a otra mediante la inserción del programa correspondiente y de las nuevas herramientas que se tengan que utilizar así como el sistema de sujeción de las piezas.

El equipo de control numérico se controla mediante un programa que utiliza números, letras y otros símbolos, por ejemplo, los llamados códigos G (movimientos y ciclos fijos) y M (funciones auxiliares). Estos números, letras y símbolos, los cuales llegan a incluir &, %, $ y " (comillas), están codificados en un formato apropiado para definir un programa de instrucciones para desarrollar una tarea concreta. Cuando la tarea en cuestión varía se cambia el programa de instrucciones. En las grandes producciones en serie, el control numérico resulta útil para la robotización de la alimentación y retirada de las piezas mecanizadas.

Las fresadoras universales modernas cuentan con visualizadores electrónicos donde se muestran las posiciones de las herramientas, según un sistema de coordenadas, y así se facilita mejor la lectura de cotas en sus desplazamientos. Asimismo, a muchas fresadoras se les incorpora un sistema de control numérico por computadora (CNC) que permite automatizar su trabajo. Además, las fresadoras copiadoras incorporan un mecanismo de copiado para diferentes perfiles de mecanizado.

Existen varios lenguajes de programación CNC para fresadoras, todos ellos de programación numérica, entre los que destacan el lenguaje normalizado internacional ISO y los lenguajes HEIDENHAIN, Fagor y Siemens. Para desarrollar un programa de CNC habitualmente se utilizan simuladores que, mediante la utilización de una computadora, permiten comprobar la secuencia de operaciones programadas.

FRESADORA CNC

1.1.3. Ventajas de aplicación del control numérico.

La aplicación de sistemas de control numérico por computadora en las máquinas-herramienta permite aumentar la productividad respecto a las máquinas convencionales y ha hecho posible efectuar operaciones de conformado que son imposibles de realizar con un elevado grado de precisión dimensional en máquinas convencionales, por ejemplo la realización de superficies esféricas. El uso del control numérico incide favorablemente en los costos de producción al propiciar la reducción del número de tipos de máquinas utilizadas en un taller de mecanizado, manteniendo o mejorando su calidad.

Los procesos que utilizan máquinas-herramienta de control numérico tienen un coste horario superior a los procesos que utilizan máquinas convencionales, pero inferior a los procesos que utilizan máquinas especiales con mecanismos de transferencia (transfert) que permiten la alimentación y retirada de piezas de forma automatizada.

En el mismo sentido, los tiempos de preparación para un lote son mayores en una máquina de control numérico que en una máquina convencional, pues se necesita preparar la programación de control numérico de las operaciones del proceso. Sin embargo, los tiempos de operación son menores en una máquina de control numérico que en una máquina convencional, por lo cual, a partir de cierto número de piezas en un lote, el mecanizado es más económico utilizando el control numérico. Sin embargo, para lotes grandes, el proceso es más económico utilizando máquinas especializadas con mecanismos de transferencia.

1.2. Tipos de Fresadoras.

Las fresadoras pueden clasificarse según varios aspectos, como la orientación del eje de giro o el número de ejes de operación. A continuación se indican las clasificaciones más usuales.

1.2.1. Fresadora horizontal.

Fresadora horizontal utiliza fresas cilíndricas que se montan sobre un eje horizontal accionado por el cabezal de la máquina y apoyado por un extremo sobre dicho cabezal y por el otro sobre un. Esta máquina permite realizar principalmente trabajos de ranurado, con diferentes perfiles o formas de las ranuras. Cuando las operaciones a realizar lo permiten, principalmente al realizar varias ranuras paralelas, puede aumentarse la productividad montando en el eje portaherramientas varias fresas conjuntamente formando un tren de fresado. La profundidad máxima de una ranura está limitada por la diferencia entre el radio exterior de la fresa y el radio exterior de los casquillos de separación que la sujetan al eje porta fresas.

