TECNOLOGÍA MECÁNICA 2- 2
máquinas herramientas ENSEÑANZAS ESPECIALIZADAS
Segundo Curso de Formación Profesional de Segundo Grado por
Equipo Técnico EDEBÉ TOMÁS VIDONDO JOAQUÍN OMS CLAUDINO ÁLVAREZ FRUMENCIO SOBEJANO OCTAVIO EUGENIO MARTÍNEZ FELIPE OLLETA
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EDICIONES DON BOSCO Paseo San Juan Bosco, 62 . Barcelona 17 EDITORIAL BRUÑO ® Marqués de Mondéjar, 32 . Madrid 28
Presentación
En el Primer Curso de este Segundo Grado se inició al alumno en el conocimiento de las Máquinas Herramientas con el estudio del torno paralelo y los trabajos que con 61 se podían realizar. Corresponde a este curso, y de acuerdo con el programa oficial, el estudio de la fresadora y de la rectificadora. El contenido de la presente Tecnologia pretende, al igual que nuestros anteriores textos publicados, el conocimiento y estudio de la fresadora y de la rectificadora, así como los trabajos que con estas máquinas se pueden realizar. Se ha resumido al máximo la parte descriptiva, supliendo esta deficiencia con un gran número de ilustraciones gráficas . La obra, en si, tiene un carácter eminentemente práctico y su objetivo fundamental es saber sacar el máximo rendimiento de producción con el empleo correcto de las máquinas, utillajes y herramientas apropiadas en cada caso particular. Contiene un gran número de problemas de taller resueltos para familiarizar al alumno con los problemas que se le van a presentar en el desarrollo de su profesión. De esta forma sabrá el alumno llevar a la práctica los conocimientos teóricos y tecnológicos que se explican a lo largo del texto. Con este nuevo esfuerzo esperamos seguir contribuyendo a la formación del técnico mecánico que tratamos de formar en este Segundo Grado de la Enseñanza Profesional. LOS AUTORES
Tecnologia Mecánica 2 .2 MÁQUINAS HERRAMIENTAS Segundo Curso de Formación Profesional de Segundo Grado
ES PROPIEDAD O Ediciones Don Bosco Barcelona, 1979 Impreso en España Printed in Spain ISBN 84-236-1412-3 Depósito Legal . B . 12765-79 Escuela Gráfica Salesiana Barcelona-Sarriá
CUESTIONARIO OFICIAL
0. M . 13-IX-75 ; BOMEC, 10-XI-75 Segundo Curso de Formación Profesional de Segundo Grado
1.
La fresadora
Descripción de la fresadora universal . Terminología normalizada . Características constructivas y de trabajo. Organos reguladores y de accionamiento . Accesorios . Herramientas de la fresadora. Materiales especiales utilizados en la construcción de fresas . Clasificación de las fresas . Afilado. Montaje y regulación de las mismas . Velocidad de corte . Elección de la velocidad, de los avances y de la profundidad de corte. Principales factores que determinan las características de corte . Tiempos de mecanizado . Trabajos de fresadora. Conocimientos necesarios para poder realizar los ejercicios prácticos de taller . División circular y lineal . Estudio de los diferentes tipos de divisores . Procedimientos de división . Tallado de engranajes helicoidales y cremalleras . Módulo . Angulo de la hélice . Cálculos dimensionales. Posicionamiento y cálculos para tallado de los mismos . Tallado de tornillo sin fin .y coronas. Cálculos dimensionales . Posicionamiento y cálculos para el tallado de los mismos . Tallado de levas . Cálculos dimensionales . Trazado. Posicionamiento y cálculos para el tallado de las mismas . Tallado de herramientas . Fresas, machos y escariadores . Cálculo para el Posicionamiento del útil de corte . Trabajos especiales . Fresado circular . Mandrinado . Tallado con fresa madre . Tallado aproximado de ruedas cónicas. Principales tipos de fresadora . Conocimientos concernientes a características constructivas y de empleo de las fresadoras : vertical, horizontal, de utillaje, copiadora y de ciclos . Procesos de mecanizado . Estudio metódico y ordenado del ciclo de trabajo para la ejecución de piezas en la fresadora . Elección de las herramientas de trabajo y accesorios necesarios . 2.
La rectificadora
Descripción de la rectificadora universal, plana y afiladora . Terminología normalizada . Características constructivas y de trabajo. Organos reguladores y de accionamiento. Accesorios . Muelas abrasivas . Composición, características y clasificación . Elección de la muela apropiada . Precauciones en la utilización de las muelas . Equilibrado . Montaje de las muelas . Velocidad de corte. Velocidad tangencial de la muela. Velocidad de la pieza . Avance . Profundidad de pasada . Tiempos de mecanizado . Trabajos de rectificadora . Conocimientos necesarios para poder realizar los ejercicios prácticos de taller . Rectificado cónico . Diversos procedimientos de efectuarlo . Cálculos correspondientes. Control durante el mecanizado . Afilado de herramientas de torno . Posicionamiento de la herramienta y forma de efectuarlo . Cálculos necesarios para obtener los ángulos de afilado. Afilado de fresas . Posicionamiento de la fresa y forma de efectuarlo . Cálculos necesarios para obtener los ángulos de afilado . Afilado de brocas . Dispositivo especial para efectuarlo . Control del afilado de las brocas . Trabajos especiales . Rectificado de perfiles . Lapeado. Principales tipos de rectificadoras . Conocimientos concernientes a características constructivas y empleo de las rectificadoras verticales, sin centros de roscas, de engranajes, de levas. Proceso de mecanizado . Estudio metódico y ordenado del ciclo de trabajo para la ejecución de piezas en la rectificadora . Elección de la muela apropiada y accesorios necesarios .
Indice
Presentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Cuestionario oficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . indice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
La fresadora universal 1 .1 Fresado y fre adora 1 .1 .1 Fresa o 1 .1 .2 Las fr sadoras 1 .1 .2 .1 División de las fresadoras por la disposición del eje principal 1 .1 .2 .2 División de las fresadoras por la manera de obtener la profundidad de pasada 1 .1 .2 .3 División de las fresadoras por el tipo de trabajo o trabajos que pueden realizarse con ellas 1 .2 Fresadora uni ersal 1 .2 .1 Fresadora universal de mesa orientable 1 .2 .1 .1 Cuerpo Ménsula 1 .2 .1 .2 1 .2 .1 .3 Carro transversal 1 .2 .1 .4 Placa giratoria 1 .2 .1 .5 Mecanismo de embrague para transmitir el movimiento automático a la mesa 1 .2 .1 .6 Mesa portafresas Eje principal 1 .2 .1 .7 1 .2 .1 .8 Puente 1 .2 .2 Fresadora universal de eje orientable 1 .2 .2 .1 Cabezal Huré Cabezal Gambín 1 .2 .2 .2 1 .2 .2 .3 Cabezal de platinas ortogona1 .2 .3
1 .2 .4 1 .2 .5 1 .2 .6
1 .2 .7
les Mecanismos del movimiento principal 1 .2 .3 .1 Mecanismo para fresadora de mesa orientable 1 .2 .3 .2 Mecanismo para fresadora de cabezal universal Mecanismos de avances 1 .2 .4 .1 Caja de avances Mecanismo para lograr la profundidad de pasada Accesorios principales de la fresadora universal 1 .2 .6 .1 Cabezal o aparato vertical 1 .2 .6 .2 Aparato de mortajar 1 .2 .6 .3 Aparato copiador Terminología normalizada para la fresadora horizontal
5 6 7 13 13 13 13 13 14
14 15 16 16 17 18 19
20 20 22 23 23 25 31 32 32 33 36 36 37 39 40 40 41 41 42
1 .2 .8 1 .2 .9
2
Características de la fresadora universal Seguridad
Herramientas de corte y sus formas de sujeción en la fresadora 2 .1 Materiales empleados en la fabricación de fresas 2.1 .1 Aceros de herramientas 2.1 .2 Carburos metálicos 2.1 .3 Materiales cerámicos 2.1 .3 .1 Designación normalizada de las plaquitas 2.1 .4 El diamante 2.2 Tipos de fresas por sus dientes 2.2 .1 Fresas de dientes fresados 2.2 .1 .1 Fresas cilíndricas para planear 2.2 .1 .2 Fresas cilíndricas de corte tangencia¡ y frontal 2.2 .1 .3 Fresas de disco 2.2 .1 .4 Fresas angulares Fresas de perfil constante de dientes 2.2 .2 destalonados Fresas de dientes postizos 2.2 .3 2.2 .3 .1 Platos de cuchillas recambiables 2.2 .3 .2 Disposición de las cuchillas en el fresado frontal 2.2 .4 Otros tipos de fresas 2 .3 Sistemas de arrastre de las fresas 2.3 .1 Montaje directo 2.3 .1 .1 Montaje con cono Morse 2.3 .1 .2 Montaje con cono exterior del eje 2.3 .1 .3 Montaje sobre platina de arrastre 2.3 .2 Montaje con eje al aire o mango postizo 2.3 .2 .1 Mangos con extremo roscado 2.3 .2 .2 Mangos con arrastre de chaveta 2.3 .3 Montaje con pinzas directamente en el eje principal 2.3 .3 .1 Pinzas de acoplamiento directo 2.3 .3 .2 Portapinzas 2.3 .4 Montaje con árbol portapiezas largo 2.3 .5 Adaptadores y reductores 2.4 Precauciones y observaciones en el montaje y reglaje de las fresas
42 42
46 46 46 47 49 49 51 51 51 51 54 55 56 58 60 61 61 62 63 63 63 64 64 64 65 65 66 66 66 67 68 69
2.4 .1
2.5
3
Factores de corte y tiempo de mecanizado 3.1 elocidad de orte .2 Avance c3 3.2 .1 ción de la viruta 3.2 .2 FormaRelaciócorte n entre los movimientos de y avance .2 .3 Proced3 imiento o modos de fresar .2 .3 .1 Fresado frontal o de punta 3 .2 .3 .2 Fresado tangencíal o periférico 3.2 .3 .3 Fresado frontal y periférico 3.2 .4 o en oposición y fresado en Fresadcon r3 dancia .2 .4 .1 Fresado en oposición 3.2 .4 .2 Fresado en concordancia 3.2 .4 .3 Volantes de inercia 3.3 Profundidad de pasada 3.3 .1 Clases de pasadas 3.3 .2 Pasd3 s de desbaste .3 .3 s de afinado o de acabado '3 .4 PasdFuerz de cor3 te y fuerza especifica de corte .4 .1 Influe3 cia del material .4 .2 Sec ió3 n de la viruta .4 .2 .1 Espesor medio en el fresado tangencia¡ 3.4 .2 .2 Espesor medio de la viruta en el fresado frontal 3.4 .3 Influenla cia de la geometría del filo en fuerz3 a de corte .4 .4 Sección cortada instantánea 3 .4 .5 Fuerza de corte 3.4 .5.1 Componentes de la fuerza . de corte 3.4 .6 a de fresado 3.5 Potencilnterrelaciones entre los elementos de corte 3.5 .1 Influec3 ia en la velocidad de corte .5 .2 Influec3 ia en la profundidad de pasada .5.3 Influec3 ia del avance 3.6
4
Fuerzas originadas por el corte y ma nera de contrarrestarlas 2.4 .2 Empleo del útil apropiado 2.4 .3 Montaie del útil y de la fresa 2.4 .4 Reglaje de la fresa respecto a la pieza 2.4 .4 .1 Posición del planeado 2.4 .4.2 Posiciones para piezas con ranuras 2.4 .4 .3 Posicionado para piezas de sección circular 2.4 .4 .4 Posicionado en piezas con nervaduras 2.4 .4 .5 Reglajes para centrar Herramientas de mandrinar 2.5 .1 Reglaje de la herramienta 2.5 .2 Mandril de cambio rápido 2 .5 .3 Cabezal de mandrinar
Tiempo 3.6 .1 3.6 .2 3.6 .3
de mecanizado Tiempo de corte o de máquina Tiempo de maniobra o manual Tiempo de preparación
Sujeción de las piezas -en la fresadora universal 4.1 Sujeción de las piezas en la fresadora 4.1 .1 Principios,generales de sujeción de una pieza 4.2 El rozamiento en,la sujeción de piezas a mecanizar 4.2 .1 Coeficiente de rozamiento 4.2 .2 Tipos de coeficientes 4.2 .3 Factores que influyen en él coeficiente de rozamiento
4 .2.4
69 70 72 72 72
4.3
74 75
4.4
76 76 78 78 78 78
4.5
4.6
81 81 84 85 85 85 85
4.7 5
86 86 87 87 87 88 88 88 88 88 89 89 90 90 92 96 97 98 98 99 101 101 101 101 102 102 106 107 109 109 109 110 110 110 110
6
Experimentación práctica de los coeficientes de rozamiento 4 .2 .5 Valor de los ángulos de los elementos de sujeción Sistema de tornillo y tuerca 4.3 .1 Tornillo de rosca plana 4.3 .2 Tornillo de flancos inclinados 4.3 .3 Sujeción en tornillo de máquina o mordaza Sujeción de la pieza sobre la mesa 4.4 .1 Sujeción con bridas 4.4 .2 Resistencia del tornillo 4 .4 .3 Sujeción por cuñas Sujeción de piezas mediante levas y excéntricas 4.5 .1 Leva frontal 4.5 .2 Leva radial 4.5 .3 Excéntrica circular Sujeción de las piezas en los aparatos divisores 4.6.1 Sujeción con platos universales de garras 4.6 .2 Sujeción con pinzas 4.6 .3 Montajes especiales 4.6 .4 Montaje entre puntos Otros sistemas de sujeción
Aparatos divisores 5.1 Aparatos divisores giratorios 5.1 .1 Aparatos divisores sencillos 5.1 .2 Aparato divisor con tornillo sin fin 5.1 .2 .1 Constante del aparato 5.1 .2 .2 Aparato divisor de tornillo sin fin con disco de agujeros 5.1 .2 .3 División simple 5.1 .2 .4 División compuesta 5.1 .2 .5 Aparato divisor de tornillo sin fin y división por engranajes 5.1 .3 Aparato divisor universal 5.1 .3 .1 Aparato de eje orientable 5.1 .3 .2 Dispositivo para divisiones diferenciales 5.1 .3 .3 Sistema para hacer ranuras helicoidales 5.1 .3 .4 Ranuras helicoidales de paso corto 5.1 .4 Divisiones angulares 5.1 .4 .1 Constante angular del aparato divisor 5.1 .4 .2 Divisor óptico 5.1 .5 Aparato divisor vertical 5.2 Aparato de división lineal 5.2 .1 Aparato divisor lineal de división simple 5.2 .2 Aparato divisor lineal con tren de engranajes 5.2 .3 El aparato divisor universal como aparato lineal 5.2 .4 Dispositivos ópticos Trabajos en la fresadora universal 6.1 Planeado 6.1 .1 Procedimiento de fresado plano 6.1 .2 Defectos de las piezas y de las superficies mecanizadas 6.1 .2 .1 Tolerancia de medidas 6.1 .2 .2 Tolerancia de forma 6.1 .2 .3 Tolerancia de posición 6.1 .2 .4 Tolerancia de acabado superficial 6.1 .2 .5 Conceptos generales del mecanizado 6 .1 .3 Planeado con fresa frontal 6.1 .3 .1 Elección de la fresa 6.1 .3 .2 " Posición de la fresa frontal en el - planeado
110 111 111 111 113 114 118 118 121 122 126 126 129 131 132 132
133 133 134 134 137 137 137 139 139 139 140 142 143 145 145 146 149 151 151 151 154 154 155 155 157 159 160 162 162 164 164
164 165 165 165 166 167 168 169
6.1 .3 .3
6.2
6.3
6.4
6.5 6 .6 6.7 7
Selección de los elementos de corte 6.1 .3 .4 Planeado propiamente dicho 6.1 .4 Planeado con fresa periférica 6.1 .4 .1 Elección de la fresa 6.1 .4 .2 Montaje de la fresa 6.1 .4 .3 Selección de los elementos de corte 6.1 .4 .4 Planeado propiamente dicho 6.1 .5 Planeado en ángulo recto Fresado de ranuras 6.2 .1 Elección de la fresa 6.2 .2 Sujeción de la fresa 6.2 .3 Elementos de corte 6.2.4 Ranurado 6.2 .4.1 Ranurado con fresa de disco 6.2 .4.2 Ranurado con fresa de mango 6.2.5 Fresado de ranuras especiales Fresado de árboles acanalados 6.3.1 Fresado con fresa de forma 6.3.2 Fresado con varias fresas Fresado de acoplamiento de dientes 6.4 .1 Acoplamiento de dientes rectos 6.4 .2 Acoplamiento de dientes triangulares y trapeciales Mortajado Taladrado y mandrinado Otros trabajos en la fresadora
Tallado de ruedas dentadas 7.1 Ruedas dentadas de módulo 7.2 Magnitudes, dimensiones y datos constructivos . 7.3 Número de la fresa 7.4 Tallado de ruedas cilíndricas de diente recto 7.4.1 Fresado con fresa de disco 7.4 .2 Fresado con fresa madre de tornillo sin fin 7 .4 .2 .1 Cadena cinemática para el tallado con fresa madre 7 .4 .2 .2 Fases para el fresado con fresa madre 7 .4 .2 .3 Ruedas de cadenas 7.5 Tallado de ruedas cilíndricas de diente helicoidal 7 .5 .1 Fresado con fresa de disco 7.5 .2 Fresado de ruedas helicoidales con fresa madre 7.6 Rueda y tornillo sin fin 7.6 .1 Empleo de los engranajes de visinfín . Relación de transmisión 7.6 .2 Material 7.6 .3 Forma de visinfín 7 .6 .4 Fórmulas referentes a los engranajes de visinfín 7.7 Tallado de ruedas helicoidales para tornillo sin fin 7.7 .1 Proceso de fresado de la rueda 7.7 .2 Fresado del tornillo sin fin 7 .7 .2 .1 Procedimiento para fresar con aparato divisor automático 7.7 .2 .2 Proceso para fresar con aparato divisor universal en el que se puede eliminar el tornillo sin fin 7 .8 Engranajes cónicos 7.8 .1 Tipos de engranajes cónicos 7.8 .2 Elementos de un engranaje cónico 7.8 .3 Relación entre las dimensiones de un par de engranajes cónicos 7.8 .4 Perfil de los dientes 7.8 .5 Fresado aproximado de ruedas cónicas de diente recto 7.8 .5 .1 Tallado con dos fresas normales
7.8 .5 .2
170 170 172 172 172 173 173 174 174 174 175 175 176 176 176 178 179 179 180 180 180
7.9
7 .10
8
182 184 185 185 187 187 187 188 190 190
9
192 192 195 197 199 200 202 206 206 207 207 207 209 210 211
215 215 215 216 216 217 218 219
10
Método de rotación del divisor con una sola fresa 220 7.8 .5 .3 Tallado completo con dos fresas 221 7.8 .5 .4 Tallado con una sola fresa especial 223 Dentado de cremalleras 223 7.9 .1 Cremallera de diente recto 223 7 .9 .2 Cremallera de diente inclinado 224 7.9 .3 Tallado de cremalleras de diente rer;to 224 7 .9 .4 Tallado de cremalleras para ruedas helicoidales 225 Engranajes interiores 226 7.10.1 Fórmulas 226 7.10.2 Forma de los dientes 226
Tallado de levas 8.1 Leva de tambor 8.1 .1 Leva frontal o de campana 8 .2 Fresado de levas de disco 8.2 .1 Fresado de levas de disco con el eje del divisor inclinado 8.2 .2 Fresado de levas con el eje del divisor vertical 8.3 Fresado de levas por copiado
228 228 232 232
Tallado de fresas 9.1 Tallado de fresas de forma de perfil constante 9.1 .1 Mecanizado de fresas de ranura recta o fresas de disco con fresa cónica 9.1 .1 .1 Fresado con fresa bicónica 9.1 .2 Tallado de fresas madre 9.2 Tallado de fresas cilíndricas de planear 9.2 .1 Tallado de fresas de planear de diente recto y ángulo de desprendimiento cero 9 .2 .2 Tallado de fresas de planear con diente recto y ángulo de desprendimiento positivo 9.2.3 Tallado de fresas cilíndricas de planear de diente helicoidal con ángulo de desprendimiento cero 9.2 .3 .1 Tallado para fresa cilíndrica de planear de diente helicoidal, con ángulo de desprendimiento positivo C > 0 9.3 Tallado de fresas frontales 9.4 Tallado de fresas cónicas o bicónicas 9.5 Fresado de machos de roscar 9.6 Fresado de escariadores
240 240
Fresádoras especiales 10 .1 Fresadora vertical 10 .2 Fresadora de bancada fija 10 .2 .1 Bancada y montante 10 .2 .2 Cabezal 10.2 .3 Carros 10 .2 .4 Empleo de la fresadora de bancada fija 10 .3 Fresadora-cepilladora de bancada fija 10 .4 Fresadora de utillajes 10 .4 .1 Métodos de trabajo empleados 10 .5 Fresadora de torreta 10 .5 .1 Movimiento de la mesa 10 .5 .2 Posibilidades de trabajo 10 .6 Fresadora copiadora 10 .6 .1 Fresadora copiadora mecánica 10 .6 .2 Fresadora copiadora hidráulica 10 .6 .2 .1 Copiado monoaxial 10 .6 .2 .2 Copiado biaxial 10 .6 .2 .3 Copiado triaxial
9
234 238 238
241 241 244 246 246 247
253
254 255 257 259 260 261 261 262 263 263 263 264 265 265 266 267 268 269 270 270 271 272 272 272
órganos principales de una fresadora 272 copiadora hidráulica 273 10 .6 .4 Práctica del copiado 273 10 .6.5 Precisión del copiador hidráulico 273 10 .6.6 Otros sistemas de copiado 273 Fresadora de ciclos automáticos 10 .7 .1 Características generales de las fre274 sadoras de ciclos 275 10 .7 .2 Ciclos característicos 275 10 .7 .3 Ejemplos de ciclos de fresado 10 .7 .4 Programación por medio de matriz 276 y clavijas-diodo 277 10 .7 .5 Colocación de los topes 278 Fresadora de mando numérico (C . N.) 10.8 .1 Sistema de registro de la información 278
14
Factores de corte y tiempos de mecanizado en la rectificadora 14 .1 Velocidad tangencial de la muela 14 .2 Elección de la velocidad adecuada 14 .3 Velocidad de rotación de la pieza 14 .4 Profundidad de pasada Avance longitudinal 14 .5 14 .6 Elección de la muela Influencia del refrigerante 14 .7 14.7 .1 Refrigerantes empleados Defectos más corrientes en el rectificado 14 .8 14 .9 Tiempos de mecanizado 14 .9 .1 Tiempos de rectificado cilíndrico 14 .9 .2 Tiempo de rectificado plano tangencial 14 .9.3 Tiempo de rectificado plano frontal 14 .10 Potencia necesaria en el rectificado
279
15
314 La rectificadora de superficies planas 314 15 .1 Rectificadora frontal de superficies planas 314 Rectificadora frontal de mesa alternativa 15 .2 15 .2 .1 Fijación de las piezas por plato magné315 tico 315 15 .2 .2 Movimiento del cabezal 15 .2 .3 Control automático de la profundidad 316 de penetración 316 Rectificadora frontal de una mesa circular 15 .3 317 15 .4 Rectificadora frontal de cabezal oscilante Rectificadora tangencial de superficies planas 318 15 .5 318 15 .5 .1 Cabezal portamuelas 318 15 .5 .2 Mesa 319 15 .5 .3 Aparato perfilador de la muela 15 .5 .4 Control automático de la profundidad 319 de pasada 319 15 .5 .5 Accesorios especiales de interés
16
El trabajo en la rectificadora plana Rectificado plano con muela frontal 16 .1 16 .1 .1 Distribución de las piezas sobre el plato magnético 16 .1 .2 Disposición de las rugosidades 16 .1 .3 Elección de la forma de la muela Rectificado plano con muela tangencial 16 .2 16 .2 .1 Fijación de las piezas 16 .2 .2 Rectificado de superficies planas horizontales 16 .2 .3 Rectificado de superficies planas ver
10 .6 .3
10 .7
10 .8
10.8 .2 10.8 .3
Dispositivo de mando Clases de mecanizado por control numérico Organización del trabajo en el fresado por C. N . Ventajas del mecanizado por C. N.