FRESADORA HORIZONTAL

1.2.2. Fresadora vertical.

La fresadora vertical, el eje del husillo está orientado verticalmente, perpendicular a la mesa de trabajo. Las fresas de corte se montan en el husillo y giran sobre su eje. En general, puede desplazarse verticalmente, bien el husillo, o bien la mesa, lo que permite profundizar el corte. Hay dos tipos de fresadoras verticales: las fresadoras de banco fijo o de bancada y las fresadoras de torreta o de consola. En una fresadora de torreta, el husillo permanece estacionario durante las operaciones de corte y la mesa se mueve tanto horizontalmente como verticalmente. En las fresadoras de banco fijo, sin embargo, la mesa se mueve sólo perpendicularmente al husillo, mientras que el husillo en sí se mueve paralelamente a su propio eje.

FRESADORA VERTICAL

1.2.3. Fresadora universal.

Una fresadora universal tiene un husillo principal para el acoplamiento de ejes portaherramientas horizontales y un cabezal que se acopla a dicho husillo y que convierte la máquina en una fresadora vertical. Su ámbito de aplicación está limitado principalmente por el costo y por el tamaño de las piezas que se pueden trabajar. En las fresadoras universales, al igual que en las horizontales, el puente es deslizante, conocido en el argot como carnero, puede desplazarse de delante a detrás y viceversa sobre unas guías.

FRESADORA UNIVERSAL

1.2.4. Fresadoras Especiales.

Además de las fresadoras tradicionales, existen otras fresadoras con características especiales que pueden clasificarse en determinados grupos. Sin embargo, las formas constructivas de estas máquinas varían sustancialmente de unas a otras dentro de cada grupo, debido a las necesidades de cada proceso de fabricación.

1.2.5. Fresadoras circulares.

Las fresadoras circulares tienen una amplia mesa circular giratoria, por encima de la cual se desplaza el carro portaherramientas, que puede tener uno o varios cabezales verticales, por ejemplo, uno para operaciones de desbaste y otro para operaciones de acabado. Además pueden montarse y desmontarse piezas en una parte de la mesa mientras se mecanizan piezas en el otro lado.

FRESADORA CIRCULAR

1.2.6. Fresadoras copiadoras.

Las fresadoras copiadoras disponen de dos mesas: una de trabajo sobre la que se sujeta la pieza a mecanizar y otra auxiliar sobre la que se coloca un modelo. El eje vertical de la herramienta está suspendido de un mecanismo con forma de pantógrafo que está conectado también a un palpador sobre la mesa auxiliar. Al seguir con el palpador el contorno del modelo, se define el movimiento de la herramienta que mecaniza la pieza. Otras fresadoras copiadoras utilizan, en lugar de un sistema mecánico de seguimiento, sistemas hidráulicos, electro-hidráulicos o electrónicos.

FRESADORA COPIADORA

1.2.7. Fresadoras de pórtico.

En las fresadoras de pórtico, también conocidas como fresadoras de puente, el cabezal portaherramientas vertical se halla sobre una estructura con dos columnas situadas en lados opuestos de la mesa. La herramienta puede moverse verticalmente y transversalmente y la pieza puede moverse longitudinalmente. Algunas de estas fresadoras disponen también a cada lado de la mesa sendos cabezales horizontales que pueden desplazarse verticalmente en sus respectivas columnas, además de poder prolongar sus ejes de trabajo horizontalmente. Se utilizan para mecanizar piezas de grandes dimensiones.

FRESADORA DE PÓRTICO

1.2.8. Fresadoras de puente móvil.

En las fresadoras de puente móvil, en lugar de moverse la mesa, se mueve la herramienta en una estructura similar a un puente grúa. Se utilizan principalmente para mecanizar piezas de grandes dimensiones.

FRESADORA DE PUENTE MOVIL

1.2.9. Fresadora para madera.

Una fresadora para madera es una máquina portátil que utiliza una herramienta rotativa para realizar fresados en superficies planas de madera. Son empleadas en bricolaje y ebanistería para realizar ranurados, como juntas de cola de milano o machihembrados; cajeados, como los necesarios para alojar cerraduras o bisagras en las puertas; y perfiles, como molduras. Las herramientas de corte que utilizan son fresas para madera, con dientes mayores y más espaciados que los que tienen las fresas para metal.

FRESADORA PARA MADERA

1.4. Fresadoras según el número de ejes.

1.4.1. Fresadora de tres ejes.

Fresadora de tres ejes. Puede controlarse el movimiento relativo entre pieza y herramienta en los tres ejes de un sistema cartesiano.

Las fresadoras, fresan formas en madera o plástico. Trabajan en plano y a profundidad.

Hay fresadoras de diferentes tamaños. En general trabajan con las siguientes materiales: espumas de poliuretano, Corcho, Cera, Madera, MDF, Cera, materiales blandos que puedan ser fresados.

Ejemplos de uso: Fresado de maquetas en 3 dimensiones, piezas a escala real para construcción de muebles, moldes para vaciado, elementos arquitectónicos, etc.

FRESADORA DE TRES EJES

1.4.2. Fresadora de cuatro ejes.

Fresadora de cuatro ejes. Además del movimiento relativo entre pieza y herramienta en tres ejes, se puede controlar el giro de la pieza sobre un eje, como con un mecanismo divisor o un plato giratorio. Se utilizan para generar superficies con un patrón cilíndrico, como engranajes o ejes estriados.

FRESADORA DE CUATRO EJES

1.4.3. Fresadora de cinco ejes.

Fresadora de cinco ejes. Además del movimiento relativo entre pieza y herramienta en tres ejes, se puede controlar o bien el giro de la pieza sobre dos ejes, uno perpendicular al eje de la herramienta y otro paralelo a ella (como con un mecanismo divisor y un plato giratorio en una fresadora vertical); o bien el giro de la pieza sobre un eje horizontal y la inclinación de la herramienta alrededor de un eje perpendicular al anterior. Se utilizan para generar formas complejas, como el rodete de una turbina Francis.

FRESADORA DE CINCO EJES

CAPÍTULO II

Procedimientos de trabajos más usuales

2.1. Operaciones de fresado

Con el uso creciente de las fresadoras de control numérico están aumentando las operaciones de fresado que se pueden realizar con este tipo de máquinas, siendo así que el fresado se ha convertido en un método polivalente de mecanizado. El desarrollo de las herramientas ha contribuido también a crear nuevas posibilidades de fresado además de incrementar de forma considerable la productividad, la calidad y exactitud de las operaciones realizadas.

El fresado consiste principalmente en el corte del material que se mecaniza con una herramienta rotativa de varios filos, que se llaman dientes, labios o plaquitas de metal duro, que ejecuta movimientos de avance programados de la mesa de trabajo en casi cualquier dirección de los tres ejes posibles en los que se puede desplazar la mesa donde va fijada la pieza que se mecaniza.

Las herramientas de fresar se caracterizan por su diámetro exterior, el número de dientes, el paso de los dientes (distancia entre dos dientes consecutivos) y el sistema de fijación de la fresa en la máquina.

2.1.1. Planeado.

Se llama así a la operación de mecanizado con la que se obtiene una superficie plana, definida ésta por:

Tres puntos no alineados.

Una recta y un punto fuera de ella. Dos líneas paralelas.

Dos líneas que se cortan.

Los planos, en el fresado, se pueden obtener por dos métodos principales.

Por medio de los dientes frontales de una fresa o un plato de cuclillas al girar alrededor de un eje perpendicular al plano geométrico ideal. Cada diente describe una cicloide situada en un plano, gracias a dos movimientos: uno circular, mc aplicado a la fresa, y otro rectilíneo a, aplicado a la pieza o herramienta (fig. 4)

Por medio de los dientes de una fresa cilíndrica al girar sobre su eje, a la vez que la pieza se desplaza siguiendo una recta que se mantiene con dirección constante respecto a la generatriz de la fresa. Cada generatriz A de la fresa en contacto con la pieza es la generatriz de la superficie, y la recta B, perpendicular a ella recibe el nombre de directriz e indica la dirección del desplazamiento.

2.1.1.1. Planeado con fresa frontal.

En el fresado frontal, ya sea con fresa integral o con plato de cuchillas, hay que tener muy en cuenta lo siguiente:

Si se desea una tolerancia de forma con una planicidad muy fina, el eje de giro de la fresa debe estar colocado perpendicular al plano de referencia.