279
Procesos de fresado 11 .1 Fresado de una regla 11 .2 Troceado de una regla 11 .3 Fresado de una base prismática 11 .4 Fresado de un escariador 11 .5 Mandrinado de un soporte 11 .6 Punteado de una placa de utillaje Mecanizado de piezas con fases de trabajo di11 .7
281
10.8 .4 10 .8 .5
11
283 284 284 288 288
Rectificado 12 .1 Clases de rectificado 12 .1 .1 Rectificado plano con muela frontal 12 .1 .2 Rectificado plano con muela tangencial 12 .1 .3 Rectificado cilíndrico exterior 12 .1 .4 Rectificado cilíndrico interior 12 .1 .5 Rectificado sin centros 12 .1 .6 Rectificado de perfiles 12 .1 .7 Rectificados especiales 12 .1 .8 Rectificadora . Tipos principales
293
Muelas abrasivas 13 .1 Arranque de viruta por abrasivos 13 .2 Clases de abrasivos 13 .2 .1 Corindón artificial 13 .2 .2 Carburo de silicio 13 .3 Tamaño del grano 13 .4 Aglomerante 13 .5 Grado de dureza de la muela 13 .6 Estructura 13 .7 Formas de las muelas 13 .8 Designación de una muela 13 .8 .1 Designación de las especificaciones Velocidad de las muelas 13 .9 13 .10 Muelas de diamante 13 .11 Montaje de las muelas. Precauciones gene-
296 296
11 .9 11 .10
13
281 283
versas Comparación entre procesos unitarios y de producción Fresado de la ranura de un vástago Fresado de la ranura de un anillo
11 .8
12
279 280
13 .12 13 .13 13 .14 13 .15 13 .16 13 .17
rales Montaje de la muela en la máquina Equilibrado de las muelas Proceso de equilibrado Perfilado y afilado de muelas Precauciones en la utilización de las muelas Precauciones en el almacenaje y transporte de las muelas
10
288 288 292
293 294 294 294 294
294 294 295 295
296 297 297 297 297 298 298 299 300 300 300 300 301 301 302 302 303 303 304
16 .2 .4 16 .2 .5 16 .2 .6
17
ticales Rectificado Rectificado Rectificado gulares en
de perfiles regulares de perfiles diversos de guías y superficies angeneral
320 320 321 321 321 321 321 322 322 322 323 324
La rectificadora cilíndrica universal Características constructivas 17 .1 17 .1 .1 Bancada 17 .1 .2 Mesa 17 .1 .3 Cabezal portapiezas 17 .1 .4 Cabezal portamuelas 17 .1 .5 Contrapunta Movimientos fundamentales de la rectificadora 17 .2 cilíndrica 17 .3 órganos para el desplazamiento de la mesa y los carros 17 .4 órganos de mando Dispositivos para rectificar las muelas 17 .5 17 .6 Control permanente de la medida Sistema de refrigeración y recuperación del 17,7
325 325 325 325 326 327 328
El trabajo en la rectificadora universal 18 .1 Fijación de las piezas Rectificado cilíndrico al aire 18 .2 18 .2 .1 Rectificado al aire de conos exteriores
332 332 333 333
refrigerante
18
305 305 305 306 307 307 308 309 309 309 310 310 311 311 312
328 329 329 330 330 330
18 .3 18.4 18.5 18.6 18.7
18 .8 19
20
Rectificado entre puntos 18 .3 .1 Rectificado de ejes y árboles Rectificado de una superficie frontal Rectificado de penetración radial Rectificado de conos largos de pequeña conicidad Rectificado cilíndrico interior 18 .7 .1 Salida de la muela 18 .7 .2 Práctica del rectificado interior 18 .7 .3 Rectificado cónico interior Rectificado de superficies planas
Rectificadora sin centros: Rectificadoras especiales 19 .1 Principio del rectificado sin centros 19 .1 .1 Generación de una superficie cilíndrica de revolución 19 .1 .2 Rectificado a través y por penetración 19 .1 .3 Práctica del rectificado sin centros 19 .1 .4 Rectificadora sin centros 19 .2 Rectificadora automática de exteriores 19 .3 Rectificadora automática de interiores 19 .4 Rectificadora de perfiles 19 .5 Rectificado de roscas 19 .5 .1 Rectificadora de roscas 19 .6 Rectificado de ruedas dentadas 19 .7 Rectificado planetario 19 .8 Otras rectificadoras especiales 19 .9 Máquinas acabadoras 19 .9 .1 Bruñidora 19 .9 .2 Superacabadora 19 .9 .3 Lapeadora Afiladora. Afilado de fresas, escariadores y brocas 20 .1 Objeto del afilado 20 .2 Proceso de desgaste de una herramienta 20 .3 Máquinas de afilar 20 .3 .1 Afiladora universal
333 333 334 334
20 .4 20 .5
334 335 335 336 336 336 337 337 337 338 338 339 339 340 340 341 342 342 343 343 344 344 344 345 346 346 346 347 347
20 .6 20 .7 21
Afilado de herramientas simples Afilado de fresas 20 .5 .1 Afilado de fresas destalonadas 20 .5 .1 .1 Elección de la muela 20 .5 .1 .2 Montaje de la fresa 20 .5 .1 .3 Posicionado de la muela y de la fresa 20 .5 .1 .4 Sistema de división 20 .5 .1 .5 Operación de afilado 20 .5 .1 .6 Afilado de fresas-madre 20 .5 .1 .7 Comprobaciones después del afilado 20 .5 .2 Afilado de fresas de tres cortes 20 .5 .3 Afilado de fresas cilíndricas 20 .5 .4 Afilado de fresas frontales 20 .5 .5 Afilado de sierras circulares 20 .5 .6 Afilado de fresas cónicas 20 .5 .7 Afilado de fresas de dientes postizos 20 .5 .8 Afilado de platos de cuchillas Afilado de escariadores Afilado de brocas
Pr cesos de rectificado y afilado 21 .1 Rectificado de una regla prismática en la rectificadora plana frontal 21 .2 Rectificado de una regla de sección L en la rectificadora tangencial 21 .3 Rectificado de una cuña en la rectificadora tangencial 21 .4 Rectificado de precisión de una pieza cilíndrica 21 .5 Rectificado de un punto de torno 21 .6 Rectificado de un casquillo en la rectificadora universal 21 .7 Afilado de una fresa de módulo en la afiladora universal 21 .8 Afilado de la cara de incidencia de una fresa de tres cortes
348 348 348 349 349 349 349 350 350 350 351 351 354 355 355 357 357 358 358 361 361 361 363 366 366 370 370 373
Tema 1 .
La fresadora universal
OBJETIVOS - Conocer en detalle las partes fundamentales de la fresadora universal. - Adquirir conocimiento, lo más completo posible, de los mecanismos y posibilidades de la fresadora universal. - Tener ideas claras para saber seleccionar la fresadora adecuada al tipo de trabajo a realizar .
EXPOSICION DEL TEMA 1 .1
Fresado y fresadora
1 .1 .1
Fresado
Es el mecanizado realizado por separación de viruta (1) (fig . 1 .1 A y B) mediante una herramienta circular (2) de cortes múltiples, llamada fresa, en una máquina-herramienta denominada fresadora . El movimiento principal de corte lo origina la fresa, al girar (3) sobre su propio eje. El movimiento de avance (4) se logra por el desplazamiento de la pieza (7) contra la fresa (2) . La profundidad de pasada (5) se logra por la aproximación de la pieza a la fresa, en dirección (6). 1 .1 .2
Las fresadoras
En el tema 20 de Tecnología del Metal 1.2, se inició el estudio de los principales tipos de fresadoras y los mecanismos de que están compuestas . En el presente tema se estudia, con más detalle, las partes más importantes y su correcto funcionamiento . Las fresadoras son máquinas capaces de proporcionar los movimientos anteriormente estudiados a través de una serie de elementos, mecanismos o dispositivos. La disposición de estos elementos da lugar a los distintos tipos de fresadoras . 1 .1 .2 .1
División de las fresadoras por la disposición del eje principal
El eje principal proporciona el movimiento de rotación a la fresa; según la posición del mismo, las fresadoras se pueden dividir en : horizontales (fig . 1 .2), verticales (fig . 1 .3) y mixtas (fig . 1 .4A y B) . 13
Fig. 1.2
Fresadora horizontal: 1, tirante; 2, árbol portafresas; 3, fresa.
Fig. 1.3
Fresadora vertical: 1, husillo portafresas; 2, fresa .
1 .1 .2 .2
Fig . 1.4A
Fresadora mixta con el cabezal en posición normal.
Fig. 1,48 Fresadora mixta con árbol portafresas horizontal acoplado al cabezal.
División de las fresadoras por la manera de obtener la profundidad de pasada
Por la manera de dar profundidad de pasada, las fresadoras se pueden dividir en dos grandes grupos : - Fresadora de ménsula (figs . 1 .5 y 1 .6), en la que la mesa portapiezas (4) se aproxima a la fresa (5) .
4 Fig. 1 .5 Fresadora de ménsula: 1, base ; 2, ménsula; 3, carro transversal, 4, mesa; 5, fresa; 6, cuerpo; 7, movimiento vertical.
Fig. 1.6 Fresadora de ménsula con cabe zal universal y puente motorizado .
- Fresadora de bancada (fig . 1 .7), en la que la fresa (4) se aproxima a la pieza (5) que se encuentra sobre la mesa (1) . 1 .1 .2 .3
Fig. 1.7 mesa ; 2, fresas; 4, zamiento
Fresadora de bancada: 1, cabezal, 3, árbol portafresa; 5, pieza, 6, desplavertical, 7, desplazamiento longitudinal.
División de las fresadoras por el tipo de trabajo o trabajos que pueden realizarse con ellas
Por el tipo de trabajos que son capaces de realizar, las fresadoras se pueden dividir en : - Fresadoras especiales. Existe una gran variedad de modelos (ver tema 10) . En la figura 1 .8 puede verse una de reciente fabricación . - Fresadoras universales (fig . 1 .9) . La fresadora universal es la más empleada en las fabricaciones ordinarias, y con ella se puede realizar prácticamente cualquier tipo de trabajo. Como, además, tiene muchos elementos comunes a los otros tipos de fresadoras, se considera conveniente emprender el estudio de la misma, porque con ello se evitarán repeticiones inútiles . 14
Fig .
1 .8
Fresadora vertical a C. N . Ernault Somua.
1 .2
Fresadora universal
Fig .
1 .9
Fresadora universal.
Uno de los problemas de mecanizado que dio lugar a la fabricación de la fresadora universal fue la realización de ranuras helicoidales. Para dar solución a este problema se necesitan dos cosas fundamentalmente : 1 . Que la pieza (6) (fig . 1 .10A) pueda girar sobre su eje y que, junto con la mesa (9), se desplace longitudinalmente contra la fresa (4), que gira sobre el eje portafresa (12) (fig . 1 .1013) .
2. Que la fresa pueda orientarse según el ángulo de la hélice ¡3 (5) para que no talones. El giro de la pieza se logra por medio de un aparato divisor (7), montado sobre la mesa (9), y que recibe el movimiento del husillo (8) por medio del tren de engranajes (11) . Talonar : roce de la fresa contra la pieza, en cualquier parte de la fresa que no sea el perfil del corte .
15
La inclinación de la hélice se puede lograr de dos maneras : orientando la mesa respecto a la fresa (fig . 1 .10C y D), o también,inclinando y orientando la fresa respecto a la pieza (fig . 1 .11A y B). Inclinando la mesa o hacia un lado u otro se consiguen hélices talladas a derecha (fig . 1 el cabezal .10C) o izquierda (fig . 1 .1013) . Estas dos posibilidades dividen la fresadora universal en dos grandes grupos : - Fresadora universal de mesa orientable . - Fresadora universal de eje orientable. Ambas son del tipo de ménsula y están dotadas de movimiento automático, vertical, transversal y longitudinal . 8
11
7
8 Fig . 1 . 10C
Fig.
Fig.
1 . 11 A
Fig.
1 .10 D
1 . 118
1 .2 .1
Fresadora universal de mesa orientable Esta fresadora es de eje horizontal (fig. 1 . Sus principales elementos son : 1, cuerpo, 2, ménsula; 3, carro transversal; .12) 4, placa giratoria ; 5, mesa portapiezas, 6, mecanismos del movimiento principal; 7, mecanismos de avance; 8, puente. Se describe, a continuación, cada uno de estos sus características fundamentales y la relación que elementos, destacando existe entre ellos . Las descripciones que siguen son de carácter general ya que, en la práctica, cada constructor da á sus máquinas las formas, dimensiones y disposición, de acuerdo con sus particulares puntos de vista, por lo que las fresadoras existentes son muy variadas en cuanto a detalles se refiere . 1 .2.1 .1
Cuerpo
Es un armazón o caja de fundición (fig . 1 .13) que, base (1), se apoya y fija al suelo con tornillos . En su cara por medio de una anterior lleva unas amplias guías (2), que sirven de apoyo a la ménsula . En su pone de amplios soportes (3), para alojar el eje principal, y parte superior dislos ejes de la caja de velocidades . En el interior lleva loslos apoyos (4) para mecanismos para dar movimientos al eje principal, a los que puede llegarse a través de una amplia abertura (5) . En algunos modelos este mecanismo se aloja en una caja inde16
Fig.
1 .13
Cuerpo.
Fig. 1. 12 Fresadora universal Jarbe .
pendiente, fija al cuerpo por tornillos y colocada en su interior por la misma abertura (5) . En el interior también suele colocarse el motor principal . El hueco de la base (1) suele utilizarse como depósito para el refrigerante . El cuerpo queda coronado por una guía (6) para alojar el puente . Este cuerpo suele ser de fundición aleada de la mejor calidad y estabilizada . Debe estar ampliamente dimensionado en cuanto al espesor de paredes y nervaduras y debe también tener las formas adecuadas para lograr una gran rigidez, aun durante los trabajos más duros . Las guías para la ménsula suelen estar templadas y cuidadosamente rectificadas . 1 .2 .1 .2
Ménsula
Se llama así al carro vertical (fig . 1 .14) que, por medio de las guías (1), se acopla al cuerpo de la fresadora. En la parte superior lleva, a su vez, otras guías (2), perfectamente perpendiculares a las anteriores, que sirven de soporte al carro transversal . En el interior de la ménsula se alojan los mecanismos para los avances automáticos y manuales de los distintos carros y de la misma ménsula. El perfecto acoplamiento entre ménsula y cuerpo se logra por medio de una regleta (3), ajustable a voluntad, que debe permitir el fácil deslizamiento sin juego, de tal manera que, al aflojar el tornillo o tornillos de blocaje (4), la ménsula no se desnivele en ningún sentido ; esto se puede comprobar con un comparador colocado en el extremo de la ménsula . La subida o bajada de la ménsula se logra por medio de un husillo (1), generalmente telescópico (fig . 1 .15A), que ajusta en una tuerca (2) atornillada a la base de la máquina . En la misma figura 1 .15A se muestra cómo se hace girar el mecanismo de forma manual desde el exterior con un volante o manivela (3), o desde el interior, por medio de la cadena cinemática de avances, a través del eje (4) . En la figura 1 .1513 puede verse el detalle de funcionamiento del husillo telescópico . La ménsula se fabrica de fundición de gran calidad y convenientemente estabilizada . Las guías deben ser templadas y, en todos los casos, perfectamente rectificadas o rasqueteadas . Su forma y dimensiones deben ser tales que, además de cumplir su misión de soporte y guía, tenga la suficiente rigidez para que no se deforme ni se produzcan vibraciones durante el fresado, por duro que éste sea. 17 2.
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
tuerca interior casquillo
Fig . 1.15A Accionamiento de la ménsula: sistema manual y automático .
Fig.
1 .158
Algunas fresadoras de grandes dimensiones, para reforzar la resistencia, suelen llevar unas columnas rígidas (fig . 1 .16) que unen la ménsula a la base de la fresadora . 1 .2 .1 .3
Carro transversal (fig . 1 .17A)
Se denomina así al conjunto de mecanismos que tiene como misión unir la consola con la placa giratoria y desplazar la pieza a mecanizar en dirección paralela al eje principal de la fresadora .
Fig .
1 .17A
Carro transversal.
El carro transversal (1) (fig . 1 .17B) se apoya y puede deslizarse por las guías horizontales (2) de la ménsula por medio de las guías (4) . En su parte superior va provisto de una plataforma circular (5) y de una ranura en forma de cola de milano o de T (6), también circular, que sirven para apoyar y fijar la placa circular (7) cuya orientación, controlada por un limbo graduado, se asegura por medio de unos tornillos (10) y tuercas (11) . El carro transversal se construye también de fundición de buena calidad y tiene que deslizarse sin juego, tanto manual como automáticamente sobre la consola, y al mismo tiempo ha de poderse bloquear en cualquier posición . Para lograr estos fines, va provisto de una regleta cónica ajustable (8A) o una regleta paralela (8B) y de uno o más tornillos (9), según el sistema que se emplee, que permite ajustar el valor de juego. El carro se bloquea por medio de los tornillos (12), que eliminan toda holgura entre la guía y la regleta. El mecanismo de avance del carro recibe el movimiento de la caja de avances y, a través de éste, o directamente de la ménsula, se transmite a la mesa . En uno de sus costados lleva una ranura (14) para disponer los topes (13) de limitación de recorrido. 18
12
11 Fig. 1. 178
1 .2 .1 .4
Montaje del carro transversal con detalle de las regletas de ajuste .
Placa giratoria (fig . 1 .18A)
Es un elemento característico de la fresadora universal de mesa orientable, ya que por medio de él se logra la peculiaridad de poder orientar la mesa portapiezas en cualquier ángulo respecto al eje portafresas, dentro de los límites que impone la propia construcción de la máquina . Como queda dicho en el párrafo anterior, dicha placa se apoya y puede girar sobre el carro transversal y por medio del limbo graduado situarse en la posición elegida . La unión con el carro transversal se hace por medio de los tornillos (fig . 1 .1813) o por otro dispositivo similar. En la parte superior lleva unas amplias guías que sirven de apoyo a la mesa portapiezas. Estas guías deben ser lo más amplias posibles, rectificadas o perfectamente rasqueteadas, para que la mesa portapiezas pueda deslizar sin dificultad y con gran precisión . Se fabrica de fundición gris estabilizada .
Fig. 1.18A
Placa giratoria .
Fig.
1. 188
Sistema de bloqueo de la placa . 19
1 .2.1 .5
Mecanismo de embrague para transmitir el movimiento automático a la mesa
En la parte superior de la placa giratoria va montado el mecanismo (fig . 1 .18C) para dar el avance automático a la mesa . El movimiento procedente del carro (fig . 1 .1813) o de la consola, a través del eje (1) y del piñón cónico (2), se transmite al husillo (9), por medio de los piñones cónicos (3) 6 (4), accionando la palanca de embrague (5) y desplazando axialmente el collarín de embrague (6) a lo largo de la chaveta (7) que lo hace solidario al husillo (9) . Dicho husillo gira en uno u otro sentido según el piñón cónico que se embrague y, como consecuencia de ello, la mesa se moverá igualmente a uno u otro lado .
Fig . 1. 18C Mecanismo de embrague del movimiento de la mesa.