Para la elección correcta de la fresa habrá de tenerse en cuenta los siguientes factores:

a) Material. Cada material ofrece mayor o menor dificultad de salida de viruta. Si la viruta es larga, la dificultad es mayor y se elegirá una fresa de paso grande, o sea, de pocos dientes; si la viruta es corta (bronce, fundición, etc.), se podrá emplear una fresa de mayor número de dientes.

b) Calidad de la máquina. Una máquina con holguras o poco robusta, tiende a vibrar con una frecuencia constante, de manera que puede entrar en resonancia con otras vibraciones de la máquina o de las piezas.

c) Posición de la fresa. La colocación de la fresa respecto a la pieza puede ser causa de vibraciones. En la posición A, la resultante de las reacciones sigue la dirección del avance de la pieza, cosa que no ocurre en B, como consecuencia del descentramiento de la fresa.

d) Diámetro de la fresa. Si el planeado se hace de una sola pasada, el diámetro de la fresa deberá tener al menos 1,2 veces el ancho de la pieza. Con fresa de mayor diámetro el tiempo de mecanizado es mayor (necesita más recorrido de entrada) pero el error de verticalidad del eje tiene menor influencia en la planicidad.

Para ejecutar el planeado propiamente dicho el proceso general puede ser:

1º. Aproximar la fresa con la máquina parada y hacer los reglajes de posicionamiento y pasada. Apretar los blocajes de los carros que han de permanecer inmóviles.

2º. Poner la máquina en marcha y el sistema de refrigeración en su caso. Aproximar la pieza a la fresa sin hacer contacto, dejando un pequeño margen (1 ó 2 mm).

3º. Conectar el sistema de avance automático y dar la pasada. Dejar salir la fresa y si hay que dar varias pasadas, regular el tope de disparo de avance y retroceder rápida mente de forma manual o automática. Desbloquear el carro correspondiente, dar la nueva profundidad de pasada y bloquear de nuevo el carro.

2.1.1.2. Planeado con fresa periférica.

En general el planeado periférico es más deficiente que el fresado frontal, pero puede haber razones que incluso exijan emplear este sistema ya sea por el tipo de pieza o de máquina, fresa disponible, etc. Para la elección de la fresa se pueden analizar las mismas cuestiones que para el fresado frontal, del mismo modo las operaciones para practicar el planeado son prácticamente las mismas, sin embargo para el montaje de la fresa deben tomarse las siguientes precauciones:

1º. La fresa debe colocarse lo más cerca posible de los apoyos, cuyo número debe ser el mayor posible.

2º. Elegir el árbol portafresas de manera que ajuste perfectamente a la fresa y que tenga el chavetero y tuerca apropiados, para que pueda transmitir el momento de giro sin aflojarse.

3º. Comprobar el centrado y alineación de la generatriz de la fresa con el plano ideal.

4º. Si los dientes son rectos o muy espaciados o el corte es irregular, se montarán, a ser posible, volantes compensadores.

5º. Los bujes deben ajustar sin juego apreciable y deben estar perfectamente lubricados.

2.1.1.3. Planeado vertical

Es un caso combinado de los dos anteriores. En la figura 7 se puede apreciar cómo uno de los planos se obtiene con la parte frontal de la fresa y el otro con la periférica.

A efectos prácticos puede considerarse el planeado frontal, cuando el plano obtenido por este procedimiento es mucho mayor que el otro (fig. 7A) y como planeado tangencial, cuando sucede lo contrario (fig. 7B).

2.1.2. Ranurado.

Es una operación similar al caso anterior, pero la fresa aquí empleada, normalmente es de tres cortes. Con ella se obtienen directamente tres planos en ángulo, formando una ranura rectangular. También es frecuente emplear fresas de mango.

Tanto las fresas de disco como las de mango poseen el inconveniente de tener una dimensión fija, que va disminuyendo con los sucesivos afilados, y, en consecuencia, sólo es posible fresar ranuras de las dimensiones de la fresa. Si se quieren hacer ranuras mayores habrá que hacer dos o más pasadas, desplazando la fresa o bien recurrir a las fresas de disco de tres cortes ajustables en anchura.