Fig. 1. 1813 1 .2.1 .6
Mesa portapiezas
Es una plataforma rectangular (fig . 1 .19A) en cuya cara superior, perfectamente plana, se apoyan las piezas que se han de trabajar o los accesorios para sujetarlas . La fijación puede hacerse directamente sobre la mesa, o por medio de elementos especiales de sujeción (tema 4) . Lleva tres o más ranuras donde se introducen las cabezas de los tornillos de anclaje y que, al mismo tiempo, sirven para recoger el lubricante utilizado. En la parte anterior lleva una ranura (3) para disponer los topes de limitación de recorrido (4) y (5) . Esta mesa se aloja por medio de las guías (6) en las de la placa giratoria . Para lograr el perfecto ajuste, se dispone de una regleta (7) y unos tornillos y tuercas de regulación (8) y (9) ; lo mismo que en la ménsula y en el carro transversal, lleva un dispositivo (10) de blocaje. Para el desplazamiento se emplea un husillo (4) (fig . 1 .198) que puede ser movido desde el exterior por medio de un volante o manivela (5) o automáticamente desde el mecanismo alojado en la placa giratoria (fig . 1 .1813) . Para el fresado es importante que la mesa no tenga juego en sentido longitudinal (fig . 1 .1913), particularmente en el fresado por trepado (tema 3) . La mesa se hace de fundición de alta calidad y perfectamente estabilizada . Sus dimensiones y robustez deben ser tales que no permitan deformaciones bajo la acción del fresado ni por la acción de los tornillos de amarre de las piezas o accesorios . 20
tuerca fija
tuerca desplazable
Fig. 1 .198 Movimiento de la mesa por mecanismo de husillo y tuerca . 1 . Sistemas de regulación del juego entre el husillo y la tuerca. Por las razones expuestas anteriormente la máquina debe disponer de sistemas auto-ajustables o antijuego . Son varios los procedimientos empleados ; uno de ellos es el sistema Jerwag compuesto esencialmente por dos husillos de roscas de sentidos opuestos (fig . 1 .19C) . Estos husillos (1) y (2) se accionan por separado por medio de los engranajes (3) y (4) y están unidos por medio de dos piñones de dientes helicoidales (5) y (6) que pueden desplazarse axialmente por medio de chavetas (7) y (8) . Los dos husillos tienen una tuerca común (9), que sirve de puente compensador de holguras . Otro sistema (fig . 1 .19D) consiste en emplear una tuerca fija y otra desplazable : Por medio de un tornillo sin fin (1) se hace girar a la rueda helicoidal (2) unida a la tuerca que la obliga a girar y a enroscarse en el soporte fijo, logrando así que el husillo haga perfecto contacto por cada uno de los flancos opuestos en la respectiva tuerca . Otro sistema muy sencillo es el representado en la figura 1 .19E . Modernamente, se emplean tuercas con bolas de acero (fig . 1 .1917) que, al mismo tiempo que disminuyen el rozamiento entre el husillo y la tuerca, evitan la holgura . 21
9
eliminación del juego .
Fig.
1 . 190 Situación del dispositivo antíjuego con detalles del principio de actuación por tuerca auxiliar desplazable .
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1~
Fig . 1 .19E Sistema antíjuego con accionamiento por cuña .
Fig.
1. 19F
1 .2 .1 .7
Eje principal
El eje principal (1) (fig . 1 .20A) de la fresadora es aquél en el cual se fija la herramienta directamente, con ayuda de un eje portafresas o por medio de otros útiles o accesorios (ver tema 2) . El eje va alojado en la parte superior del cuerpo de la fresadora y debe ser capaz de girar suavemente, pero sin juego . Ha de tener la forma y dimensiones adecuadas para poder transmitir sin deformaciones los grandes esfuerzos que se presentan durante el fresado . Se fabrica de acero tratado de gran resistencia . Para facilitar la fijación, centrado y extracción de las fresas o de los accesorios, los ejes son huecos, con un cono Morse (2) o ¡SO en la parte anterior y, en la posterior, un sistema de tirante-extractor (3) (fig . 1 .2013) . Las principales formas de extracción del útil portafresas pueden verse en el apartado 21 .2 .4 .2 de Tecnología del Metal 1 .2 . Los cojinetes son de rodillos (4) o de bolas (5) (fig . 1 .2013) y forman parte de los elementos más importantes para lograr un trabajo de buena calidad, para lo cual hay que vigilar su reglaje y asegurar un engrase adecuado . El eje debe girar a distintas velocidades, de acuerdo con las características de la fresadora . Esto se logra con el mecanismo principal o caja de velocidades (apartado 1 .2 .3) .
Tuerca y husillo de bolas .
Fig .
1 .20A
Fig . 1.208 Montaje del husillo principal de una fresadora con detalle del tirante de fijación de la herramienta . 22
1 .2 .1 .8
Puente
Para servir de guía o apoyo al eje portafresas o a otros accesorios, las fresadoras llevan un brazo o puente (1) (fig . 1 .21A) y a veces dos (fig . 1 .21D), ajustados al cuerpo de la fresadora en su parte superior, de manera que puedan formar una unidad rígida con él, por medio de blocajes adecuados (2) (fig . 1 .21A), semejantes a los de los carros y la mesa . Los modelos actuales suelen llevar una guía en forma de cola de milano (3) que sirve, tanto para unirse al cuerpo de la fresadora, como para servir de apoyo a los soportes (4) o lunetas (fig . 1 .2113) . En algunos modelos más antiguos este brazo consta de una barra cilíndrica calibrada (1) (fig . 1 .21C) . Este sistema tiene el inconveniente de que los soportes o lentes no quedan automáticamente centrados. Para evitar tal inconveniente, y a la vez aumentar la rigidez del sistema, algunos modelos llevan dos barras (fig . 1,2113) .
Fig .
1.218
1 .2 .1 .8 .1
Luneta .
Fig . 1,21C cilíndrico .
Fresadora
de
puente
Fig . 1 .21D Fresadora con doble puente cilíndrico .
Riostras
Para trabajos que requieren grandes esfuerzos se puede hacer aún más rígido el montaje, empleando unos tirantes (1) o riostras que unen la ménsula y el puente (fig . 1 .21E) . En algunos modelos estos tirantes unen el puente con la base de la fresadora . Con estos tirantes se intenta hacer que las oscilaciones o vibraciones sean de menor amplitud y se reduzcan a un mínimo aceptable. En la figura 1 .21F se hace un estudio comparativo de los distintos sistemas de sujeción del eje portafresas, a efectos de vibraciones . 1 .2 .2
Fresadora uníversal de eje orientable
Esta fresadora se diferencia principalmente por los siguientes detalles : 1 .° La mesa portapiezas va colocada directamente sobre el carro transversal, eliminando la placa giratoria, con lo cual esta fresadora resulta, desde este punto de vista, más rígida que las de mesa orientable . En las fresadoras más modernas se elimina incluso el carro transversal, ajustando la mesa longitudinal en las guías de la ménsula (fig . 1 .22) . En estos casos puede hacerse la mesa mucho más ancha que en los otros tipos . Para estas fresadoras es necesario que el eje principal vaya montado en un puente de diseño especialmente robusto y en cuyo interior se coloca el mecanismo principal o caja de velocidades, así como el mecanismo para dotar a este 23
2
/
bastidor arriostrado
1
número de revoluciones de la fresa ' 2
Fig .
Fig.
1 .21E
Fig . 1 .22 Zayer.
1 .21F
3
Sistemas de arriostramiento y comparación entre ellos .
Fresadora con riostras o tirantes .
Fresadora universal de eje
orientable
Fig . 1 .23A
Fresadora Huré con su característico cabezal universal.
Fig . 1 .238 Fresadora Gambin con detalle del cabezal. 24
puente de movimiento manual y automático, para sustituir al movimiento transversal que proporcionaba el carro eliminado . 2.° El eje principal va montado en un cabezal, de tal manera que se puede orientar formando cualquier ángulo respecto a la mesa portapiezas. Por tales razones, éstas fresadoras resultan más versátiles que las de eje rígido, pero tienen el inconveniente de que las fresas siempre se han de montar en voladizo . El cabezal es lo más característico de estas máquinas, ya que los otros elementos y dispositivos son similares a los de las fresadoras de mesa orientable . Los tipos de cabezales más empleados son el sistema Huré (fig . 1 .23A), el sistema Gambín (fig . 1 .2313) y, por último, el sistema de platinas ortogonales (fig . 1 .230) . 1 .2 .2 .1
Cabezal Huré
El sistema Huré es de los primeros que se construyeron y aún sigue empleándose, por su gran robustez . En la figura 1 .24A se muestra el corte longitudinal de uno de estos cabezales con dos versiones: el (1) de transmisión simple y el (2), con eje auxiliar o de transmisión compuesta .
Fig.
1 .24A
Cabezal Huré : 1, versión de transmisión simple ; 2, versión con árbol intermedio .
La pieza (1) (fig . 1 .2413) puede girar alrededor del eje motor (2), apoyada en la platina vertical (3), que va graduada . Puede fijarse en cualquier posición por medio de cuatro tornillos (4) que, atravesando esta pieza, llevan la cabeza alojada en la ranura circular en T (5) . En el otro extremo de la pieza (1), va una platina graduada (6) con ranura circular (7) y formando con la primera un ángulo diedro de 45° . Alrededor de la ranura en T, de esta última platina (6), gira la pieza (8), en la cual va colo cado el eje principal portafresas (9), que forma también con la platina (6) un ángulo de 45° . Esta pieza (8) puede fijarse a la primera (1), en cualquier posición respecto a la ranura circular, por medio de otros cuatro tornillos (10) alojados en dicha ranura . La combinación de ambos giros permite obtener cualquier inclinación o posición del eje principal .
Fig .
1 .248
Detalles
dei cabezal
Huré . 25
Fig. 1 .23C togonales .
Cabezal de platinas or-
1 .2 .2 .1 .1
Posibilidades prácticas del cabezal Huré
- Primer caso . Manteniendo fija la platina inclinada (8) (fig . 1 .25A), de tal manera que el eje portafresas (9) quede paralelo a la platina vertical (1), se puede girar dicha platina para obtener cualquier posición del eje (9) respecto a la vertical, siempre dentro del mismo plano frontal . Naturalmente, las posiciones más comunes son las del eje vertical y horizontal, tanto a la derecha como a la izquierda . Para estas posiciones de uso frecuente, las platinas suelen llevar unos pasadores de situación, para lograr con toda rapidez y seguridad el enclavamiento correcto . Estas posiciones sirven fundamentalmente para taladrar o mandrinar en dirección vertical y paralela al eje de la mesa . Las otras posturas pueden servir para planear o hacer ranuras paralelas al carro transversal y con una pendiente determinada (fig . 1 .26A) . - Segundo caso . Posición horizontal del eje portafresa (9) y paralelo con el eje motor (2) (fig . 1 .2513) . Puede utilizarse en esa posición, como si se tratara de una fresadora de eje horizontal . Para la posición más baja suele tener pasadores posicionadores . Manteniendo fija la platina inclinada (8) y girando la vertical (1), se pueden lograr posiciones paralelas del eje cada vez más elevadas, hasta llegar a la posición más alta . - Tercer caso . Por combinación de las dos platinas (1) y (8) (fig . 1 .25C) se puede lograr que el eje portafresas (9) quede horizontal, pero con distinto rumbo respecto al plano de la mesa . Esta posibilidad tiene su mayor aplicación en el tallado de ranuras helicoidales . - Cuarto caso . Combinando las dos platinas (1) y (8) (fig . 1 .25D) se puede hacer que el eje portafresas (9) quede sobre un plano de perfil con una inclinación cualquiera respecto al plano horizontal . Sirve esta posición para lograr planos o ranuras paralelas al eje de la mesa longitudinal .
Fig . 1 .25A
1 .2 .2 .1 .2
Fig . 1. 25 B
Reglajes del cabezal Huré
Los reglajes para las diversas posiciones de los casos 1 .' y 2 .', no presentan problema alguno, ya que el paralelismo del eje con la platina vertical, o con la mesa horizontal, tiene posiciones fijas por pasadores posicionales . Las otras posiciones quedan perfectamente determinadas por la posición de la platina vertical, aunque no sucede lo mismo para los casos 3.° y 4.° Para la posición 4, o sea, para el fresado de plano inclinado, habrá que calcular las posiciones de las dos platinas por las siguientes fórmulas : sen
á 2
-
sen d -
2 sen
sen a sen x
2
[11
[21
en las cuales : a d x
26
angulo de giro de la platina inclinada angulo de giro de la platina vertical angulo del eje portafresas por debajo o por encima del plano horizontal (pendiente)
EJEMPLOS RESUELTOS Ejemplo 1
Se quiere fresar un plano cuya pendiente (ángulo respecto al plano horizontal) es de x = 45° ¿Cuántos grados deben girarse las platinas del cabezal Huré? Soluciones: - Primera solución . Si el plano queda paralelo respecto al eje del carro transversal (fig . 1 .26A), será suficiente hacer el siguiente reglaje : 1 .° Colocar el eje (9) en posición vertical, introducir el pasador posicional de la platina inclinada (8) y fijar la platina en esa posición apretando los tornillos correspondientes (fig . 1 .25A) . 2 .° Girar la platina vertical (1) 45° a la derecha o a la izquierda según convenga (fig . 1 .26A) . - Segunda solución . Si el plano queda paralelo al eje de la mesa longitudinal (fig . 1 .2613), habrá que ajustar las platinas de acuerdo con las fórmulas [11 y [21 : 1 .' Calcular el valor del ángulo a sen
2
=
0
sen
42
- sen 22,5° = x 0,3826 = 0,54119 = \/-2
de donde : a 2
= arc sen 0,54119 = 32,7646°
es decir a =
2 .'
65,53° = 65° 31' 48"
Calcular el valor del ángulo á sen ó =
sen a sen x
_
sen 65,53°
_
sen 65,53°
2 sen 45°
2
- 1/\/-2
sen 65,53°
ó = 65,53° _ En la figura 1 .27 se muestra gráficamente, por cambios de planos, cómo es cierta la solución hallada, ya que el eje principal queda en un plano de perfil y con la pendiente de 45° . - Explicaciones aclaratorias de la figura 1.27 1 . En el alzado las platinas A y B aparecen de perfil . Por su parte, el eje del cabezal está en posición horizontal, siendo su proyección FI, (Fl = BlAl). 2 . Se hace girar la platina A un ángulo a = 65,5° y, en la vista auxiliar, el eje queda en la posición 82A2. El giro efectuado se refleja en la vista de alzado por medio de la nueva posición que adopta el eje ; o sea F"t, (Fí = BíA1). 3 . En el plano de perfil la proyección del eje portafresas F es F3 (F3 = A383)4 . Se gira la platina B un ángulo ó = 65,5° . La proyección del eje pasa a ser F3. 5 . Se busca la correspondencia de esta posición en la vista de alzado y se obtiene la proyección F' ; que aparece en verdadera magnitud y en verdadera inclinación (45°) .
Fig . 1 .27 Giros de las platinas para una inclinación del eje de 45 °. Ejemplo 2 Se quiere fresar un plano cuya pendiente es de girarse las platinas del cabezal Huré?
x = 30° . ¿Cuántos grados deben 27
Fig . 1 .26A
Soluciones: - Primera solución, Para coloca el eje vertical y luego se o a la izquierda según convenga - Segunda solución . Para BI
sen
111
2
32°
sen
=
a 1 .28A
= \í2
- 0,2588 = 0,366
- sen 15 1 _ V-2
= are sen 0,366 = 21,47°
2 Fig.
trabajar en un plano paralelo al husillo transversal, se inclina la platina vertical 30° ó (90 ° -30°), a la derecha (fig . 1 .28A) . el plano paralelo al husillo de la mesa (fig . 1 .2813) :
a = 42,94° = 42° 56' 29" sen d
121
sen a
_
sen 42,94 1
~i2 sen x
_
0,6812_
\/- 2 sen 30°
2
O,g6337
0,5
d = are sen 0,96337 = 74,4445° = 74° 27' 27" En la figura 1 .29 queda comprobada gráficamente la solución numérica .
Fig.
Fig. 1 .29 Giros de las platinas para una inclinación del eje de 30° .
1.288
En la tabla 1 .30A se dan los ángulos de inclinación de cada platina para ángulos de pendiente comprendidos de 1 ° a 90° . Para el tallado de ranuras helicoidales (caso 3) las fórmulas para la determinación de la posición de las platinas son : á = 2
sen
2 sen
2
sen a
sen (90° - d) _
En las cuales : a y d = el mismo significado que en !as fórmulas [11 y [21 . = ángulo de la hélice . Ejemplo 3 Se quiere fresar un ranura helicoidal con un ángulo de la hélice de ¡3 = 37° . Calcular los ángulos de posicionamiento de las platinas del cabezal Huré . Solución : [31
sen
á 2 =
~ 2 2 sen
=
sen
~ -_
x 0,3173 = 0,44873
a = 2 are sen 0,44873 = 2 x 26,6622 = 53,32° a = 53° 19'31" 141
(90° - d) =
sena sen
¡~
sen 53,3244 1 \I- 2
_ _sen
x sen 37°
= 0,94236 (90 - d) = are sen 0,94236 = 70,4529° 28
0,80203 2
x 0,601815
Tabla 1 .30A
.ó ro
w
á ro ó p U Ó á n~r JtZ m Q
QW O Q
óo. b x
ro ro ~ ro ÚW
U ro
a
Ú C
Valor de los ángulos de las platinas del cabezal Huré para el fresado inclinado
c `° :O 'w U W Ú
.ó ro ro .p Ñ ro p U O
á amr
v QW CW O Q .Q ó ó O.
.o
ro ó 'á
Óá C cároo .F .N
b
C7 ~
iú Q
ro ó .~ b U W ro
ro Ú
Ú ~ ro a'r
u
p
O
á amt r Q
WO Q ó aro a
ro
óv ro
ro ~ am
.C
4' r Uó
O
a
d
x
a
d
x
a
d
1 04 20 1 2,8 4,2 5°7 70 1 80 5 9, 9 11 0 3 12 0 7
8,90 5 890 3
42 0 9 44 0 4 45 0 9 47 0 4 48 0 8 50°3 51 ,8 53 03 54°8 56 0 3
74 0 5 73 0 9 73 0 3 72 0 8 72 0 2 71 0 6 71 0 0 70°4 69 0 9 69 0 3
600
89, 0 880 5 880 0 87 0 5 87 0 0 860 5 860 0 85 0 5
300 31 0 32 0 33° 34 0 35° 36 0 37 38 0 39 0
61 0 62 63 0 64 0 65 0 66 67 68 69 0
90 , 0 91 0 7 93 0 5 95 0 3 97 0 1 98 0 9 100 0 7 102 0 6 1040 5 1060 5
54 0 7 53 0 9 53 0 1 52 0 2 51 0 3 50 0 4 49 0 5 48 0 6 47 0 6 46°6
10 0 10 20 13 0 14 0 15 0 16 0 17 0 18 0 19 0
14°2 150 6 17 0 0 180 4 19 , 8 21 0 3 220 7 240 1 250 6 270 0
85°0 84°5 840 0 83 0 5 82°9 82°4 81 , 9 81 0 4 80 , 9 80 0 3
40 41' 42 43 4445' 46 0 47 0 48 49'
57°8 59 04 60 0 9 62 04 64 0 0 65°5 67 0 1 68 0 6 70 0 2 71 0 8
68 06 68 00 67 04 66 08 66 02 65 0 5 64 09 64 02 63 06 62 0 9
70° 71 0 72 0 73 0 740 75° 76 0 7778' 79 0
1080 4 1100 4 1120 5 1140 5 1160 7 118, 8 121 0 1 123 0 4 1250 7 1280 2
45 06 44 05 43 04 42 03 41 0 1 39 09 38 06 37 03 35 09 34 05
20 21' 22 23' 24 0 250 26 0 2728 29'
280 4 290 9 31 0 3 32 0 7 340 2 350 6 370 1 38 0 5 400 0 41 0 5
79 0 8 79 0 3 78 0 8 78 0 3 77 0 7 77 0 2 76 0 6 76 0 1 75 0 6 75 0 0
50 0 51 0 52 0 53 0 54 55 1 56 0 57 0 58 0 59 0
73 0 4 75 0 0 76 0 6 78 0 2 79 0 9 81 0 5 83 0 2 84 0 9 86 0 6 88 0 3
62 02 61 0 5 60 , 8 60 0 1 59 04 580 6 57 0 9 57 0 1 560 3 550 5
800 81 0 8283 84 0 850 860 870 8889-
130 0 7 133 0 4 136 0 2 139 0 1 142 0 3 145 0 7 149 0 4 153 0 6 158 , 5 164 0 8
33 00 31 03 29 06 27 08 25 08 23 06 21 02 18 04 15,0 1007
10 1 ,5 2345. 60 78. 90
por tanto : d = 900 - 70,45290 = 19,547 0 = 190 32' 52" Este ángulo se dará hacia la derecha o hacia la izquierda para que el eje quede horizontal . En la figura 1 .31 se comprueba, de manera gráfica, cómo son correctos los valores de las fórmulas, lo que también puede ratificarse en la tabla 1 .308 .