2.1.2.1. Ranurado con fresas de disco o mango.

En algunos casos lo impone la forma de la ranura. Si debe tener extremos limitados por una forma concreta, habrá que emplear fresa circular (fig. 1) o fresa de mango (fig. 2). Si no hay estas limitaciones, será preferible en general, la fresa de disco, por tener mayor rendimiento (fig. 3).

2.1.2.2. Ranurado con fresas de pequeño o gran diámetro.

Lógicamente sólo se plantea el problema en las fresas de disco. En principio, se elegirá el menor diámetro posible, dejando un espacio libre de unos 4 mm en la parte más próxima a la pieza, brida, tornillo, etc.

FRESAS DE DIFERENTES DIÁMETROS

2.1.2.3. Fresado de ranuras especiales.

La realización de la mayoría de las ranuras especiales
no difiere en nada de lo dicho para las rectangulares. La dificultad está
solamente en la fresa empleada, que deberá ser de forma apropiada, según
los casos.

2.1.2.4. Ranurado de árboles acanalados.

Los árboles acanalados se obtienen a partir de una pieza cilíndrica, practicando en ella las ranuras o canales apropiados; éstos están normalizados. Para grandes series, se hacen con fresa madre, pero lo corriente es hacerlo de una de las siguientes formas:

2.1.2.5. Ranurado con varias fresas.

Se pueden emplear varias fresas cuando no se dispone de la fresa apropiada, con resultados incluso mejores. Los procedimientos pueden ser varios según la disponibilidad de fresas existentes.

Se pueden emplear dos fresas de tres cortes y una de radio; si el trabajo es de precisión lo ideal sería emplear dos fresas angulares como muestra la figura

Una vez montadas las fresas, se centran y se da la pasada para que quede un pequeño canal (UNE 26014). Hechas todas las ranuras, se cambian por otras fresas, cuyo radio coincida con el fondo del árbol.

A los árboles que han de ir templados y rectificados se les deja un sobre metal para el rectificado.

2.1.2.6. Ranurado con fresas de forma.

Ranurado de forma Se utilizan fresas de la forma adecuada a la ranura, que puede ser en forma de T, de cola de milano, etc.

2.1.3. Mortajado con fresadora.

Para realizar este trabajo en la fresadora (obtener ranuras mediante una herramienta de movimiento rectilíneo) hay que transformar el movimiento circular del árbol principal en movimiento rectilíneo por medio de un accesorio adecuado.

Consiste en mecanizar chaveteros en los agujeros, para lo cual se utilizan brochadoras o bien un accesorio especial que se acopla al cabezal de las fresadoras universales y transforma el movimiento de rotación en un movimiento vertical alternativo.

Figura 1

La herramienta debe volver sobre sí misma repetidamente hasta obtener la forma y dimensiones de la ranura o perfil. Para proteger la herramienta y evitar el desgaste prematuro del filo, el aparato debe disponer de un sistema de separación de la herramienta en la carrera de retroceso.

En la figura 1 podemos ver varios trabajos típicos que se pueden realizar por mortajado en la fresadora. Cuando se trate de trabajos en serie o trabajos muy fuertes es preferible hacerlos en la mortajadora o en la brochadora, ya que la fresadora sufre un exceso con este tipo de trabajos, para los cuales no está expresamente ideada.

2.1.4. Taladrado y mandrinado con fresadora.

El mandrinado, es la operación por la cual se mecanizan o tornean interiores por medio de herramientas simples. Un caso particular es el llamado punteado o trazado de centros con precisión. Es un trabajo propio de las máquinas punteadoras, pero en casos sencillos y de precisión media pueden realizarse en la fresadora universal. Esta operación consiste en el trazado o punteado de taladros, en el mandrilado de precisión en esos mismos agujeros o bien de otros ya desbastados en procesos anteriores.

2.1.5. Fresado de levas.

Veremos en este apartado algunas que pueden realizarse sin accesorios especiales en la fresadora universal.

2.1.5.1. Fresado de levas de tambor.

La leva de tambor tiene una ranura que sirve de apoyo a un rodillo o pivote unido a la varilla o empujador, en la figura 18 vemos distintas curvas en levas de tambor. La ley de movimiento de esta varilla determina la forma de la curva.

El tallado en la fresadora es posible siempre que se trate de ranuras formadas por hélices, ya que otras curvas no pueden realizarse, a no ser por procedimientos especiales.

2.1.5.2. Fresado de levas de disco.

Este tipo de leva es muy utilizado en máquinas de todo tipo: máquinas herramientas, maquinaria textil, de imprenta, destacando su aplicación en los tornos automáticos.

Sus formas pueden ser muy variadas, pero a continuación veremos las que se emplean para lograr desplazamientos de la varilla con movimiento uniforme:

2.1.5.3. Fresado de levas de Arquímedes completa.

La cuna directriz empleada en este tipo de levas es la espiral de Arquímedes. La diferencia de los extremos R1 R0 se llama paso de la espiral y se representa por H:

H = R1 R0

En la figura 19 se representa una leva de espiral completa.

2.1.5.4. Fresado de leva de espiral de Arquímedes incompleta.

En la mayor parte de los casos, las levas de disco, al igual que las de tambor, suelen tener una, dos o más ramas formadas por espirales incompletas. En este caso el paso de cada una de estas espirales será:

Leva de espiral de Arquímedes incompleta de una rama.

2.1.7. Torno-fresador

Este tipo de mecanizado utiliza la interpolación circular en fresadoras de control numérico y sirve tanto para el torneado de agujeros de precisión como para el torneado exterior. El proceso combina la rotación de la pieza y de la herramienta de fresar siendo posible conseguir una superficie de revolución. Esta superficie puede ser concéntrica respecto a la línea central de rotación de la pieza. Si se desplaza la fresa hacia arriba o hacia abajo coordinadamente con el giro de la pieza pueden obtenerse geometrías excéntricas, como el de una leva, o incluso el de un árbol de levas o un cigüeñal. Con el desplazamiento axial es posible alcanzar la longitud requerida.

2.1.8. Fresado de roscas.

El fresado de roscas requiere una fresadora capaz de realizar interpolación helicoidal simultánea en dos grados de libertad: la rotación de la pieza respecto al eje de la hélice de la rosca y la traslación de la pieza en la dirección de dicho eje. El perfil de los filos de corte de la fresa debe ser adecuado al tipo de rosca que se mecanice.

2.1.9. Fresado de engranajes.

El fresado de engranajes apenas se realiza ya en fresadoras universales mediante el plato divisor, sino que se hacen en máquinas especiales llamadas talladoras de engranajes y con el uso de fresas especiales del módulo de diente adecuado.

CAPÍTULO III

Factores de corte en el fresado

3.1.1. Consideraciones generales para el fresado.

Para que los trabajos de fresado se realicen en las mejores condiciones se han de cumplir una serie de requisitos. Se debe asegurar una buena rigidez de la máquina y que tenga la potencia suficiente para poder utilizar las herramientas más convenientes. Asimismo debe utilizarse el menor voladizo de la herramienta con el husillo que sea posible.

Respecto de las herramientas de fresar, hay que adecuar el número de dientes, labios o plaquitas de las fresas procurando que no haya demasiados filos trabajando simultáneamente. El diámetro de las fresas de planear debe ser el adecuado de acuerdo con la anchura de corte.

En los parámetros de corte hay que seleccionar el avance de trabajo por diente más adecuado de acuerdo con las características del mecanizado como el material de la pieza, las características de la fresa, la calidad y precisión requeridas para la pieza y la evacuación de la viruta. Siempre que sea posible, hay que realizar el fresado en concordancia y utilizar plaquitas de geometría positiva, es decir, con ángulo de desprendimiento positivo. Debe utilizarse refrigerante sólo si es necesario, pues el fresado se realiza en mejores condiciones sin refrigerante en la mayoría de las aplicaciones de las plaquitas de metal duro.

3.1.2. Problemas habituales en el fresado.

Durante el fresado pueden aparecer una serie de problemas que dificultan la calidad de las operaciones de fresado.