Fig . 1.31 Giros de las platinas para fresar una ranura helicoidal con ángulo de la hélice (3 = 370. 29
Tabla 1 .3013
ó U
.C Ú
bW
.cro w
.cm
m
Q W
Q
mb bC 'C O Ú
Valor de los ángulos de las platinas del cabezal Hurá para el tallado de hélices
C
W
á
Ó ro á
a
d
1° 1°30 2o 2°30 3° 3°30 4° 4°30 5°
1°41 2°12 2°83 3°55 4°24 4°95 5°66 6°36 7°07
0°50 0°75 1° 1°25 1°50 1°75 2° 2°25 2°50
5°30 66'30 7o 7°30 8o 8°30 9° 9°30 10°
7°78 8°49 9°20 9°90 10°61 11°32 12°02 12°74 13°45 14°16
10°30 11° 11°30 12° 12°30 13° 13°30 14° 14°30 15°
5
.Qc
b Ú C b
m
.cW
á
4 W
V
t
Ó Ú
oá á .c
á
Q
.cm
;ó U
C Ú .C t
W
3
á
Ó W
c
Q
a
d
a
d
23° 23°30 24° 24°30 25° 25°30 26° 26°30 27°
32°75 33°48 34°20 34°93 35°65 36°37 37°10 37°83 38°55
11°74 12°02 12°27 12°54 12°81 13°08 13°35 13°62 13°89
47° 4849° 50. 51° 52° 53o 5455°
68°65 70°23 71°81 73 ° 41 75° 76°62 78 ° 25 79°89 81°54
25°77 26 °44 27°11 27°79 28°49 29°19 29°91 30°63 31°37
2°75 33'25 3°51 3°76 4°01 4°26 4°51 4°77 5°02
27°30 28° 28°30 29 29'30 30° 30°30 31° 31°30 32°
39°28 40°01 40°75 41°48 42°21 42°94 43°68 44°41 45°15 45°89
14°16 14°44 14°71 14°99 15°26 15°54 15°82 16°10 16°38 16°66
5657° 58o 59o 6061° 62° 63o 64 65°
83°20 84°88 86°57 88°28 90 . 91°74 93°50 95°28 97°08 98° 91
32°12 32°88 33°66 34°46 35°26 36°09 36°93 37°79 38°67 39°57
14°87 15°58 16°29 17° 17°71 18°42 19°14 19°85 20°56 21°27
5°27 5°53 5°78 6°03 6°29 6°54 6°80 7°05 7°31 7°56
32°30 33 33°30 3434°30 35° 35°30 36° 36°30 37°
46°62 47°36 48°11 48°85 49°59 50°33 51°08 51°83 52°57 53°33
16°95 17°23 17°51 17°80 18°09 18°38 18°67 18°96 19°25 19°55
6667° 686970° 71° 72° 73° 74° 75°
100°75 102°62 104°53 106°46 108°42 110°42 112°46 114°54 116°66 118°84
40°50 41°44 42°42 43°41 44°44 45°50 46°60 47°73 48°90 50°12
15°30 16° 16°30 17° 17°30 18° 18°30 19° 19°30 20°
21°99 22°70 23°42 24°13 24°96 25°56 26°28 26°99 27°71 28°43
7°82 8°08 8°34 8°60 8°85 9°11 9°37 9°63 9°89 10°16
37°30 3838°30 39° 39°30 4040°30 41° 41°30 42°
54°08 54°83 55°58 56°34 57°10 57°85 58°61 59°38 60°14 60°90
19°84 20°14 20°44 20°74 21°03 21°34 21°65 21°96 22°26 22°57
76° 77° 78° 79° 80 81° 82° 8384o 85°
121°08 123°38 125°74 128°20 130°75 133°40 136°19 139°13 142°27 145°66
51°38 52°70 54°08 55°52 57°04 58°66 60°38 62°22 64°21 66°39
20°30 21° 21°30 2222°30
29°15 29°87 30°59 31°31 32°03
10°42 10°68 10°94 11°21 11°47
42°30 43o 4445° 46°
61°67 62°44 63°98 65°53 67°08
22°88 23°20 23°83 24°47 25°12
86° 87 88 8990 .
149°37 153°56 158°47 164°83 180°
68°83 71°62 74°95 79°33 90 .
1 .2 .2 .2
Cabezal Gambín
Es otro de los primeros cabezales que se fabricaron en este tipo de fresadoras universales (fig . 1 .238) . Resulta más sencillo de reglaje que el cabezal Huré, pero tal vez no sea tan robusto. En la figura 1 .32 se muestra el corte longitudinal de este tipo de cabezal.
Fig . 1 .32 Corte longitudinal del cabezal Gambín : 1, cuerpo principal,- 2, cuerpo articulado receptor del eje portafresas; 3, eje portafresas; 4, árbol de la fresadora; 5, piñón central; 6, piñón secundario; 7, eje secundario; 8 y 9, piñones cónicos; 10, ranuras en T ; 11, pernos de fijación .
El cuerpo principal exterior (1) puede girar y ocupar una posición cualquiera . Tiene una posibilidad de giro semejante al de la platina vertical Huré . La pieza (2) o carcasa donde va alojado el eje portafresas puede, a su vez, girar y fijarse en cualquier posición por medio de los pernos (11) y las ranuras (10) que al apretar las tuercas, hacen que la pieza (2) se haga solidaria con el cuerpo principal (1) . 1 .2 .2 .2 .1
Reglaje del cabezal Gambín
Ya se ha dicho que resulta más sencillo el reglaje de este cabezal, que el de tipo Huré, ya que los ejes de giro de las platinas son ortogonales y su interdependencia es simple . EJEMPLOS RESUELTOS Ejemplo 4
Se desea fresar en una pieza un plano inclinado de x = 45° . ¿Cuál será la posición de las platinas del cabezal Gambín? Soluciones :
- Primera solución . 1 .33A) :
En caso de hacerse el plano paralelo al carro transversal (fig .
Fig .
1 .33A
Fig .
1 .338
1 . Se coloca el eje portafresas en posición perpendicular a la mesa (suele tener pasadores posicionales para esta posición) . 2. Se gira el cuerpo principal 45° hacia la derecha o izquierda según convenga . - Segunda solución . Cuando deba hacerse el plano paralelo a la mesa longitudinal (fig . 1 .3313) : 1 . Se gira el cuerpo principal del cabezal de manera que el eje portafresas quede en un plano de perfil y perpendicular a la mesa . 2 . Se inclina el eje portafresas 45° hacia delante o hacia atrás según interese . Ejemplo 5
Ajustar el cabezal Gambin para fresar una ranura helicoidal cuyo ángulo de hélice (3 es de 22°, tallada a la derecha. Solución:
Normalmente se coloca la fresa atacando en la parte más alta de la pieza (fig . 1 .34A), es decir, con el eje portafresas situado en un plano horizontal, aunque también puede interesar que el eje quede en un plano vertical, tangente a la pieza por delante o por detrás (fig . 1 .348) . 31
Fig .
1 .34A
Fig.
1 . 34 B
Según la posición de ataque, se sigue uno de los procesos siguientes : - Primer caso . Fresa atacando por arriba . 1 . Colocar el eje portafresas (3) perpendicular al eje de la pieza en un plano paralelo a la mesa y blocar la platina del cuerpo principal (1) . 2 . Girar el ángulo (3 en la platina del cabezal (2) y después blocar . - Segundo caso . Fresado por el lateral . 1 . Colocar el eje portafresas (3) vertical en un plano perpendicular a la mesa y blocar la platina del cuerpo (2) . 2 . Girar el cabezal principal (1) el ángulo ¡3 y blocar . 1 .2 .2 .3
Cabezal de platinas ortogonales
Este cabezal (fig . 1 .35) es bastante empleado en la actualidad a pesar de tener la particularidad de que el eje portafresas no queda en el mismo plano del eje del cuerpo principal, razón por la cual, en trabajos fuertes, se presentan grandes pares torsores, poco favorables .
Fig . 1 .35
Fig .
1 .36A
1 . Reglaje del cabezal con platinas ortogonales. Como en el Gambín, este cabezal no presenta ninguna dificultad para el reglaje de sus platinas . - Reglaje para fresado de planos inclinados. Si se 1 .36A) de manera que el eje portafresas esté en un plano mantiene fija la platina 8 (fig . de perfil, se logra la pendiente del eje portafresas girando la platina A el ángulo deseado . Con este reglajd e se pueen fresar planos paralelos al husillo de la mesa longitudinal . Para poder fresar planos paralelos al husillo del carro fija la platina A de manera que el eje portafresas quede en transversal (fig . 1 .368), se un plano frontal y, a partir de ahí, se gira la platina B para lograr la pendiente necesaria . - Reglaje para fresado de ranuras helicoidales . Para la ejecución de ranuras helicoidales, o cremalleras de diente inclinado (fig . 1 .36C), se fija la platina 8 de manera que el eje portafresas quede en un plano horizontal y, a partir de ahí, se gira la platina A para colocar al eje portafresas con el rumbo adecuado, según el sentido de la inclinación de la hélice a tallar . - Sistemas de precisión para regular los ángulos . Sea cual sea el tipo de cabezal, cuando se trata de trabajos de precisión, no suele ser suficiente la exactitud lograda con los limbos graduados, ya que no suelen tener nonios y, si los tienen, su apreciación suele ser escasa . Para estos casos habrá que comprobar cada uno de los reglajes con la ayuda de un goniómetro (fig . 1 .37), comparador de reloj o mesa goniométrica, según los casos que se presenten en la práctica . En la figura 1 .38 se muestra el montaje de un goniómetro de precisión en el cabezal de una fresadora . 1 .2 .3
Fig.
Cabezal de platinas ortogonales.
Mecanismos del movímiento principal
Para poder trabajar a las velocidades de corte correctos, es necesario dotar aleje portafresas o eje principal de la máquina de una extensa ga dl revou1.mae 368 clones . 32
Fig. 1.37 Goniómetro óptico de precisión .
Fig. 1.36C Fig. 1.38 Los mecanismo empleados para conseguir estos fines pueden ser muy variados, según los distintos proyectistas . Los más empleados son los mecanismos a base de ruedas dentadas desplazables . Menos empleado es el sistema de variador de velocidad continua, ya que en estas máquinas pocas veces es necesario variar la velocidad durante el trabajo. 1 .2 .3 .1
Mecanismo para fresadora de mesa orientable
En la figura 1 .39 se muestra un mecanismo o cadena cinemática para una fresadora de este tipo . El motor da el movimiento al eje (1), a través del embrague F. El tren de ruedas desplazable ABC, comunica al eje (2) tres velocidades distintas, que se transforman en nueve, en el eje (3), por medio de las ruedas GDE. La salida del eje (3) se hace por medio de correas hasta el eje principal (4) . Tal como aparece en la figura, se produce una nueva reducción, debido a la combinación de las ruedas MNmn . Estas nueve velocidades lentas se emplean preferentemente para trabajos de desbaste . Desplazando la rueda N hasta la posición de trazos, queda desengranada de la n y se acopla directamente a la rueda M, es decir, que en esta nueva posición se obtienen otras nueve velocidades distintas y más rápidas en el eje principal . Estas velocidades, al ser obtenidas directamente desde la polea, están menos expuestas a sacudidas o vibraciones, con lo que se obtiene un movimiento más suave. Para mejorar este efecto, en algunas fresadoras la ruedas Mm quedan desengranadas también en esta posición . Por ello, estas velocidades suelen emplearse para los trabajos de acabado. Para facilitar la construcción, en muchas fresadoras, todo el mecanismo primero va montado en una caja independiente del cuerpo de la fresadora y unido a él por medio de tornillos y pasadores. En la figura 1 .40A se representa el esquema de enlaces de la cadena cinemática de la figura 1 .39. En la figura 1 .4013 se representa la cadena cinemática para transmitir las velocidades al eje portafresas de otra fresadora . Hay que tener en cuenta que, siendo constante el módulo, la condición de engrane consiste en que la suma de los pares de ruedas que engranan ha de ser constante: z i + z2
= z 3 + z4 = z5 + zs
= constante 33
3.
Tecnologia 2.2. Máquinas Herramientas
ó 4 ú
a,.C
Wc 111,9 nl7
m
ni6
0
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m b
n i, ni3 n,1
Ea Fig.
ni , n10
1 . 39
Fig.
1.40A
ni
Cadena cinemática de la caja de velocidades de la fresadora de la figura 1 .39.
Z2
Z4
Z3
Fig . 1. 40 B
Fig . 1. 40 C
En el caso de ser distintos los módulos de los engranajes, es obligatorio observar la ecuación (fig. 1 .40C) : (Z 1 + Z2)
mi =
(Z3 + Z4 )
m2
y si los módulos son iguales : ZI
Para calcular hay que construir Como puede tafresas VII, ocho
+ Z2 = Z3 + Z4
el número de revoluciones que corresponde a cada posición el esquema de velocidades según se indica a continuación . observarse en el esquema, es dable conseguir, en el eje porvelocidades directas y otras ocho reducidas un 1/6 .
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EJERCICIOS A RESOLVER Problema 1
En la figura 1 .4013 está representada la cadena en la que el motor gira a 1 .400 r.p .m . transmite el cinemática de una fresadora vertical, movimiento al eje portafresas . Se desea saber : - El número de velocidades que tiene la máquina. - El valor de la velocidad máxima y mínima . - Trazar el esquema de enlaces. Problema 2 En la cadena cinemática de la fresadora de la figura 1 .40E el motor gira a 1 .400 r.p .m . Se desea saber: - El número de velocidades del eje portafresas y el valor de cada una de ellas. - El valor del diámetro de la polea A para que todas las velocidades aumenten un 10 % .
Fig. 1 .4013
1 .2 .3 .2
Mecanismo para fresadora de cabeza/ universal Las máquinas modernas construidas según este sistema suelen tener un carnero motorizado que contiene los trenes de ruedas necesarios para transmitir el movimiento al cabezal y, al mismo tiempo, para producir el desplazamiento transversal de todo el grupo. El cambio de velocidad se efectúa desde el exterior por medio de palancas o volantes que actúan sobre los piñones dentados desplazables (fig . 1 .22) . El cabezal universal recibe el movimiento a través de un acoplamiento a la salida del puente motorizado . En la figura 1 .41 se puede observar el corte del cabezal de una moderna fresadora Zayer, con el tren de piñones cónicos que transmite el movimiento al husillo portafresas .
Fig . 1.40E
Fig. 1.41 Corte del cabezal universal de la fresadora Zayer. 1 .2 .4
Mecanismos de avances Según el fresado que se realice, el avance se obtiene con el desplazamiento de la mesa (fig . 1 .42A), con el movimiento del carro transversal (fig . 1 .428), o con el movimiento vertical de la ménsula (fig . 1 .42C) . En la fresadora universal, estos movimientos se deben poder realizar manual o automáticamente con movimiento lento o rápido . El conjunto de mecanismos para lograr estos movimientos constituye la cadena cinemática de avances. Es muy variada su realización práctica, ya que el mismo inicio del movimiento puede hacerse de tres modos distintos como se muestra en la figura 1 .43. - Primer sistema. Tomando el movimiento directamente del eje motor (1) (fig . 1 .43A) por medio de engranajes, cadenas o correas (2) y (4). - Segundo sistema. Tomando el movimiento desde el motor (1) (fig . 1 .4313) por medio de engranajes, cadenas o correas (2) y (4) desde el mismo eje principal de la fresadora .
Fíg . 1 .42 B
- Tercer sistema. Recibiendo el movimiento de motores independientes para el cabezal (1) y para la caja de avances (1') (fig . 1 .43C) . En los sistemas 1 .' y 3.' el avance es independiente del número de vueltas del eje principal y suele expresarse en mm/min ; en el sistema 2.° el avance depende de la velocidad del eje principal y suele darse en mm/vuelta de la fresa.
36
Fig.
D. E.
salida para avances salida a eje principal
1. 2.
motor principal enlace del motor principal con la caja de velocidades
1 .2 .4 .1
3. 4. 5. 6. 7.
caja principal de velocidades enlace de caja de avances caja de avances unión de la caja de avances con la ménsula mecanismos de la ménsula
Fig . 1 .43 Sistema para obtener los avances : A, desde el eje motor; B, desde el eje principal; C, con motor independiente .
Caja de avances
Cualquiera que sea el sistema empleado, se necesita una caja, llamada de avances, con la finalidad de poder lograr un escalonamiento adecuado de los mismos, imprescindible para realizar los diferentes trabajos, mecanizar los distintos materiales y emplear las diversas clases de herramientas . Estas cajas suelen ser similares a las del mecanismo principal, es decir, de ruedas desplazables (fig . 1 .44A), pero también se emplean otros sistemas . Algunas de estas cajas llevan incorporado un inversor de sentido de giro (fig . 1 .4413) ; otras, sin embargo, no lo llevan y entonces el inversor va incorporado en la ménsula para todos los movimientos, o bien, cada movimiento lleva su inversor (fig . 1 .39) . Cuando la caja de avances va colocada en el cuerpo de la máquina, la transmisión a la ménsula suele hacerse por medio de dos uniones cardán y un árbol telescópico (fig . 1 .45A y B) . Para evitar los inconvenientes de las uniones cardán y de los árboles telescópicos, algunos fabricantes prefieren emplear un árbol vertical ranurado y un juego de ruedas dentadas.
Fig.
1 . 42 C
Fig. 1 .44A Detalle esquemático de una caja de avances .
1 .45A
inversor
Fig . 1 .458 Vista de una fresadora donde se aprecia la transmisión por Cardan.
Fig. 1.448 in versor,
La mayoria de las fresadoras modernas suelen llevar un mecanismo de que se emplea para las maniobras de acercamiento o con el fin de reducir los tiempos improductivos empleándose para ello retroceso, un motor independiente accionado por una palanca de fácil acceso . En la figura 1 .46A se muestra el esquema general de una cadena tica de avances; a partir del mismo se pueden deducir los movimientos cinemáde cada carro . avance rápido,
37
Caja de avances con
En la figura 1 .4613 se representa el esquema de enlaces y velocidades de cada husillo: los nudos h a 114 corresponden a los números de r. p. m . del husillo del carro transversal ; los nudos G, a G14 corresponden a los números de r. p . m . del husillo vertical ; y, finalmente, los m, a mi4 corresponden a los números de r, p . m . del husillo de la mesa . Multiplicando cada uno de estos números por el paso de su husillo respectivo, se obtienen los mm/min de avances, para el carro transversal, la ménsula o avance vertical y la mesa o avance longitudinal . Según el esquema de enlaces, los avances más rápidos se obtienen a través de las reducciones i 9 sin pasar por las reducciones i3 - i4 - i 5 - i 6 - i - i8 . 7 Son los que se logran a través del embrague magnético que anula las reducciones anteriores . Para las máquinas de cabezal orientable que no llevan placa giratoria, el mecanismo queda simplificado, máxime si se trata de máquinas sin carro transversal, puesto que se reduce al movimiento vertical y longitudinal, en muchos casos logrado con motores independientes . En la figura 1 .4613 puede verse la cadena cinemática de una fresadora moderna .
A husillo mesa 47
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Fig. 1 .46A Cadena cinemática avances de una fresadora .
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- 6,49
eiv da ta mesa
Fig. 1 .468 Esquema de avances posibles en la cadena cinemática de la figura 1.46A .
EJERCICIOS A REALIZAR Problema 3 En la figura 1 .4613 se representa el esquema del mecanismo de avance de una fresadora . Calcular los avances por minuto posibles de la mesa A.
Fig. 1.4613 Problema 4 La cadena cinemática para transmitir el movimiento al eje principal de una fresadora, a la mesa y al carro transversal está representada en la figura 1 .46E . Calcular : - El número de revoluciones del eje principal de la máquina. - Los avances por minuto de la mesa . - Los avances por minuto del carro transversal . - El avance máximo y mínimo de la mesa por cada vuelta del eje principal portafresas .
Fig. 1.46E 1 .2 .5
Mecanismo para lograr la profundidad de pasada
Ya se dijo al hablar de la división o clasificación de las fresadoras que este detalle daba origen a las fresadoras de ménsula o de bancada . En nuestro caso las fresadoras universales suelen ser todas de ménsula . La pasada suele darse, normalmente, aproximando la pieza a la fresa con el movimiento vertical de la ménsula, y, en algunos casos, con el movimiento de la mesa en sentido longitudinal o, también, con el movimiento del carro transversal . En las máquinas de puente desplazable, la pasada se realiza con la aproximación de la fresa a la pieza . En cualquier caso la aproximación se hace de forma sensitiva, a mano . Para controlar la profundidad de pasada, los extremos de los husillos suelen ir provistos de amplios tambores graduados (fig . 1 .47A) en ocasiones con nonios, que en algunos casos especiales van provistos de amplificadores ópticos. Cuando no se disponga de estos amplificadores y se quiera lograr buena precisión, es aconsejable colocar un comparador de reloj con el vástago perfectamente alineado con la dirección del desplazamiento y controlar con él la profundidad deseada . Este sistema solamente es válido para pequeños desplazamientos, es decir, lo que permite el recorrido del reloj. En todos los casos habrá que tener la precaución de que las regletas de los carros estén perfectamente ajustadas, para que al hacer el bloqueo de las mismas no se produzca ningún desplazamiento adicional . Esto puede compro39
Fig. 1.47A
barse con el mismo comparador, que no debe sufrir alteración alguna al efectuar los referidos bloqueos . También deberá tenerse en cuenta el posible juego del husillo con la tuerca (fig . 1 .4713) que se debe eliminar previamente por medio de un desplazamiento amplio, en sentido contrario al que se necesita y, después, avanzar en sentido de la pasada hasta hacer contacto con la pieza . En esta posición, se coloca el nonio del tambor a cero y, a continuación, se toma la profundidad de pasada que se desee .
INIMI LI~I~ '~ a+vás
hor Fig. 1.478 Juego existente entre el husillo de la mesa y su tuerca . La flecha (9) indica el sentido de avance del tornillo y (&) la dirección de la resistencia que opone a la tuerca .
EJEMPLOS RESUELTOS Ejemplo 6
Se desea saber el desplazamiento de la mesa de una fresadora por cada división del tambor graduado que se halla dividido en 120 partes . Calcular también el número o fracción de vuelta que hay que dar al tambor para que la mesa se desplace 24 mm, sabiendo que el paso del husillo (P h) es 6 mm, Solución .
Siendo N el número de divisiones del tambor graduado y Ph el paso del husillo en cuyo extremo va montado el tambor, se puede establecer la siguiente proporción, llamando 1 al desplazamiento por división : N
1 I
Ph
luego
120
- 0,05 mm
Para calcular el número de vueltas, basta dividir el recorrido de la mesa por el avance por vuelta ; el resultado es igual a cuatro vueltas: n - L = Ph
24 6
- 4
1 .2 .6
Accesorios principales de la fresadora universal Ya se ha dicho que la fresadora universal tiene la ventaja de su gran versatilidad . Para que ésta sea lo más amplia posible la máquina debe disponer de una serie de accesorios . Algunos de estos accesorios se adaptan a cualquier tipo de fresadora . Por ejemplo, los útiles de sujeción de piezas y de herramientas (temas 2 y 4) ; los aparatos divisores (tema 5) ; el aparato de mortajar ; el aparato vertical o universal, aunque este último no tiene razón de ser en las fresadoras de cabezal orientable, ya que es una parte esencial de las mismas . Algunos de estos accesorios serán objeto de estudio más detallado en temas sucesivos . Aquí sólo se hace una breve descripción de los que más adelante no recibirán atención particular . 1 .2 .6 .1
Cabezal o aparato vertical
Este accesorio es de gran utilidad para las fresadoras de mesa orientable . Se acopla al eje principal y, como se muestra en la figura 1 .48, es de características y utilización similar al cabezal de platinas ortogonales descrito anteriormente . Los hay también rigidos, con el eje vertical . Para trabajar con fresas pequeñas o en materiales blandos, para lo cual es necesario un número de revoluciones muy elevado, suele emplearse un cabezal similar al de la figura 1 .49 que va dotado de motor propio . Hoy día se emplean también cabezales auxiliares con motor neumático, si bien limitados a pequeñas potencias. Para algunos trabajos en ejes inclinados, es interesante que estos aparatos puedan tener avance propio para el eje portafresas . 40
Fig . 1 .488 Detalle de su capacidad de giro .
Fig . 1 .48A orientable.
Fig. 1.49 Cabezal autónomo con motor incorporado y movimiento vertical del husillo .
Corte de un cabezal vertical
1 .2 .6 .2
Aparato de mortajar
1 .2 .6 .3
Aparato copiador
Es un aparato muy útil para pequeñas entallas, ranuras interiores o para cepillar perfiles especiales . En la figura 1 .50 se muestra uno de estos aparatos . Para trabajos fuertes es preferible emplear una máquina especial, ya que la manera de trabajar en estas operaciones es muy violenta y puede acelerar inútilmente el deterioro de la máquina .
En la figura 1 .51 se muestra uno de estos aparatos, que resulta muy útil para reproducir pequeñas piezas o preparación de moldes, etc . En esencia, consiste en un eje portafresas rotativo, similar al aparato vertical, pero con la particularidad de que el posicionamiento vertical se logra por medio de un cilindro hidráulico comandado por un copiador, que es el encar gado de seguir la forma de la pieza modelo y, que según sus relieves, actúa como válvula de paso para el fluido a presión procedente de la central hidráulica . El copiado se verifica a escala 1 : 1 por medio de la herramienta de forma redondeada, que repite los movimientos del palpador mientras gira cortando el material .
Fig. 1 .-51
Fresado con aparato copiador hidráulico .
41
Fig. 1.50 Tallado de un chavetero en la fresadora por medio del cabezal mortajador.
En la figura 1 .52 se pueden ver algunos trabajos típicos realizables con estos aparatos (ver tema 10) . 1 .2 .7
Terminología normalizada para la fresadora horizontal Hasta el momento no existe terminología normalizada en las normas UNE para la fresadora universal . Si existe la norma UNE 15-611 para la fresadora horizontal que se reproduce a continuación (tabla 1 .53), y que sirve para los elementos similares de la fresadora universal . 1 .2 .8
Características de la fresadora universal
La fresadora universal se caracteriza por sus posibilidades de trabajo: 1 . Máximas dimensiones a mecanizar en las piezas, lo que queda determinado por: - Dimensiones de la mesa portapiezas . - Recorridos máximos de mesa, carro ylo puente y ménsula . - Posibilidad de orientación de la mesa o eje principal . 2. Capacidad para lograr los elementos de corte: - Gama de velocidades del eje principal . - Gama de avances de mesa y carros . - Potencia . Fig .
1 .52
Trabajos característicos de copiado .
3 . Capacidad para lograr acabados más o menos perfectos y con tolerancias mínimas aconsejables y garantizadas, que depende : - De la rigidez. - De la calidad de acabado . 4 . Materiales adecuados para lograr una vida útil amortizable, y permitir deformaciones admisibles . 5 . Posibílidad de fácil manejo y mantenimiento sencillo, así como disponer elementos de seguridad para evitar accidentes . En la tabla 1 .54 se representa una fresadora de fabricación nacional y el cuadro de sus características, con las recomendaciones del fabricante . 1 .2 .9
Seguridad
Estas máquinas, como todas las que trabajan con elementos cortantes giratorios, presentan ciertos riesgos para el operario y pueden ser causa de accidentes graves que hay que prevenir . También la máquina puede sufrir daños y desperfectos importantes si no se cumple una serie de principios, o se trabaja a la ligera, sin ponerla atención debida a cada momento o maniobra . Por consiguiente, se incluyen a continuación una serie de normas sencillas, que es preciso observar con rigor para evitar los inconvenientes citados . 1 . No poner en marcha la máquina: a) Si no se conocen con detalle todos sus dispositivos de mando o maniobra . - Estudiar antes el libro de instrucciones o pedir asesoramiento a un experto de la máquina . b) Si no están colocadas o cerradas todas las protecciones de correas, ruedas dentadas, etc. c) Si no se está seguro de los siguientes puntos : - que herramienta i y que no hay peligro de que salga despedida al l máqu chata máquina - que la pieza o piezas a trabajar estén bien colocadas y fuertemente sujetas, para que no puedan salir despedidas al hacer contacto la herramienta con ellas;
- que las velocidades del eje principal y los avances estén correctamente seleccionados; - que el desplazamiento de los carros sea posible sin que haya obstáculo que pueda impedirlo ; - que los topes de recorrido de los carros estén en su sitio y apretados para que no se pase la fresa de los límites previstos; - que haya suficiente refrigerante en el depósito para toda la operación . 42
Tabla
1 .53
Terminología normalizada de la fresadora horizontal
Terminología de las máquinas-herramientas Fresadora horizontal
32
Marca 1 2 3 4 5 6 7 8 9
lo
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
31
30
29 28
27
Designación Base Cuerpo Caja de cambio de avances Palancas para el cambio de los avances Caja de cambio de velocidades Tirante para la fijación del eje portafresas Eje principal Palancas para el cambio de las velocidades Puente Volante para el desplazamiento del puente Eje portafresas Soporte intermedio del eje portafresas Guías del puente Soporte extremo del eje portafresas Riostras Ranura central de la mesa Manivela para traslación horizontal de la mesa Mesa Guías de la mesa Volante para el desplazamiento transversal de la mesa Volante para la traslación horizontal de la mesa Guías para el carro portamesa Carro portamesa Manivela para la traslación vertical de la ménsula Palancas para el desplazamiento automático transversal Y horizontal de la mesa Columna soporte de la ménsula Palanca para la fijación de la ménsula Palanca para la inversión de avances Husillo para la traslación vertical de la ménsula Ménsula Guías para la ménsula Ejes de transmisión de los avances
UNE 15611
Tabla 1 .54
Datos y caracteristicas técnicas de una fresadora
DATOS TECNICOS A
B
Cabezal universal : La relación de velocidad de los husillos 1 a 1 . permite gracias a este cabezal, el disponer de un husillo giratorio de hasta 1 .400 r. p . m., velocidad muy estimada principalmente para el trabajo con metales ligeros . Ambos cabezales tienen los ejes templados y rectificados, doseles incorporado el sistema de engranes Klingenberg. habién-, Va dispuesto con brazo articulado para su acoplamiento en la máquina.
"
8l ° . 1 5¿1'7D1
~360~t94
E
1
I
~ , G.o El FI al KI 2441148 -386 1 4321 360° ISA40 95 kg
I_Po ..
Cabezal vertical : Las fresadoras equipadas con el vertical inclinable se convierten en verdaderas iresadoras cabezal capaces de absorber toda la potencia del motor (relaciónverticales, de velocidad de los husillos 1 :1). Va dispuesto con brazo articulado para su acoplamiento en la
MESA Superficie de la mesa . Número de ranuras en T . Distancia de las ranuras en T . Giro de la mesa en los dos sentidos CURSOS Longitudinal automático . Longitudinal a mano . Transversal automático . Transversal a mano . . . . . , Vertical automático . . . . , , . Vertical a mano . . , . Distancia útil del mandrino al carnero . MANDRINO Alojamiento del mandrino cono . Diámetro de cabeza del eje principal . Diámetro del mandrino . . Número de velocidades del mandrino: 28 a 1400 r. p. m. Inversión . AVANCES Número de avances . Avance longitudinal y transversal . Avance vertical . . . . . . AVANCE RAPIDO Longitudinal y transversal . Vertical . . POTENCIA DEL IMPULSO Correas trapezoidales . Motor principal Motor de marchas rápidas . REFRIGERACION Bomba reversible . . . Moto-bomba P E S O Peso neto aproximado . . . Peso bruto con embalaje marítimo Dimensiones de exportación .
1 .400 x 300 mm 3 de 16-H7 56 mm 45e 900 920 290 300 455 460 155
mm mm mm mm mm mm mm
ISA-40 88,88 mm 70 mm 18 Incluida 12 12 - 570 mm/min. 3,5 - 170 mm/min . 3 .000 mm/min . 900 mm/min . 3 6 HP 2 HP Incluida 0,10 HP 2650 kg 2950 kg 2,08 x 1,76 x 2,03
EQUIPO STANDARD Instalación eléctrica completa para 3 fases, voltaje a indicar. Motores de velocidades, avances y motobomba . Pulsadores de arranque y parada.
Instalación completa de refrigeración . Eje portafresas de 22 mm.
Dos soportes_ para apoyo del eje portafresas. Juego de llaves . Manual de instrucciones .
2. Una vez la máquina en marcha : a) Poner atención a cada maniobra ; un breve descuido puede ser ocasión de averia o lesión grave . b) Por ninguna razón se acercará la mano a la fresa mientras está en marcha . Esperar a que esté completamente parada para limpiar, inspeccionar, medir, etc . c) Si por el tipo de trabajo hay proyección de virutas, colocar una protección, para evitar que las virutas lastimen al propio operario o a otros compañeros de trabajo próximos a la máquina . - Emplear anteojos de seguridad . 3. Mantener limpio el suelo en las proximidades de la máquina Los lubricantes, refrigerantes o las virutas esparcidas pueden ser ocasión de lesiones por resbalamiento, puesto que, al perder el equilibrio, se tiende instintivamente a agarrarse a cualquier parte de la máquina .
TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO - Hacer un estudio comparativo de las distintas máquinas fresadoras universales que hay en tu taller . Destacar sus diferencias constructivas principales. - Dibujar la cadena cinemática de una fresadora del taller y hacer los diagramas de enlace y de velocidades de avances . CUESTIONARIO 1 .1 1 .2 1 .3 1 .4 1 .5 1 .6 1 .7 1 .8 1 .9 1 .10 1 .11 1 .12 1 .13 1 .14
¿En qué consiste la operación de fresado? ¿Qué es una fresadora universal? ¿Qué características fundamentales tiene una fresadora de mesa orientable? ¿Qué características fundamentales tienen las fresadoras de cabezal orientable? Ventajas e inconvenientes del cabezal Huré . Ventajas e inconvenientes del cabezal Gambín . Ventajas e inconvenientes del cabezal de platinas ortogonales . ¿Qué se entiende por mecanismo del movimiento principal? ¿Qué es el mecanismo de avances? ¿Cómo puede ser el sistema de mecanismo de avances? ¿En qué consiste el mecanismo para dar la profundidad de pasada? Enumerar los accesorios principales de una fresadora universal. ¿Qué se entiende por características de una fresadora universal? La seguridad en el trabajo de la fresadora .
Tema 2 .
Herramientas de corte y sus formas de sujeción en la fresadora
OBJETIVOS - Conocer las características de los materiales empleados para la fabricación de las fresas. - Conocer las distintas formas dé fresas y sus posibilidades de trabajo. - Conocer los sistemas de fijación y reglaje de las fresas.
EXPOSICION DEL TEMA 2 .1
Materiales empleados en la fabricación de fresas
La fresa es una herramienta de filos múltiples que deben mantenerse en perfecto estado para realizar un trabajo de calidad y con aceptable dad. Afilar una fresa (tema 23) es productivitrabajo difícil, largo y, en consecuencia, caro . Por otra parte, cada nuevo afilado va disminuyendo la vida de la fresa . que lograr, por lo tanto, que el Hay tiempo entre dos afilados consecutivos sea lo mayor posible. De estas razones se deduce la conveniencia de emplear materiales cuados para la fabricación de fresas, adeasí como los factores de corte más adecuados (tema 3) . Los materiales han de reunir simultáneamente una serie de propiedades muy variadas y, a veces, contradictorias . gran resistencia al desgaste, a la vez que Fundamentalmente, han de tener una una buena tenacidad, y estas propiedades deben mantenerse aun a elevadas temperaturas, ya que en el los metales existe siempre corte de producción de calor. Esta producción de calor es tanto mayor cuanto más rápidamente se produce el corte . El calor se elimina a través de la fresa, de la pieza, del ambiente, y, fundamentalmente, por medio medio del refrigerante empleado ; con los refrigerantes más eficaces pero aun es imposible evitar la elevación de la temperatura en el filo de la herramienta . Sólo algunos materiales son capaces de mantener sus propiedades de corte en estas condiciones tan desfavorables, y aun con ciertas limitaciones . Estos materiales son los aceros al carbono, los aceros aleados, los aceros rápidos y extrarrápidos, los carburos metálicos gunos productos cerámicos (ver y alel tema 8 de Tecnología Mecánica 2.1 . Máquinas Herramientas). 2 .1 .1
Aceros de herramientas La resistencia al desgaste de los aceros se incrementa con la dureza, la cual depende de los constituyentes del acero . Los constituyentes más duros de los aceros son la cementita y la martensita, así como otros carburos metálicos (tema 4 de Tecnología Mecánica 2.1. Máquinas Herramientas). 46
La martensita sólo es estable a temperaturas relativamente bajas (menos de 250 °C ; los carburos, entre ellos la cementita, son estables aun a altas temperaturas. Sólo los aceros ricos en carbono (de más de 0,9 % de C) o ricos en otros componentes son capaces de formar carburos metálicos . En la tabla 2 .1 se recopilan los aceros rápidos especiales para herramientas, según UNE 36-073-75 . Resumiendo, para pequeños trabajos en los que no sea importante el rendimiento y con una buena refrigeración, podrán utilizarse las herramientas de acero al carbono o aleados; pero para trabajos de gran producción, o para fre sas de grandes dimensiones, en los que es difícil lograr una eficaz refrigeración, será necesario emplear aceros rápidos o extrarrápidos. Con tratamientos superficiales, como la sulfinización, se puede mejorar la vida de las herramientas . El efecto de este tratamiento es que hace disminuir el rozamiento entre viruta y herramienta, y entre ésta y la pieza, con lo cual el calor desarrollado es menor . 2 .1 .2
Carburos metálicos
Al estar formados estos materiales, en su mayor parte, por carburos metálicos, presentan las ventajas reseñadas para los aceros rápidos, pero en mayor grado; los principales componentes de estos materiales son : Co, Cr, W y C . La clasificación de estos carburos está normalizada en tres grandes grupos para distintos materiales, de acuerdo con la formación de viruta . En ellos la capacidad de corte en los aspectos de resistencia al desgaste y tenacidad están en oposición ; es decir, que la herramienta muy resistente al desgaste es menos tenaz, y al revés . Todo esto queda resumido en las tablas 2.2A y B de la norma UNE 16100 . La obtención de los carburos metálicos se lleva a cabo según las técnicas de la metalurgia de los polvos y de la sinterización; el acabado final se tiene que realizar por abrasión . No admiten temple, pero sí algunos tratamientos superficiales que aumentan su capacidad de resistencia a la abrasión . Para obtener una buena productividad es muy importante emplear el grupo o calidad adecuada, así como lograr un trabajo sin golpes ni vibraciones, dando por descontado que existe un correcto afilado y una buena conservación . Las plaquitas, aunque sean de forma especial para soldar directamente al cuerpo de la fresa, o para formar platos de cuchillas con fijación mecánica, están normalizadas según la norma UNE 16101 que concuerda con la ISO/R 242 (tabla 2 .3) . Tabla 2 .1
Aceros especiales para la fabricación de fresas . Aceros rápidos
Composición química Designación Numérica
Simbólica
F-5520 F-5530 F-5540 F-5553 F-5563
18-0-1 18-1-1-5 18-0-2-10 10-4-3-10 12-1-5-5
Da tos tecnológicos
Composición química (ti %W
%Mo
%V
%Co
Dales 11.1 . en estada de recocido
Ha
Temperatura 'C de temple
Acero rápidos al volframio 0,73/0,83 0,7510,85 0,75/0,85 1,20/1,35 1,40/1,55
3,5014,50 3,50/4,50
17,20/18,70 17,20/18,70
3,50/4,50 3,50/4,50
17,20/18,70 9,00/10,50 11,50/13,00
3,8014,80
-
de revenido
Medo d temple
Dareza'M . en
esrodo de temple v revenido HRC
Aceros rápidos al volframio 270 290
0,50/0,80 1,00 máx. (2) 3,20/3,90 0,70/1,00
290 290 280
Aceros rápidos al molibdeno F-5603 F-5605 F-5607
6-5-2 6-5-3 2-9-2
0,82/0,92 1,15 / 1,30 0,95/1,05
F-5611 F-5613 F-5615 F-5617
2-9-2-8 6-5-2-5 7-4-2-5 2-10-1-8
0,8510,95 0,85/0,95 1,05/1,50 1,05/1,20
3,50/4,50 3,50/4,50 3,5014,50
5,70/6,70 5,70/6,70 1,5012,10
4,60/5,30 4,60/5,30 8,2019,20
Acero rápidos al molibdeno-cobalto
(1) (2)
3,50/4,50 ~ 3,50/4,50 3,50/4,50 3,50/4,50
1,70/2,20 5,70/6,70 6,40/7,40 1,30/1,80
8,00/ 9,00 4,70/ 5,40 3,50/ 4,20 9,00/10,00
Aceros rápidos al molibdeno-cobalto 1,75/2,05 1,70/2,20 1,70/2,20 0,90/1_40
1
7,75/8,75 4,70/5,20 4,50/5,30 7,50/8_5
Para todos los aceros, los contenidos máximos en Si, Mn, P y S serán 0,45 %, 0,40 %, 0,030 % y 0,030 % respectivamente . Opcional .
Conespom dencie con AISl
Tabla 2,2A
Letra
Características del metal duro
Grupo principal de arranque de viruta
p - Materiales -férreos . de viruta- larga. ---. -M
Materiales férreos de viruta larga o corta.
K
Materiales férreos de viruta corta, metales no férreos, materiales no metálicos.
Amarillo Rojo
Tabla 2.2131 Calidades y aplicaciones del metal duro Materia/
Condiciones de trabajo Acabado finísimo para torneado y taladrado, altas velocidades de corte, pequeños avances ; grandes exigencias de exactitud de medida y calidad de acabado de las superficies ; trabajos exentos de vibración .
S 1
Acero, acero moldeado .
S 2
Acero, acero moldeado, fundición maleable de viruta larga,
S 3
Acero, acero moldeado, fundición ruta larga . Acero, acero moldeado y porosidades .
con
maleable de vi-
inclusiones
de
arena
Acero, acero moldeado de mediana a baja resistencia al desgaste, con inclusiones de arena y porosidades.
Acero, acero duro al manganeso, acero moldeado, fundición gris, fundición gris aleada . Acero, aceros austeníticos, acero duro al manganeso, acero moldeado, fundición gris, fundición gris esferoidal, fundición maleable . Acero, aceros austeníticos, aleaciones de elevada resistencia al calor, acero moldeado, fundición gris .
Aceros de más baja resistencia, aceros blandos para máquinas automáticas, metales no ferrosos .
Torneado, torneado de forma, tronzado, mente para máquinas automáticas .
especial-
Acero templado, fundición gris, D . B . >, 220 kg/mm1, fundición maleable de viruta corta, aleación de cobre, aleaciones de aluminio con contenido de silicio, materiales sintéticos, ebonita, papel prensado, vidrio, porcelana, roca .
Torneado, taladrado, do y rasqueteado .
Fundición gris, con D . B . ~ 220 kg/mm 1 , cobre, latón, aluminio, otros metales no terrosos, madera contrachapada fuertemente abrasiva .
Torneado, cepillado, avellanado, escariado, fresado, en trabajos que exigen elevada tenacidad del metal duro .
de
baja
Metales no terrosos, maderas duras en estado natural .
m 72
m
d
c m
c
É Q
cd
E C
ó m UY~ c Ñ E2^oE C ~= y
Q =mv
m, vm ó c-p , d-O E _ ¢
Torneado, acabado finisimo para torneado y drado, fresado fino, rasqueteado .
gris
v
v m
Torneado, medianas a elevadas velocidades de corte, pequeños 'á medianos avances .
corte
d
w
Torneado, cepillado, mortajado, para trabajos en máquinas automáticas, bajas velocidades de corte, grandes avances, posibilidad de grandes ángulos de desprendimiento de viruta, condiciones de trabajo desfavorables, máxima exigencia a la tenacidad del metal duro.
de
m m E
m
Torneado, cepillado, mortajado y en algunos casos para trabajos en máquinas automáticas, bajas velocidades de corte, grandes avances, posibilidad de aumentar el ángulo de desprendimiento de virutas, condiciones de trabajo desfavorables (1) .
Torneado, cepillado fresado, velocidades medianas a grandes avances .
E d
N d
Torneado . cepillado, fresado, medianas a bajas velocidades de corte, medianos a grandes avances también en condiciones de trabajo menos favora-; bles (1) .