Las vibraciones excesivas pueden ser causadas además por fijaciones incorrectas o poco rígidas o porque la pieza se deforme cuando incide sobre ella cada diente de la fresa. Además, el fresado en oposición genera más vibraciones que el fresado en concordancia. Dichas vibraciones afectan a las tolerancias dimensionales y a las rugosidades obtenidas, por lo que la armonía entre la herramienta y su movimiento de corte junto con la pieza y máquina es esencial para maximizar el mejor acabado. Otras causas de imperfecciones en las superficies mecanizadas son las alteraciones de los filos de corte, la falta de mantenimiento de la máquina y el uso incorrecto de los utillajes.

3.1.3. Factor de corte en el fresado.

Los factores tecnológicos fundamentales que hay que considerar en el proceso de fresado son los siguientes:

Elección del tipo de máquina, accesorios y sistemas de fijación de pieza y herramienta más adecuados.

Elección del tipo de fresado: frontal, tangencial en concordancia o tangencial en oposición.

Elección de los factores de corte: velocidad de corte (Vc), velocidad de giro de la herramienta (n), velocidad de avance (Va), profundidad de pasada (p), anchura de corte (Ac), etc.)

No hay unanimidad dentro del sector del mecanizado en las denominaciones de los procedimientos de fresado. El fresado tangencial también es denominado fresado periférico, fresado cilíndrico o fresado helicoidal. Los dos tipos de fresados tangenciales también son conocidos con varias denominaciones:

Fresado en concordancia: fresado hacia abajo, o fresado equicorriente.

Fresado en oposición: fresado hacia arriba, o fresado normal.

En el fresado en concordancia, la herramienta gira en el mismo sentido en el que avanza la pieza. Este tipo de fresado es también conocido como fresado hacia abajo debido a que, cuando el eje de giro de la fresa es horizontal, el componente vertical de la fuerza de corte está dirigida hacia abajo. En el fresado en oposición, también conocido como fresado hacia arriba, ocurre lo contrario, es decir, la herramienta gira en sentido contrario al avance de la pieza y la componente vertical de la fuerza de corte se dirige hacia arriba.

Para obtener una buena calidad en la superficie mecanizada, el fresado en concordancia es el método de fresado más recomendable siempre que la máquina, la herramienta y los utillajes lo permitan.

En el fresado en oposición, el espesor de la viruta y la presión de corte aumentan según avanza la herramienta, por lo que se requiere menos potencia para la máquina. Sin embargo, este método presenta varios inconvenientes. Produce vibraciones en la máquina y una peor calidad superficial del mecanizado. Hay que tener cuidado con la sujeción de la pieza porque el empuje de la herramienta tenderá a expulsarla del amarre.

En el fresado en concordancia, los dientes de la fresa inician el corte de la pieza con el máximo espesor de viruta, por lo que se necesita mayor esfuerzo de corte que en el fresado en oposición. Cuando la fresa se retira de la pieza, el espesor de la viruta es menor y por tanto la presión de trabajo es menor, produciendo así un mejor acabado de la superficie mecanizada. Este método de fresado requiere máquinas de mayor potencia y rigidez. Este fresado favorece la sujeción de la pieza porque tiende a apretarla hacia abajo.

Al utilizar herramientas cuyos filos de corte permiten avanzar el corte en dirección axial y en dirección radial, como en las fresas de planear o en la mayoría de los casos es recomendable que, cuando la fresa está cortando, se realicen prioritariamente los movimientos de avance en la dirección radial. Esto es debido a que la geometría de los filos de corte, en la mayoría de los casos, está diseñada para que se desgasten más lentamente al avanzar el corte en dirección radial. Teniendo esto en cuenta, los movimientos de profundización con estas herramientas se realizan preferentemente en vacío, se limitan a una perforación inicial o dicha perforación se realiza con otras herramientas, por ejemplo brocas o coronas trepanadoras. No obstante, cuando se utilizan plaquitas redondas en fresas de perfilar es diferente la dirección de avance.

3.1.3.1. Velocidad de corte

Se define como velocidad de corte la velocidad lineal de la periferia de la fresa u otra herramienta que se utilice en el fresado. La velocidad de corte, que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene que ser elegida antes de iniciar el mecanizado y su valor adecuado depende de muchos factores, especialmente de la calidad y tipo de fresa que se utilice, de la dureza y la maquinabilidad que tenga el material que se mecanice y de la velocidad de avance empleada. Las limitaciones principales de la máquina son su gama de velocidades, la potencia de los motores y de la rigidez de la fijación de la pieza y de la herramienta.