Acero templado, fundición dura de coquillas, con dureza - 60 Re (~ 85 Shore), fundición gris de elevada dureza, aleaciones de aluminio con gran contenido de silicio, materiales sintéticos muy abrasivos, papel prensado, materiales cerámicos .
Acero de baja resistencia, fundición dureza, madera contrachapada . G 2
Torneado, torneado con copiador, fresado, medianas velocidades de corte, avances medianos, cepillado con pequeños avances .
Torneado, cepillado, fresado, velocidades de corte medianas, medianos avances .
0
m
Torneado, torneado con copia, fileteado, así como fresado, altas velocidades de corte, pequeños a medianos avances.
E v
talaó
avellanado,
escariado,
v
fresa-
Torneado ; cepillado, mortajado, fresado, posibidad de gran ángulo de desprendimiento viruta, para condiciones de trabajo desfavorables de (1) . Torneado, cepillado, mortajadq, posibilidad de mayor ángulo de desprendimiento de viruta, para condiciones de trabajo desfavorables (1) .
cm 2iE N
vv
c m E mm v
m
10
N f0
E a
E Q
_~
Qm
f
(1) Materiales irregulares, ejemplo, corteza de fundición y de forja, durezas sometidos a vibraciones : piezas por variables, etc ., profundidades de corte variables, cortes interrumpidos, trabajos ovaladas . (2) La denominación antigua H 2 correspondería a un K 05 intermedio entre el K 01 y el K 10 .
Tabla 2 .3
Dimensiones normalizadas de las plaquetas de metal duro UNE 16 101
Típos
A y B
Longitud nomina/
h
3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50
2 .1 .3
C
6 8 10 12 16 20 25 32 40 50
2 2,5 3 4 5 6 7 8 10 12 14
D
r
4 5 6 8 10 12 14 18 22 25
2 2,5 3 4 5 6 7 8 10 12 14
E h
b
6 8 10 12 16 20 25 32 40 50
2 2,5 3 4 5 6 7 8 10 12 14
4 5 6 8 10 12 14 18 22 25
3,5 4,5 5,5 6,5 8,5 10,5 12,5
4 5 6 8 10 12
8 10 12 14 16 18 20
5 6 8 10 12 16 20 25 32
2,5 3 3,5 4 5 6 7 8 9 10
10 12 14 16 18 20 22 25 28 32
Materiales cerámicos
Son los materiales más modernos empleados para herramientas de corte, y se obtienen por sinterizado de óxido de aluminio (80 %) y de óxidos de Cr, Ti y otros . Son muy resistentes aun a altas temperaturas, manteniendo la capacidad de corte por encima de los 1200 °C, razón por la cual pueden trabajar a velocidades de corte muy superiores incluso a la de los carburos metálicos . Por el contrario, son muy frágiles, por lo cual los sistemas de fijación y las máquinas han de ser muy robustos y exentos de vibraciones . No suelen reafilarse, son de formas prismáticas con varios filos y, aunque se pueden soldar tras un recubrimiento previo con plata, suelen emplearse con fijación mecánica, de tal manera que, inutilizada una arista cortante, se cambia de posición sin más problemas, y así sucesivamente hasta agotar todas las aristas ; luego se desechan . 2 .1 .3 .1
Designación normalizada de las plaquetas
Para lograr una perfecta intercambiabilidad, las plaquitas, tanto de metal duro como las cerámicas de fijación mecánica, han de reunir unas caracteristicas muy estrictas . En la norma UNE 16-113-75 se da el código de designación, así como su correcta interpretación . 49 4.
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
El código de esta norma emplea nueve símbolos, a saber:
1
2
3
4
5
6
7
8
9 LI Letra característica de la dirección de corte. >- Letra característica de la configuración de la arista de corte.
Fig. 2.4A Características geométricas de un diente fresado: 1, superficie de ataque o desprendimiento ; 2, superficie principal de incidencia ; 3, superficie secundaria de incidencia; 4, superficie de desahogo; 5, radio de fondo .
r Número o letra característica de la configuración de la punta de corte .
Número característico del grueso de la plaquita . Número característico del tamaño de la plaquita .
s Letra característica de las condiciones de la cara de desprendimiento y/o de la fijación .
Letra característica de las tolerancias. Fig. 2.48 Ángulos de un diente: A, ángulo de incidencia principal; A, ángulo de incidencia secundario; C, ángulo de desprendimiento .
Letra característica del ángulo de incidencia . >- Letra característica de la forma . Ejemplo: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Placa de corte: T - P-G-N-16-03-08-E-N
s Dirección de corte: derecha e izquierda .
~- Arista de corte: redondeada . - Radio de la punta : 0,8 mm . *- Grueso de la plaquita : 3,18 mm . Longitud del lado : 16,5 mm . Condiciones de la cara de desprendimiento : ninguna . Agujero de fijación : ninguno. Tolerancias : m = ± 0,025 mm ; s = ±0,1301 . Angulo de incidencia : 11 1 . Forma : triangular . El material no forma parte de este código ; por tanto, los símbolos de material podrán ser añadidos por el fabricante a continuación de la designación de la forma y dimensiones (Ver tema 8 de Tecnología del Metal 2. 1. Máquinas Herramientas). En la norma UNE 16-117-75 se dan las dimensiones de las plaquitas cuadradas de fijación mecánica tipos : SNCN-SNAN-SPCN y SPAN. Fig, 2.58
f m, hace mención a la situación de la punta activa de corte respecto a la referencia de fijación . s, hace mención al espesor de la plaquita en mm .
50
El diamante
2.1 .4
Sólo se utiliza para trabajos de acabados y de gran precisión en contadas ocasiones o en técnicas especiales . Es, por supuesto, el más duro de los materiales y se emplea siempre soldado en herramientas individuales o embebido en metales, como en las muelas abrasivas (tema 13) . 2.2
Clasificación de las fresas por sus dientes
Según este criterio las fresas se clasifican en tres grupos : - Fresas con dientes fresados . - Fresas con dientes destalonados . - Fresas de dientes postizos . Dentro de esta clasificación general existen numerosos tipos de dientes (ver catálogos de casas comerciales) . 2.2 .1
Fresas de dientes fresados
Se llaman así porque la forma fundamental de los dientes se obtiene por fresado . Cada uno de ellos está definido por varios planos, cuyas intersecciones constituyen las aristas de corte o las secundarias. Cada diente, como es sabido, se comporta igual que una herramienta simple de uno o más filos. La cara frontal (fig . 2.4A y B) determina el ángulo de desprendimiento, de importancia decisiva en el corte de la viruta y en la facilidad de evacuación de la misma . La superficie de incidencia determina con la anterior el ángulo de la cuña cortante ; también existe, casi siempre, una superficie de incidencia secundaria para que el diente no talone . El dorso del diente debe tener, a su vez, la inclinación adecuada para que el espacio entre dientes contiguos permita el almacenamiento de viruta sin merma, por supuesto, de la robustez que el trabajo de fresado exige a la herramienta (fig . 2 .4C) . 2 .2 .1 .1
Fig. 2.5C Efectos de corte brusco de la viruta con una fresa de díente recto.
Fig. 2.513 Corte progresivo de la viruta con una fresa helicoidal.
Fresas cilíndricas para planear
Pueden ser de dientes rectos (fig . 2 .5A) o de dientes helicoidales (UNE 16-201-75 o DIN 884) (fig . 2.513) . 1 . Fresas cilíndricas de dientes rectos . Los dientes rectos tienen el inconveniente de entrar y salir con brusquedad del contacto con la pieza, lo que da lugar a sacudidas y vibraciones y, en consecuencia, engendran superficies fresadas onduladas e irregulares (fig . 2.5C) .
Fig. 2.68 Influencia de la inclinación del díente en la fuerza de corte.
2 . Fresas cilíndricas de dientes helicoidales . Los dientes helicoidales eliminan estos inconvenientes porque trabajan de manera progresiva (fig . 2.513) aunque ; por otro lado, producen esfuerzos axiales (fig . 2.6A y B) que pueden llegar a ser considerables . Por esta razón el ángulo de la hélice debe ser lo más pequeño posible (fig . 2.613) . El sentido de la hélice y el sentido de giro deben ser tales que el empuje axial se produzca en el sentido más favorable . Al montar la fresa, se procura que ésta se halle lo más cerca posible del soporte hacia el cual se dirija el empuje (fig . 2.7A) y, si esto no es viable, se colocan soportes intermedios auxiliares (fig . 2.713) .
Fig. 2. 7A
Fig. 2. 78
3 . Fresas helicoidales acopladas. Son fresas helicoidales de hélice contraria, acopladas dos a dos, para que la inclinación opuesta de los dientes de cada una contrarreste el empuje en sentido contrario que la otra ocasiona (fig . 2 .8). Están normalizadas en UNE 16-202-75 y DIN 1892 . 51
Fig. 2.8
Montajes correctos
corte : izquierda hélice : derecha
corte : derecha hélice : izquierda
giro izquierda
giro derecha
Montajes incorrectos
corte : izquierda hélice : izquierda
Fig . 2.6A
giro izquierda
corte : derecha hélice : derecha
giro derecha
Dirección de los esfuerzos axiales en el fresado con fresa helicoidal.
4 . Fresas con muescas rompevirutas. Para evitar virutas largas, siempre difíciles de evacuar, se fabrican fresas cilíndricas de diente helicoidal con muescas rompevirutas (fig . 2 .9).
Fig . 2.9
5 . Angulos de afilado . Los ángulos de afilado dependen del material a trabajar (tabla 2 .10) . Cuando el rendimiento no sea un factor excesivamente importante pueden emplearse fresas preparadas para trabajar un material distinto al utilizado . No obstante, conviene recordar que el latón y el bronce, por citar unos ejemplos, son muy exigentes y obligan a emplear herramientas afiladas a propósito . 6. Normalización . Para facilitar la fijación y el arrastre, las fresas suelen ser de agujero cilíndrico y chaveta longitudinal . Las designaciones normalizadas son, por ejemplo: - Fresa cilíndrica de planear, de un corte, con arrastre por chaveta, de 80 mm de diámetro exterior y 63 mm de longitud : Fresa para planear 80 x 63 UNE 16-201-75 - Fresa cilíndrica acoplada para planear, con arrastre por chaveta, de diámetro exterior 80 mm y de 125 mm de longitud : Fresa acoplada para planear 80 x 125 UNE 16-202-75 52
Tabla 2.10
Tipo
de fresas
Valores de los ángulos de corte y número de dientes recomendados para distintos tipos de fresas de acero extrarrápido
Para hierro, acero y materiales no férreos
Ángulos de corte D = Diámetro exterior 1 para aceros normales ~z, = para aceros normales 2 para materiales N.° de z2 = para materiales duros y tenaces duros y tenaces dientes L z3 = para metales ligeros 3 para metales Agujero = d : Cono Morse = Mk ligeros Diámetro del vástago = d Á C_[ /i
Para metales ligeros
1 2
Fresas cilíndricas
3
5°
Fresas cilíndricas frontales
Fresas cónicas frontales
Fresas de disco
1
5°
2 3
3° 7"
1
5°
3
Fresas de vástago y de punta
Fresas para ranuras en T Fresas para ranuras de chaveta Fresas para agujeros largos Platos de cuchillas
z2
z, d D
z3 z2 Z3
d
D z,
12° 1215° 3° 5° 912° 6- 25° 208o 30°
D z,
40 6 8 4 16
50 6 8 4 22
60 6 10 5 27
75 6 10 5 32
90 110 130 150 8 10 12 12 12 14 14 16 6 8 8 8 40 40 50 50
40 8 12 6 16
50 8 12 6 22
60 10 14 7 27
75 10 16 8 27
90 110 130 150 12 14 14 16 18 20 22 24 9 10 10 12 32 32 40 40
65 6 9 6 16
75 90 110 7 8 9 10 12 14 6 7 8 22 . 27 32
z2
Z3
d
60 8 16 6 16
z2
z, d
75 10 18 7 22
90 110 130 150 175 200 12 14 16 18 20 20 20 22 24 26 28 30 8 10 10 12 12 14 22 27 27 32 40 40
D z,
100 130 175 210 9 9 8 8
z2
Z3
xTiT~T~7aTi
d
10° 2 3 1
Sierras circulares
D z,
10° 1012° 5° 5° 25 15°
1 2 3
'ÍyppÍl~il~~lll~~ ~III~II IIIII~IIIIIIIIII
íl
Fresas de forma
2 3
10° 1520° 3° 5° 15° 8' 25° 35°
2
~wwry Fresas madre
4° 10° 4045 3° 5° 3540' 6° 25° 5060-
2 3
010° 10° 0° 15° hasta 205°
510 1 3° 038° 15 1 5°
2 3
2 3
1
2 3
d
D
5°
5°
1015° 4° 3° 88° 20° 1520° 5°
12°
010° 3° 8° 0° 8° 25" 1025°
60 8 8 6 22
60 80 100 1150 44- 54- 64- 8434 1 40 48 56 Ancho 1-3,5 5-4 Z3 18 22 26 26 d 16 22 27 32 ~
z,
8°
Véase fresas de disco
50 7 8 5 22
Z3
15- D 25° z, 3° 9° 8' z 2 8' 20° 20 z3 30 Mk
1 2 3 1
D
Z, Z2
10 4 6 3
14 4 6 3
Cilíndrico
20 6 8 4 2
24 6 8 4 3
70 9 10 6 22
80 9 10 8 22
200 1250 104- 12464 i 80 2-5 42 48 32 40 30 6 10 5 3
36 6 10 5 4
90 10 12 8 27 3001 13688 2,5-6 52 40
mm
40 6 10 5 4
D
Zi z2
Z3
Mk D z,
z2 z3
d
D z, z2 Z3
d
hasta 14 mm, desde 16 mm dientes, también 3-4 dientes
2
hasta
2 14
dientes mm, cilíndrico
16,1 200 250 320 10 12 14 16 12 14 16 20 3 4 5 6
2.2 .1 .2
Fresas cilíndricas de corte tangencial y frontal
Pueden ser de varias formas constructivas, a saber : - Agujero . Para diámetro desde 30 a 150 mm . DIN 1880 y 841 (fig . 2 .11) . - Mango cilíndrico. Para diámetros de 2 a 20 mm . DIN 844 (fig . 2.12) . - Mango cónico. Para diámetros de 6 a 40 mm . DIN 845A y B (fig . 2.13) .
Fig. 2.12 Fresa de dos cortes de mango cilíndrico : 1, fresa; 2, aplicaciones .
Fig . 2. 11 Fresa cilíndrica de dos cortes : 1, forma; 2 y 3, métodos de trabajo .
Estas fresas pueden trabajar frontal y tangencialmente (fig . 2.14A y B) . Lo normal es que los dientes tangenciales sean helicoidales . El sentido de la hélice y el de giro deben ser tales que el empuje axial resultante se dirija hacia el mango de la fresa (fig . 2 .14A) aunque en algunos casos también se admite lo contrario (fig . 2 .148) . Si el empuje axial es hacia la cara frontal de corte, la fresa deberá llevar forzosamente un agujero roscado en el mango, para mantenerla sujeta en su asiento por medio de un tirante (fig . 2 .14C) .
Fig . 2.13 Fresa de dos cortes de mango cónico : 1, fresa; 2, aplicación .
Fig . 2.14A
Fig . 2 .14 B
1 . Angulos de afilado . En la tabla 2.10 se indican los ángulos más convenientes para mecanizar los materiales más empleados.
me
2 . Fresas frontales de mango . Una variedad interesante de las mismas es la fresa de dos filos, de diente recto DIN 326 y 327 (fig . 2 .15A) y de diente helicoidal DIN 844 (fig . 2 .1513), que se emplean preferentemente para agujeros ciegos y para ranuras ciegas (chaveteros . . .) o pasantes . Tienen la ventaja de ser robustas, a la vez que resultan fáciles de afilar y facilitan la salida de la viruta . 3. Fresas de gran producción . Para desbastar con gran rendimiento se emplean actualmente fresas de acero superrápido al cobalto DIN 2080 (fig . 2 .16) . Los rebajes en los dientes permiten reducir la fuerza de corte necesaria y fragmentar eficazmente la viruta, lo que se traduce en un incremento de la velocidad de corte, el avance y la profundidad de pasada .
Fig . 2.15A
Fig. 2.16
Fig. 2.158 Fresa de dos cortes de mango cilíndrico de diente helicoidal: 1, fresa ; 2, aplicación .
4. Normalización . Las fresas de mango están normalizadas en UNE 16-013-75 y en UNE 16-017-75 a 16-023-75. Las designaciones a emplear aparecen en cada una de las normas . Así para una fresa cilíndrico-frontal de corte a derechas, mango cilíndrico, diámetro D = 12 mm y de 103 mm de longitud, se escribirá : Fresa cilíndrico-frontal 12 x 103 UNE 16-017-75
l
Una fresa cilíndrico-frontal corta, de dos labios y mango cónico Morse roscado, de 12 mm de diámetro D y longitud total L = 92 mm, se designará, según lo dicho, por: Fresa cilín d ri co-fro ntal 12 x 92 UNE 1 6-018- 75 2.2 .1 .3
1
Fresas de disco
Fig . 2 .17A Fresa de disco de tres cortes : 1, fresa; 2, aplicación .
Se denominan así las fresas cilíndricas cuya longitud es relativamente pequeña comparada con su diámetro (fig . 2 .17) ; pueden ser de : - Tres cortes DIN 885 A y B - 1831-1847 y 1848 (fig . 2.17A) . - Dos cortes (fig . 2.1713) . - Un corte DIN 1 890 (fig . 2.17C) .
3
1
2
Fig. 2.178 Fresa de disco de dos cortes : 1, corte a izquierdas, 2, corte alternativo .
Fig . 2.17C
Fresa de disco de un corte: 1, fresa; 2, aplicación .
1ELT
g 1
"
Fig . 2.188 Forma de montaje de una sierra de disco .
1. Sierras o fresas de disco de uno, dos o tres cortes . Las fresas de un solo corte suelen emplearse para pequeños espesores, en cuyo caso se les suele llamar sierras de disco DIN 1837-1838 y 1840 (fig . 2.18A) .
1" 2
Fig. 2.18A
Fig . 2.18C Ángulos del diente en una sierra de disco .
3
Tres tipos de sierras de disco .
La sierra de disco DIN 1837A, trabajando como fresa, tiene el inconveniente de que, cuando se emplea para hacer ranuras (sobre todo si éstas son profundas), las caras laterales rozan con la pieza, produciendo mucho calor. Sin embargo, tiene la ventaja de que se enfría fácilmente . Este inconveniente queda salvado empleando los discos de sierra DIN 1 837 B y DIN 1838 . Para el troceado en máquinas de serrar automáticamente, se emplean sierras o fresas de disco más robustas (fig . 2.18E y F), también con dientes postizos (fig . 2.18G) o bien con sectores postizos (fig . 2 .18H) . - Empleo de las fresas de tres cortes . Las fresas de tres cortes se emplean fundamentalmnte para el fresado de ranuras; los dientes laterales repasan las superficies abiertas por los dientes longitudinales . Los cortes laterales, ade-
Fig. 2.18E
Fig. 2.18 F
Fig. 2.18 G 55
Fig. 2.18D Forma de trabajo de una sierra de disco.
más de dejar mejor alisadas las caras de la ranura, producen mucho menos calor que las de un solo corte. - Tipos de fresas de tres cortes. Pueden ser de ancho fijo o de ancho graduable. La de ancho fijo tiene el inconveniente de que sólo sirve para hacer ranuras de una medida fija ; además, después de cada refilado, la fresa va haciéndose más estrecha . La graduable o acoplable DIN 1 891 (fig . 2 .19) está formada por dos discos entre los cuales se pueden poner arandelas separadoras para ajustar el ancho a voluntad, lógicamente, entre pequeños límites .
ra A-A
amo
Fig. 2. 19
Fig. 2.18H
Para pequeños rendimientos los dientes tangenciales se hacen rectos (DIN 885) ; para mayores rendimientos los dientes se construyen alternados a derecha e izquierda (DIN 885) (fig .2 .20) . En este caso, los dientes laterales son prácti camente la mitad que en caso de dientes rectos ; ello es favorable, ya que el menor contacto con la pieza disminuye el peligro de calentamiento, a la vez que el afilado es más fácil y rápido . - Empleo de las fresas de dos cortes . Las fresas de dos cortes se emplean fundamentalmente para rebajes o escalones laterales, ya sea individualmente o bien para montajes con otras fresas como en la figura 2 .21 . El dentado de la periferia puede ser helicoidal, a la derecha o a la izquierda . Cuando van acopladas como en la figura 2 .21, el dentado debe ser una a la derecha y otra, a la izquierda, con el fin de lograr la compensación de los esfuerzos axiales.
Fig. 2.21
2 . Designación normalizada de las fresas de disco . Algunas de estas fresas están ya contenidas en las normas UNE. Así en la UNE 16-200-75 están normalizadas las de tres cortes con arrastre por chaveta . Las designaciones se efectúan de acuerdo con las normas ; así por ejemplo: Para una fresa cilíndrica de tres cortes, con arrastre por chaveta, de 80 mm de diámetro y ancho de 10 mm :
I
15
Fresa tres cortes 80 x 10 UNE 16-200-75
Para una fresa cilíndrica de tres cortes, con dentado, alternado en doble hélice, con arrastre por chaveta, de 80 mm de diámetro y 10 mm de espesor : Fresa tres cortes, dentado alterno, 80 x 10 UNE 16-200-75 Detalle A
Fig. 2.22 Fresas de mango para ranurar: 1, de mango cónico de dos cortes; 2, de mango cónico de tres cortes; 3, aplicación .
Fig. 2.23 Fresa de mango cilíndrico para ranurar: 1, fresa; 2, aplicación .
Todas las fresas normalizadas deben llevar el marcado de acuerdo con la norma correspondiente . 3. Fresas de mango para ranurar. Dentro de las fresas de disco, se pueden catalogar las de mango para ranuras en T DIN 851 y 650 (fig . 2 .22), que en último término son fresas de tres cortes con arrastre por mango . Similares a éstas, pero en general de un solo corte, son las fresas de mango para ranuras circulares para chavetas DIN 6888 (fig . 2.23) . Pueden ser de mango cónico o cilíndrico . 2.2 .1 .4
Fresas angulares
Pueden dividirse en estos grupos principales : - Fresa angular isósceles DIN 847 (fig . 2.24A) . - Fresa angular bicónica DIN 182313 (fig . 2 .2413) . 56
- Fresa frontal de ángulo DIN 842 y 1 823A (fig . 2.24C) . - Fresa cónica de mango DIN 1 833A y B (fig . 2.24D) .
Fig. 2.24 8
Fig. 2.24 A
Fig . 2.24C Fresas angulares : 1, de dos cortes para montaje al aire; 2, para montaje en árbol portafresas; 3, para arrastre por chaveta transversal.
Fig. 2 .24 D
Se emplean fundamental(fig . 2 .25A) . mente para ranuras prismáticas Para el fresado de herramientas se suelen emplear fresas isósceles DIN 1 824 con la punta redondeada, como las de la figura 2.2513, con ángulos de 18°, 24° ó 30° . 1.
Empleo de las fresas angulares isósceles .
Fig . 2.25A
Fig . 2.258 Fresa angular isósceles : 1, fresa; 2, aplica ción.
Se emplean para el tallado 2. Empleo de las fresas angulares bicónicas . de ranuras de fresas, ya sean rectas (fig . 2 .26A), ya helicoidales (fig . 2.2613) .
Fig. 2.26A
Se emplean para ranuras3. Empleo de las fresas frontales de ángulo . guías de máquinas (fig . 2 .27A) . Suelen montarse sobre ejes al aire, formando un conjunto de fresa con mango . Para el tallado de ranuras de herramientas (fig . 2 .2713) suelen hacerse de diámetro menor y en estos casos el montaje puede hacerse en árboles largos con apoyo. Se emplean para ranuras se pueden emplear ocasiones también de herramientas (fig . 2 .28A) y en algunas (fig . 2.2813) En la figura 2.28C dimensiones . ranuras de guía de pequeñas para se representa una fresa de mango para achaflanar . 4.
Empleo de las fresas cónicas de mango .
Fig . 2 .27A
Fig. 2.288 Fig . 2 .28A
Fig . 2.278
Fig . 2,28C 57
2 .2 .2
Fresas de perfil constante de dientes destalonados
Para algunos trabajos de fresado, es necesario que la fresa reproduzca en la pieza el mismo perfil de la fresa, aun después de sucesivos afilados . Así debe ser para fresas de redondear DIN 855 y 856 cóncavas y convexas (fig . 2.29A), para las de dentar engranajes DIN 1821 (fig . 2.2913), etc . Esto se logra con las llamadas fresas de perfil constante de dientes destalonados . fresa convexa
Fig. 2.29A
Fig . 2 .298
El perfil constante se consigue por torneado con una herramienta que produce en los planos radiales el perfil deseado (fig . 2 .30) . El destalonado se logra haciendo que esta herramienta siga una directriz adecuada . Las directrices empleadas pueden ser rectas o curvas .
Fig. 2.31 Inconveniente del destalonado recto debido a la reducción progresiva del ángulo de incidencia .
n.
fg A-D-n
Fig . 2.30
Destalonado de fresas en el torno.
1 . Destalonado recto . El destalonado recto tiene el inconveniente de que en los sucesivos afilados, el ángulo de incidencia se hace cada vez menor (fig . 2 .31) .
2. Destalonado curvo con espiral logarítmica . El destalonado curvo salva esta dificultad, si se elige adecuadamente la curva directriz. La curva ideal es la espiral logarítmica que tiene la propiedad de que la tangente a la curva, en cualquier punto, forma un ángulo constante con el radio vector (fig . 2.32), es decir, que el ángulo de incidencia es el mismo durante toda la vida del diente .
2
Fig . 2.32 1 . Espiral logarítmica. Cada radio vector forma con la tangente a la espiral t un ángulo constante B . 2, aplicación a una fresa destalonada .
3. Destalonado curvo con espiral de Arquímedes o evolvente de círculo. Como quiera que el trozo de espiral empleada es muy pequeña, puede sustituirse la curva logarítmica por otra más fácil de obtener. En la práctica se emplea la espiral de Arquímedes o la evolvente de círculo. 4. Afilado. Lo más importante de estas fresas es que el afilado debe hacerse siempre sobre un plano radial (fig . 2.33A) y con divisiones centrales exactas (fig . 2.3313) ; lo primero, para que el perfil sea siempre igual; lo segun do, para que el perfil de cada diente quede a la misma distancia del centro y así trabajen todos por igual . 5. Inconveniente de la fresa de destalonado curvo con perfil constante. Un grave inconveniente de estas fresas es que el destalonado (quitar el talón del diente, para que no roce o talone la parte posterior del diente) no produce el mismo ángulo de incidencia a lo largo de todo el corte. Esto se hace más patente en las fresas con perfiles complejos (ver tema 8 de Tecnología Mecánica 2. 1 Máquinas Herramientas, apartado 8 .4 .7) .
Fig. 2.33A Superficies de desprendimiento sucesivas, situadas correctamente sobre planos radiales .
Así para una fresa de perfil semicircular (fig . 2 .34A), que tenga un ángulo de despulla o incidencia de ¿:A = 10° en el punto A, a lo largo del corte, varía el ángulo hasta llegar a valer £B = 0° en B.
Fig. 2.34A
Fig. 2.33B
Variación del ángulo de incidencia á lo largo del perfil de corte.
Según la figura puede calcularse el ángulo de incidencia correspondiente a cualquier punto; por ejemplo M: a
R - cos ó
[11
a=b-t9FM
[21
pero también
igualando [11 y [21 se tiene: ,tg£M
R- cos ó= b
[31
de donde tg C M
= b cos
ó
[41
Pero R = tg b
LA
valor que, sustituido en (4), resulta : tg
EM
=t g
sA
.
cos ó
[51 59
EJEMPLOS RESUELTOS Ejemplo 1
Hallar el ángulo de incidencia real de una fresa semicircular destalonada (fig . 2 .3413) en los puntos M, M2 y B, si están situados en los ángulos d, = 30°, d2 = 60° y d3 = 90° respectivamente, respecto al punto A, siendo el ángulo de incidencia en A: = 10° . EA
Solución :
Fig . 2. 34 B
Aplicando la fórmula [51 para cada uno de los casos, se tiene :
Primer caso:
Punto M I y d, = 30° : tg EMS = tg £ A cos = tg 10° - cos 30° = 0,176 x 0,866 = 0,152, de donde: óMi c m , = 8,68° . Valor aceptable .
Segundo caso :
Punto M2 y d2 = 60° : tg EM2 = tg 10° . cos 60° = 0,176 x 0,5 = 0,0881 desfavorable .
y EM2 =
1,75° . Valor muy
Tercer caso:
Punto B y d 3 = 90° : tu £a = tu 10° ~ cos 90° = 0,176 x 0 = 0 , y, por tanto ~ a = 0° . Por supuesto inadecuado para trabajar .
Fig. 2.35
6 . Grupos de fresas . Para evitar estas variaciones tan desfavorables en fresas con formas muy complejas o con fuertes variaciones de pendiente en el perfil, se recomienda emplear grupos de fresas compuestas por varias fresas simples unidas entre sí (fig . 2 .35) .
Fig. 2.36A
7. Consecuencias de carácter práctico. De todo lo expuesto se deduce lo siguiente: - Estas fresas tienen normalmente ángulo de desprendimiento nulo . - El ángulo de incidencia resulta poco favorable en muchos casos. - La velocidad de fresado se reduce considerablemente para que la duración entre afilados consecutivos sea lo mayor posible . Por estas razones, el rendimiento de estas fresas, si se comparan con las otras, es en general pequeño, razón por la cual debe limitarse su empleo a los casos imprescindibles . 8 . Aplicaciones. En la fresas más empleadas, entre sean de disco (fig . 2 .36A, B, o, fresa madre (figs. 2.42A ; B,
figura 2 .36 se muestran algunos perfiles de las las que destacan las de módulo (fig . 2.2913) ya C, D, E y F) ya sean las llamadas de generación 2.43 y 2 .44) .
MEN rA
Fig . 2.36D
Fig. 2. 36 C
2 .2 .3 Fig . 2.37A
Fig . 2.378
i
ú" N J/IN
Fig . 2 .36E
.-,
Fig . 2.36E
Fresas de dientes postizos
Para fresas de grandes dimensiones, resulta antieconómico construirlas totalmente de material de la misma calidad. En estos casos se emplean fresas con el cuerpo de acero de construcción tenaz, y sólo los dientes se hacen de acero de herramientas o de metal duro . Se emplean dos tipos de diente postizo : diente postizo permanente o soldado (fig . 2 .37A) y diente recambiable o de fijación mecánica (fig . 2 .3713) . Cuando la fresa de dientes postizos es de eje vertical, o mejor dicho, preparada para el fresado plano frontal, recibe el nombre de plato de cuchillas. En este tipo de fresas es muy importante la colocación de los elementos postizos de corte, que deben ser perfectamente concéntricos , para que el fresado tenga la calidad y el rendimiento requeridos . 60
2 .2 .3 .1
Platos de cuchillas recambiables
Los sistemas de fijación de las cuchillas al cuerpo son muy variados (fig . 2 .38) . Todos ellos, como es lógico, están encaminados a garantizar una fijación segura y el cambio rápido y preciso del elemento de corte.
Fig. 2.38 Fijación mecánica de cuchillas y plaquitas: 1, plato de cuchillas, 2, 3 y 4, diversos sistemas de montaje. 1 . Afilado de las plaquetas. Las cuchillas y plaquetas afilables sé repasan una vez colocadas en posición (ver tema de afilado) . Los platos con plaquitas de metal duro no reafilables o las cerámicas deben tener un sistema de colo cación y fijación muy preciso ya que, al no reafilarse, se perdería mucho tiempo para el montaje correcto si el sistema no fuese adecuado . Por esta misma razón, las plaquitas se fabrican con tolerancias muy estrechas en las aristas cortantes (Norma UNE 16-113-75) . 2 . Número de plaquitas. El número de dientes puede ser muy variado y oscilar de 4 a 80 aproximadamente; depende de las formas y tamaños de las plaquitas. 3 . Fijación de los platos de cuchilla . Su fijación a la máquina puede ser como las fresas enterizas, pero lo más frecuente es que vayan montados en mangos de acero, o bien se pueden fijar directamente al eje de la fresadora (Ver apartado 2.3 y siguientes) . 2.2 .3 .2
Disposición de las cuchillas en el fresado frontal
Hay dos formas de disponer las cuchillas en los platos de fresado frontal: de forma equidistante y de forma escalonada . En la primera forma todas las cuchillas son exactamente iguales, con el mismo saliente y a igual distancia del eje. En la forma escalonada cada cuchilla está un poco más cerca del centro que la anterior, formando una especie de espiral (fig . 2.39A) ; al mismo tiempo, cada cuchilla sobresale un poco por encima de la anterior, de modo que la que está más cerca del centro es al mismo tiempo la más saliente . Cuando las cuchillas son equidistantes (fig . 2.3913), cada una de ellas da la profundidad de corte total con que se mecaniza la pieza, pero en cambio sólo coge el material correspondiente al avance por diente, o sea, el avance por revolución dividido entre el número de dientes (fig . 2.40) . Por e l contrario, en 1 os p 1 atosescalonad os, cada cuchilla toma una pro 4undidad de corte igual a la profundidad de corte total dividida entre el número de dientes y, en cambio, el avance correspondiente a cada cuchilla es igual al avance por revolución de la fresa (fig . 2.41) . Por ello, estas últimas fresas se emplean con preferencia para grandes desbastes con mucha profundidad de pasada, mientras que las fresas con dientes equidistantes son más convenientes para trabajos con poca profundidad y en donde se necesite un buen pulido . Al calcular los avances y profundidades de corte se ha de tener en cuenta la manera de trabajar de cada uno de los tipos de platos . 61
546 37 281 Fig. 239A
Fig. 2.40
Fig. 2.41
Fig. 2.39 B
2 .2 .4
Otros tipos de fresas
Dentro del grupo de fresas destalonadas o de perfil constante, cabe destacar las que se emplean para el tallado de los ejes nervados por generación (fig . 2 .42A y B) DIN 5482, y DIN 5461 a 5465, y para ruedas de cadena (fig . 2 .43) DIN 2315-16-17-18 y 8197 . ~ll 1 r l'.\f\f\f\_ IIU~II/~í11~q
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Fig . 2.45 Fresa perfilada de mango para el tallado de ruedas dentadas: 1 y 2, fresas, 3, aplicación .
Fig. 2.42A
Fig. 2.428
Fig . 2.43 Para el tallado de ruedas helicoidales para tornillo sin fin se emplean fresas de tornillo o fresas madre (fig . 2 .44), así como para tallar ruedas helicoidales o de diente recto DIN 3968-3972-8000-8002 y 5841 .
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Fig . 2.44 Fresa madre: 1, para penetración axial, 2, para montaje en árbol portafresas; 3, dentado con fresa madre.
2
Fig. 2.46A
En la figura 2 .45 se muestran unas fresas de mango para el tallado de ruedas dentadas ; la figura 2 .46A y B DIN 343-344 y 8043, se representan fresas de avellanar con sus aplicaciones ; en la figura 2 .47 se muestran las llamadas fresas rotativas de formas muy variadas y que se emplean para trabajos de troquelería, moldes, repaso de superficies, repaso de aristas y agujeros, etc . y, finalmente, sin ánimo de agotar el tema, se pueden ver las fresas para roscar (fig . 2 .48A, B y C) DIN 887-888-852 y 1893 .
en
Fig.
Fig . 2.468 62
2 .47
Fresas rotativas y su aplicación en el acabado de moldes.
1111111111/llllllllhÍ%IÍII
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Fig. 2.488
DIN 852
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Fig. 2.48A
2 .3
I5JI:1,I
Fig. 248C
Sistemas de arrastre de las fresas
El montaje de la fresa a la máquina es de gran importancia para lograr un buen rendimiento, una calidad aceptable y una buena conservación de la misma fresa. Los sistemas empleados pueden ser : -
2.3.1
Montaje directo . Montaje en eje o mango al aire. Montaje con pinza . Montaje en árbol portafresas largo . Adaptadores y reductores .
Montaje directo
Se llaman así los sistemas que sirven para acoplar la fresa directamente al eje de la máquina . Con estos sistemas se obtiene una gran robustez y precisión de montaje, ya que no se emplea ningún elemento intermedio . Sólo depende de la precisión de la máquina y del estado de su conservación, así como de la propia herramienta . 2.3.1 .1
Montaje con cono Morse
Algunas fresadoras llevan el eje principal con un cono interior Morse (fig . 2.49). Gracias a su pequeña conicidad, la herramienta se adhiere fuertemente al eje, permitiendo transmitir momentos bastante grandes sin necesidad de otros sistemas de arrastre . Sin embargo, para evitar que puedan patinar (girar en vacío) en casos desfavorables, es conveniente que lleven un sistema de arrastre (fig. 2 .50A y B) y un tirante en el eje de la máquina, que no sólo sirve para fijar la fresa, sino también para su extracción.
Fi,q- 2.49 Nariz del husillo principal con cono interior tipo Morse. 63
Fig. 2.51 Montaje de un plato de cuchillas sobre el cono exterior del husillo principal.
Fig. 2.50A Arrastre complementario por chaveta transversal.
Fig. 2.52A Montaje directo de un plato de cuchillas sobre la cara frontal del husillo.
Fig. 2.508 2.3 .1 .2
Fijación de la herramienta o útil por medio de tirante.
Montaje con cono exterior del eje
En otros casos, el eje lleva, además del cono interior, un cono exterior DIN 2201 (fig . 2.51) al cual se ajusta la fresa y se aprieta con un tirante y platina . El arrastre se hace con chaveta longitudinal o transversal . 2.3 .1 .3
Fig. 2.528
Es un sistema similar al anterior, muy empleado para platos de cuchillas . El eje de la fresadora (fig . 2.52A) termina en una platina plana (1), de dimensiones normalizadas, provista de unas chavetas transversales de arrastre (2) y de cuatro agujeros roscados (3) que sirven para sujetar el plato de cuchillas . El centrado suele hacerse de diversas maneras: con unos pitones de situación, con una guía (4) en el plato (fig . 2.5213), con un centrador (1) (fig . 2 .53) DIN 2079 que ajusta en el cono interior del eje y lleva una espiga rectificada donde ajusta el plato de cuchillas. Si no tiene ningún sistema de centrado, habrá que comprobar la posición de la fresa con algún instrumento auxiliar : comparador, gramil, etc., antes de apretar definitivamente los torníllos . 2 .3 .2
Fig. 2.53
Fig. 2.54A
Montaje sobre platina de arrastre
Montaje con eje al aire o mango postizo
Para fresas o platos de cuchillas no provistas de mango, o que no se pueden acoplar directamente al eje, es necesario disponer de unos mangos o ejes postizos (1) (fig . 2 .54A, B, C y D) de distintas formas, tanto en la parte donde se coloca la fresa, como en la manera de unirse a la máquina. El adaptador es de cono Morse o ISO, generalmente con tirantes de aprieto .y extracción . Se fabrican estos ejes con acero de resistencia mínima en el núcleo de 80 kgf/mmz. Son de acero aleado de cementación, tratados adecuadamente, con una dureza de 58 a 62 HRC y rectificados con gran precisión . Todos ellos están normalizados en sus formas y dimensiones.
Fig. 2.54 8
Fig . 2.54C
2.3 .2 .1
Fig. 2.54D
Mangos con extremo roscado
Se emplea este sistema para pequeñas fresas frontales (fig . 2.55A) o cónicas (fig . 2 .5513) que por su tamaño y manera de trabajar no se pueden sujetar de otro modo ; es un sistema poco usado . Deben llevar algún elemento de cen trado y además el sentido de la rosca debe ser tal que, durante el trabajo, tienda a apretarse . El paso de la rosca suele ser amplio, para que pueda aflojarse con facilidad cuando se quiere separar la fresa del mango . 2.3 .2 .2
Mangos con arrastre de chaveta
En la figura 2 .56A se muestran dos ejes cortos con mango ¡SO según DIN 6360 y Morse según DIN 2207 capaces de ser utilizados para cualquier tipo de fresa con agujero y chaveta longitudinal . En la figura 2 .5613 se pueden ver varios portafresas cortos de arrastre por chaveta frontal y su llave de apriete. La figura 2.56C representa tres ejes compuestos con la posibilidad de emplear fresas con chavetero transversal y longitudinal, según DIN 2087-6361 y 6362 .
Fig. 2.56C 5:
Tecno7ogia 2.2.
Máquinas Herramientas
Fig . 2.55A
Fig. 2.558
La figura 2 .56D contiene varios mangos para platos de cuchillas con arrastre por chaveta transversal y fijación con tornillos a una platina normalizada como la de los extremos del eje principal de la fresadora .
Fig. 2.56 D 2.3 .3
Fig. 2.57A
parte fija de la máquina/ fresa
¡,ante
Montaje con pinzas directamente en el eje principal
Para las fresas de mango cilíndrico, brocas, etc., se emplea con gran eficacia, tanto de arrastre como de centrado, la fijación por pinzas autocentrantes (fig . 2.57A) . La pinza puede ser de muy variada forma según el proyectista, pero siempre está formada por un casquillo o tubo elástico provisto de varias ranuras longitudinales, cuyo diámetro varía con la acción de una fuerza exterior . El material con que se fabrican es acero de gran elasticidad, templado y revenido . Al ejercer la presión sobre la cara cónica exterior se obtiene un estrangulamiento del agujero, lo que produce la presión sobre el mango de la herramienta . El acero es elástico entre ciertos límites ; por tanto, no se debe emplear una pinza para un diámetro menor que el nominal de la misma. Las pinzas son extremadamente frágiles y pueden romperse fácilmente al menor descuido . Bien utilizadas, no hay peligro de rotura . 2 .3 .3 .1
Pinzas de acoplamiento directo
Se emplean con gran eficacia pinzas de cono ¡SO como las de la figura 2.57B . El tirante normal sirve para su fijación . Tienen la ventaja de mantener la fresa muy cerca del extremo del eje. La pinza de la figura 2 .57C se emplea sin tirante apretándola con un pequeño golpe de maza contra el asiento cónico .
Fig. 2.578
2 .3 .3 .2
Portapinzas
La ventaja que tienen las pinzas de acoplamiento directo, al mantener la fresa a poca distancia del eje de la fresadora, puede resultar en ocasiones un inconveniente. Se evita esto empleando un portapinzas que se acopla al eje de la fresadora y en su interior se aloja la pinza (fig . 2.58A) . La variedad de portapinzas es extraordinaria, como consecuencia de la gran diversidad de fresas y trabajos a realizar . En este sentido, sirve de ejemplo un portapinzas con pinza de autoapriete (fig . 2 .58B), de fijación muy segura .
Frg. 2.57C
Fig. 2.58A
Fig. 2.58 B 66
2.3 .4
Montaje con árbol portafresas largo
Cuando la fresa debe colocarse a mayor distancia del extremo del eje principal que lo permitido por los sistemas anteriores, se utiliza el árbol portafresas como el de la figura 2.59A. La fresa se coloca en cualquier parte del árbol gra cias a los casquillos o distanciadores DIN 2084 (fig. 2.598) . Sobre el eje pueden hacerse montajes simples o múltiples de fresas . En la figura 2 .5913 puede verse la forma de los ejes de fresadora según DIN 6354 .