Como cada filo de corte de la fresa trabaja intermitentemente sobre la pieza, cortando únicamente durante una fracción de cada revolución de la herramienta, los filos de corte alcanzan temperaturas inferiores a las que se alcanzan en un torno y, en consecuencia, se utilizan velocidades de corte mayores. No obstante, el trabajo de la fresa en conjunto puede no considerarse intermitente, pues siempre hay un filo de corte en fase de trabajo.

A partir de la determinación de la velocidad de corte se puede determinar las revoluciones por minuto que tendrá el husillo portaherramientas según la siguiente fórmula:

La velocidad de corte es el factor principal que determina la duración de la herramienta. Una alta velocidad de corte permite realizar el mecanizado en menos tiempo pero acelera el desgaste de la herramienta. Los fabricantes de herramientas y prontuarios de mecanizado ofrecen datos orientativos sobre la velocidad de corte adecuada de las herramientas para una vida útil o duración determinada de la herramienta, por ejemplo, 15 minutos. En ocasiones, es deseable ajustar la velocidad de corte para una duración diferente de la herramienta y optimizar la productividad, para lo cual, los valores de la velocidad de corte se multiplican por un factor de corrección. La relación entre este factor de corrección y la duración de la herramienta en operación de corte no es lineal.

Una velocidad de corte excesiva puede dar lugar a un desgaste muy rápido del filo de corte de la herramienta, a la deformación plástica del filo de corte con pérdida de tolerancia del mecanizado y, en general, a una calidad del mecanizado deficiente. Por otra parte, una velocidad de corte demasiado baja puede dar lugar a la formación de filo de aportación en la herramienta, a dificultades en la evacuación de viruta y al aumento del tiempo de mecanizado, lo cual se traduce en una baja productividad y un coste elevado del mecanizado.

3.1.3.2. Velocidad de rotación de la herramienta.

La velocidad de rotación del husillo portaherramientas se expresa habitualmente en revoluciones por minuto (rpm). En las fresadoras convencionales hay una gama limitada de velocidades, que dependen de la velocidad de giro del motor principal y del número de velocidades de la caja de cambios de la máquina. En las fresadoras de control numérico, esta velocidad es controlada con un sistema de realimentación en el que puede seleccionarse una velocidad cualquiera dentro de un rango de velocidades, hasta una velocidad máxima.

La velocidad de rotación de la herramienta es directamente proporcional a la velocidad de corte e inversamente proporcional al diámetro de la herramienta.

3.1.3.3. Velocidad de avance.

Diagrama de fresado frontal.

p:profundidad de pasada

la: longitud de corte efectiva

l: longitud de arista de corte

?r: ángulo de posición.

El avance o velocidad de avance en el fresado es la velocidad relativa entre la pieza y la herramienta, es decir, la velocidad con la que progresa el corte. El avance y el radio de la punta de la herramienta de corte son los dos factores más importantes de los cuales depende la rugosidad de la superficie obtenida en el fresado.

Cada fresa puede cortar adecuadamente en un rango de velocidades de avance por cada revolución de la herramienta, denominado avance por revolución (fn). Este rango depende fundamentalmente de número de dientes de la fresa, del tamaño de cada diente y de la profundidad de corte, además del tipo de material de la pieza y de la calidad y el tipo de plaquita de corte. Este rango de velocidades se determina experimentalmente y se encuentra en los catálogos de los fabricantes de plaquitas. Además esta velocidad está limitada por las rigideces de las sujeciones de la pieza y de la herramienta y por la potencia del motor de avance de la máquina. El grosor máximo de viruta en mm es el indicador de limitación más importante para una herramienta de fresado. El filo de corte de las herramientas se prueba para que tenga un valor determinado entre un mínimo y un máximo de grosor de la viruta.

El avance por revolución (fn) es el producto del avance por diente por el número de dientes (z) de la herramienta.