4 Fig. 2. 59 8
Fig . 2.59 A
Los casquillos distanciadores pueden servir para obtener una separación adecuada a las necesidades del montaje . Cuando no puede lograrse la medida necesaria con estos casquillos fijos, se emplea un casquillo regulable en anchura, corno el de la figura 2.60A .
Fig. 2.60A Reglaje de la distancia entre dos fresas ajustando a mano un casquillo regulable .
Detalle x
Completa el árbol uno o más bujes DIN 2083 cilíndrico (fig . 2.608) o cónico (fig . 2.60C) que, a la vez que se emplean como distanciadores, sirven fundamentalmente de apoyo a las lunetas del puente (fig. 2.60D) . En las fresadoras de precisión el buje de la luneta del extremo suele llevar rodamientos de agujas . Finalmente, el eje portafresas (leva la tuerca de apriete y la chaveta de arrastre (fig . 2 .60E) .
Fig. 2.60 B
u, V-0-Mr .00.41 FO,
Fig . 2.60 C
Fig . 2.60D Montaje de! buje de apoyo del árbol portafresas : 1, cilíndrico; 2, cónico .
Fig . 2.60 E
67
Para trabajos ligeros se emplean árboles sin chavetero y por tanto las fresas, bujes y separadores pueden ser lisos interiormente . El arrastre se hace por rozamiento entre las caras laterales de la fresa y separadores. En estos casos, el sentido de giro debe ser tal que la tuerca tienda a apretarse durante el trabajo, y no a aflojarse . 2 .3 .5
Adaptadores y reductores
Las herramientas (fresas, brocas, etc .) y los accesorios (pinzas, porta~ pinzas, árboles, etc . ), no tienen todos el mismo sistema de sujeción . Ya se ha visto anteriormente que unos llevan cono Morse, otros tienen el mango cilín drico y otros llevan cono ISO, etc . Tampoco todas las fresadoras son iguales en el extremo del eje principal donde deben colocarse las herramientas o los accesorios . De todo esto se deduce que, ni cada herramienta puede colocarse directamente en cualquier fresadora, ni en una fresadora determinada se puede colocar cualquier herramienta . Para solucionar, en parte, este problema se emplean unos accesorios que, teniendo exteriormente un sistema de sujeción adaptable al tipo de fresadora, en su interior llevan otro sistema, al cual puede acoplarse la herramienta que no podría hacerlo directamente a la máquina . En las figuras siguientes se muestran algunos de estos accesorios : En la figura 2.61A se muestra uno de los adaptadores pasantes más frecuentes (DIN 6364); exteriormente es un cono ¡SO e interiormente un cono Morse .
Fig . 2 .61 A
En el detalle de la figura 2.6113 el tirante de la máquina aprieta el conjunto a través de la rosca del cono de la herramienta . En la figura 2 .610 la herramienta se une al accesorio por medio de tornillos de cabeza cilíndrica, y todo el conjunto con el tirante.
Fig. 2.618
Fig . 2.61 C
En la figura 2 .62A se puede ver dos reductores ¡SO a ¡SO . En la figura 2.6213 se presenta un reductor Morse a Morse.
228
DIN 2207
VAIMII ,TI 211
,DIN 228
V
Fig . 2.62 A
Fig. 2.62 8 68
DIN 2201
En la figura 2.62C se puede apreciar un reductor de ISO a Morse . El de la figura 2.62D es similar al de la figura 2.6213, pero con ojal para el arrastre de brocas . La figura 2 .62E es un reductor pasante cono Morse a Morse menor, con tuerca de extracción . Para terminar, ya que la variedad de adaptadores y reductores es muy grande, en la figura 2.62F se muestra un reductor-alargador ¡SO a Morse .
Fig . 2 .62 D
DIN MO
DIN 2201
Fig. 2.62 C
2.4
Fig. 2.62 E
Precauciones y observaciones en el montaje y reglaje de las fresas
Antes de pasar a describir el reglaje de posicionamiento de las fresas a la hora de empezar a trabajar, se anotan algunas precauciones y cuestiones de la mayor importancia para lograr un trabajo correcto y rentable . 2 .4 .1
Fig . 2.62 F
Fuerzas originadas por el corte y manera de contrarrestarlas
Antes de proceder al montaje de la fresa y de sus accesorios apropiados, hay que prever las fuerzas que el corte originará tanto en intensidad como en dirección y sentido, con el fin de tomar las precauciones oportunas . 2 .4 .1 .1
Fuerzas radiales y tangenciales
Las fuerzas que intervienen en el proceso de fresaso actúan sobre el árbol portafresas, por un lado, perpendicularmente a su eje longitudinal, sometiéndolo a un trabajo de flexión (fig. 2 .63A) y, por otra parte, en la dirección de su periferia solicitándolo con ello a torsión . La fuerza periférica F (fig . 2.6313) actúa sobre un brazo de palanca cuya longitud al radio de la fresa. Por lo tanto se tiene que :
o, lo que es lo mismo : F - R = 0 - r
Fig . 2 .63A el fresado .
y
De la presente fórmula se deduce que el esfuerzo resistente 0, que actúa en la periferia del árbol portafresas, aumenta con la magnitud del radio R de la fresa y disminuye cuando aumenta el valor del radio r del árbol ; todo esto suponiendo un mismo esfuerzo periférico F. Por esta razón las fresas bien construidas guardan una proporción adecuada entre el diámetro interior y el exterior . La fuerza tangencial F varia como es lógico con la forma de dentado y la longitud de la fresa, 69
Esfuerzo de flexión en
Fig . 2.638 Potencia y resistencia en el trabajo de la fresa .
Fig. 2.63C Desproporción evidente de los diámetros de una fresa que crea puntos débiles en los fondos de los dientes.
Para que el árbol sufra mínimos esfuerzos resulta ventajoso que el diámetro de la fresa sea lo menor posible y el del árbol sea máximo ; pero, teniendo en cuenta que si se debilita en exceso el espesor de la fresa (fig . 2 .63C), ésta puede romperse con facilidad . La fuerza F varía proporcionalmente con la longitud de la fresa y depende también de la forma del diente . Por tanto, habrá que tomar como primer principio o precaución el que la fresa esté lo más próxima al punto de arras tre (fig . 2 .63D), con lo cual disminuye la deformación del árbol debido al esfuerzo (Tema 5 Tecnología Mecánica 2.1 Máquinas Herramientas). Las fresas cilíndricas de diente recto originan una fuerza radial, considerable, que tiende a flexar el eje . Por lo tanto, habrá que colocar la fresa lo más próxima posible a los apoyos adicionales (fig . 2.63E) . Para que estos apoyos sean efectivos han de estar perfectamente ajustados a los bujes; de lo contrario, ni el empotramiento podrá considerarse como tal, ni el trabajo realizado será de buena calidad . 2 .4 .1 .2
Fig. 2.63 D
Fig . 2.63 E
La fresa de diente helicoidal produce, además de la fuerza radial, una fuerza axial (tabla 2.64) . Esta fuerza la soporta el eje principal de la fresadora, por lo cual habrá que procurar que el sentido de esta fuerza sea precisamente hacia dicho soporte. Esto es un inconveniente cuando la fresa está muy alejada del eje principal porque se produce un efecto de pandeo . En casos graves mejor será que la fuerza se dirija al extremo del árbol portafresas y así se producirá un esfuerzo de tracción evitando el pandeo . La fuerza de corte y el sentido de giro también tienen efecto sobre la pieza, (principio de acción y reacción) de tal manera que, en ocasiones, no tener en cuenta este detalle, puede traer consecuencias desagradables : rotura de piezas, rotura de la fresa o simplemente trabajo o pieza inutilizada y, por supuesto, tiempo perdido. Un ejemplo claro de esto se tiene en el caso de fresado por trepado (tema 3) ; si la máquina no está preparada para ello es imprudente y peligroso trabajar con este sistema . Otro caso similar se puede producir al trabajar con el aparato divisor circular. En la figura 2.65, al fresar una pieza poligonal con una fresa cilíndricofrontal, las fuerzas de corte tienden a hacer girar la pieza en un sentido o en otro, según sea su posición o su avance y sentido de giro . Habrá que hacer que la fuerza resultante tienda a hacerla girar en sentido contrario al que se hace el giro para hacer la división o, lo que es lo mismo, hacer las divisiones de manera que el giro del divisor sea en sentido contrario a aquella fuerza resultante . No tener esto en cuenta supondría tener que blocar fuertemente el aparato divisor después de cada giro y aun así se correría el riesgo de inutilizar la pieza y tal vez la fresa misma . 2 .4 .2
Fig . 2.65
Fuerzas axiales
Empleo del útil apropiado
Una vez analizado el efecto de las fuerzas de corte, hay que seleccionar el útil a emplear de acuerdo con la fresa y el tipo de trabajo . De acuerdo con lo dicho en los números anteriores respecto al arrastre de la fresa y tras el estudio previo del trabajo, se elige el sistema más oportuno . A veces ni siquiera hay posibilidad de elegir, ya que las circunstancias imponen un determinado sistema . Sea cual fuere el método empleado, es necesario comprobar los siguientes aspectos : 1 . Posibilidad de realizar con ese montaje el trabajo deseado en condiciones aceptables . 2. Posibilidad de montar en buenas condiciones la fresa en el útil (ajuste correcto, posibilidad de fijación y arrastre); al mismo tiempo se comprueba que la parte del útil que debe unirse a la fresa está en perfectas condiciones . Dígase lo mismo de los casquillos, bujes, adaptadores o reductores que deban emplearse . 3. Estado del apoyo o apoyos de la fresadora, incluida la limpieza de los mismos . 4 . Comprobar el buen estado de los tirantes de fijación y extracción, así como la coincidencia de su rosca con la del útil . Si hubiera alguna anomalía en cualquiera de estos puntos se procederá a su corrección antes de pasar adelante . 70
Tabla 2 .64
Sentidos de giro y esfuerzos axiales en las fresas helicoidales
71
2 .4 .3
Montaje del útil y de la fresa
Colocando el útil en su alojamiento y la fresa en el suyo, y firmemente apretados, se comprueba el centrado de la fresa y se observa que no cabecee ni salte. Se dice que la fresa cabecea cuando al girar no queda centrada en dirección del eje; es decir, cuando la cara lateral o los dientes laterales no se mueven en un mismo plano perpendicular al eje de giro . Se dice que la fresa salta, cuando los dientes periféricos no describen todos una misma superficie de revolución . En ambos casos se dice que la fresa está descentrada. 2.4 .3 .1
Centrado de la fresa
Para verificar el centrado, se pueden seguir etapas progresivamente más perfectas, a saber : 1 .a Se hace girar la fresa y se observa el centrado o descentrado a simple vista. 2.a Se aproxima una punta de señalar fija o un gramil a los dientes laterales (o a la cara lateral), y se comprueba si hace contacto en todos ellos. Lo mismo se hace con los dientes periféricos . 3 . a Se repite el ensayo con un comparador centesimal en lugar de una punta de trazar o gramil . En cada una de estas etapas se procede a las correcciones necesarias hasta lograr un resultado satisfactorio antes de pasar a la siguiente etapa . El ingenio y criterio mecánico, así como el sentido común, señalarán las maneras de corregir los defectos detectados . En los árboles largos con varios casquillos separadores, a veces, es suficiente aflojar la tuerca y girar unos casquillos respecto a los otros para corregir el error de cabeceo y salto . 2.4 .4
Reglaje de la fresa respecto a la pieza
Para lograr un trabajo correcto no es suficiente que la fresa esté bien montada en su árbol portafresas ; hace falta, también, que ocupe una posición correcta respecto a la pieza . Algunos de los casos más frecuentes son : - Posición de planeado para lograr dimensiones determinadas, así como superficies correctas y con la calidad exigida . - Posición de ranurado o de resaltes . - Posición de centrado para taladrado, mandrinado, etc. 2 .4 .4 .1
Posición de planeado
Para planear se pueden emplear varios tipos de fresas ; de ahí que cada una tenga sus peculiaridades propias para lograr un planeado determinado . 1 . Planeado con fresa frontal. Si se trata de fresas frontales, para lograr un plano perfecto, todos los dientes deben moverse en un plano teórico coincidente con el plano real a obtener (fig . 2.66A) . Si ello no es así, la superficie fresada no será un plano, sino una superficie curva (fig . 2.668). Si el plano se mecaniza de varias pasadas, resultará una serie de curvas y crestas (fig . 2 .66C) .
Fig. 2,66 C 72
El aspecto de la superficie fresada, vista por arriba, será el de una serie de rayas curvas en la misma dirección y, lateralmente, superficies curvas unidas entre sí. Quiere esto decir que, al menos para las pasadas finales, el eje de giro de la fresa debe estar perfectamente perpendicular al plano ideal para evitar los defectos indicados anteriormente . Esto se puede comprobar con un comparador colocado sobre un soporte acoplado al eje de giro (fig. 2.67) y haciendo contacto en varios puntos de un plano patrón que sirva de SR ; el comparador de reloj debe señalar en la pieza la misma desviación, una vez que se ha dado una pasada . El aspecto de la superficie así planeada será el que se muestra en la figura 2.66A . 2 . Planeado con fresa cilíndrica . Si el planeado se desea hacer con una fresa cilíndrica, habrá que comprobar ante todo que el diámetro de la fresa es igual en toda su longitud ; de lo contrario, generará una superficie quebrada si se realizan varias pasadas (fig . 2.68), o una superficie inclinada (fig . 2.69) si sólo se da una pasada . Puede darse este mismo efecto si el eje de la fresadora no está perfectamente paralelo al plano teórico de la pieza. El reglaje de la fresa, en cuanto a posición, puede hacerse con un comparador apoyado sobre un plano patrón y haciendo contacto a lo largo de una generatriz de la fresa (fig . 2.70) . Con frecuencia, la mejor, y a veces la única verificación, se logra efectuando una pasada sobre la pieza y verificando la planicidad y paralelismo de la superficie obtenida . 3 . Reglaje de la pasada . Para el reglaje de la pasada se pueden considerar dos casos : 1 .° Que la superficie a mecanizar no sea perfectamente regular y plana o que no sea paralela a la superficie de referencia a pesar de ser plana . 2 .' Que sea plana y paralela a la superficie de referencia . - Primer caso . Para el primer caso (fig . 2.71) lo más práctico es dar una primera pasada y medir, en dos extremos opuestos de la pieza, la separación entre la superficie de referencia y la obtenida en esta pasada inicial . Si la pieza no tiene la misma medida en los dos puntos, se corrigen los defectos que originan la falta de paralelismo y, una vez conseguido esto, se da una nueva pasada y se coloca el tambor del husillo a cero. Se mide de nuevo., y la diferencia entre esta medida y aquella a la que debe quedar la pieza será la profundidad de la pasada que se debe dar . La pasada se dará en una sola vez o en varias veces, según convenga .
Fig . 2.67
Fig . 2.68
Fig. 2.69
Fig . 2. 70
- Segundo caso . Para el segundo caso se hace contacto con la fresa, se pone el tambor a cero y se estará en el caso anterior. Para efectuar esta operación correctamente, se puede proceder así : 1 .° Se impregna la superficie de la pieza con yeso, o bien se adhiere a ella un papel fino . 73
2.° Se pone la fresa en marcha y se va aproximando a la pieza hasta que haga una pequeña señal en el yeso o levante el papel . Hay que tener en cuenta que, con el yeso, la posición de la fresa será siempre de contacto real ; no así con el papel, puesto que la fresa puede levantarlo sin hacer verdadero contacto . Seguidamente, se coloca el tambor a cero ; en el primer caso, ligeramente pasado ; en el segundo, sin llegar a cero . A partir de aquí se procede como en el apartado anterior . Se recuerda que, en cualquier circunstancia, los carros han de estar perfectamente ajustados si se quieren evitar sorpresas desagradables . 4. Planeado con resalto. Cuando la pieza a planear tiene un resalto (fig . 2.72) se actúa de manera parecida, empleando los dos carros correspondientes . El proceso a seguir es el siguiente: 1 . Se hace contacto con la cara superior de la pieza y se pone el tambor a cero . 2 . Se retira la fresa fuera de la pieza y se da la profundidad de pasada . 3 . Se hace contacto lateral con la pieza y se pone el tambor a cero . 4 . Se saca la fresa fuera de la pieza . 5. Se mueven los carros para obtener la cota Pa. 6. Se da la pasada lateral .
Fig. 2. 72
2 .4 .4 .2
Posicionado para piezas con ranuras
Para el ranurado en piezas prismáticas, se procede así: 1 . Hacer contacto lateral (fig . 2.73) poniendo el tambor a cero . 2. Bajar la pieza . 3. Desplazar la mesa de acuerdo a la distancia a que se debe hacer la ranura y bloquear la mesa . 4. Hacer contacto con la periferia de la fresa y poner el tambor a cero . 5. Retirar la fresa de la pieza . 6. Dar la profundidad de pasada y bloquear la ménsula . 7 . Si la ranura debe tener una longitud determinada, se hace contacto con la pieza y se pone el tambor a cero . 8 . Se procede a fresar teniendo en cuenta el desplazamiento real de la mesa con el tambor, de acuerdo al acotado de la pieza y al tiempo empleado . 74
Fig. 2. 73 2.4 .4 .3
Posicionado de piezas de sección circular
Para piezas circulares en las que la ranura deba quedar centrada, se puede proceder de manera similar al caso anterior, haciendo contacto con la fresa en la pieza (fig . 2 .74A, 1 y 2) ayudándose con escuadras o piezas auxiliares, como se muestra en la figura 2.74A, 3.
Fíg. 2 74A
3
Para ranuras descentradas se procede de igual manera, previo cálculo de la posición deseada (fig . 2 .7413) . En algunas ocasiones también puede realizarse el centrado haciendo un trazado previo de la situación de la ranura, y procurando después colocar la fresa donde señale el trazado . No es muy aconsejable este procedimiento, ya que a los errores que puedan cometerse en el trazado se suma el que se comete al intentar la coincidencia de la fresa con el trazado, que debe hacerse a simple vista . Un detalle a tener en cuenta, sobre todo si la tolerancia del ancho de la ranura es relativamente pequeña, es que el ancho de la ranura será el de la fresa sólo en el caso de que el centrado de la misma sea perfecto y que no haya holguras en los apoyos del eje . Para estos casos convendrá asegurarse, haciendo una prueba en una falsa pieza. Si no es posible obtener el ancho deseado de la ranura en una sola pasada, se elige una fresa algo menor y se hace en dos pasadas.
75
Fig. 2.748
2.4 .4 .4
Posicionado en piezas con nervaduras
Se presenta un problema similar cuando hay que hacer nervaduras o ejes estriados (fig . 2.36E) . Para el centrado se procede de manera parecida a los casos anteriores . Si se emplean dos fresas, habrán de ser de diámetros iguales y convendrá hacer una comprobación sobre una pieza testigo para verificar si el ancho del nervio es el deseado y no más pequeño . Pueden emplearse anillos separadores fijos o extensibles . 2.4 .4 .5
Fig. 2 76A Posicionamiento del husillo de la fresadora respecto a una cara de referencia mediante un mandril fijo .
Reglajes para centrar
Con cierta frecuencia es necesario taladrar o mandrinar en la fresadora y menos frecuente es tener que tornear . El proceso para centrar, es decir, para hacer coincidir el eje de la fresa con el del elemento a mecanizar, depende de la forma de la pieza . 2 .4 .4 .5 .1
Centrado por coordenadas cartesianas
Cuando las piezas están planeadas, al menos en dos de sus caras dispuestas a noventa grados, estas caras pueden servir de superficies de referencia (fig . 2 .75), y se puede hacer el posicionamiento por coordenadas cartesianas . - Primer procedimiento . Para facilitar el posicionamiento correcto de la herramienta se monta en el eje del cabezal un mandril centrador que puede ser fijo (fig . 2.76A) o de los llamados de pelo (fig . 2.768); también podría emplearse un centrador óptico (fig . 2 .76C) . El proceso a seguir (fig . 2 .77) puede ser el siguiente: E
Fig . 2.76E Posicionamiento del husillo respecto a una cara de referencia con un mandril móvil.
Fig . 2. 77
1 . Si se emplean los primeros, más usuales en fresadoras (los otros son de empleo más común en las punteadoras y mandrinadoras de precisión), se hace contacto en una de las caras laterales de referencia (SR), y se pone el tambor correspondiente a cero . 2. Se desplaza el carro hasta que el centrador de la pieza sobrepase ligeramente la otra cara de referencia (SR) 2. Fig. 2.76C Alineación del husillo respecto a una cara de referencia por medio de un centrador óptico. El visor permite alinear el husillo con una traza de la escuadra que coincide con el vértice del ángulo recto .
3.
Se desplaza la mesa en una medida m igual a (x i + d), siendo d el 2 diámetro del centrador; a continuación se bloquea la mesa . 4 . Se hace contacto con la segunda cara de referencia (SR)2 poniendo el tambor a cero, se baja la mesa o se quita el centrador. Si la herramienta es larga, se sigue bajando la pieza colocando la herramienta en el momento que pueda deslizarse por encima de aquélla . 76
5.
Se desplaza el carro en una distancia m' igual a (y, + d ) con la ayu2 da del tambor y se bloquea el carro . En esta posición se mecaniza el primer agujero . A partir de esa posición se irán haciendo los distintos desplazamientos, teniendo siempre la precaución de desbloquear antes de intentar mover los carros y volver a bloquearlos cuando estén en posición de trabajo. Cuando al pasar de un punto a otro haya que cambiar de sentido de giro, se tendrá en cuenta que hay que retroceder algo más de la posición correcta para quitar el juego del husillo y desplazar siempre girando el husillo en la misma dirección que para el primer puesto . - Segundo procedimiento . Si la máquina dispone de reglas graduadas en los carros (fig . 2.78), se procede de igual manera que en el caso anterior pero la operación es más cómoda, sobre todo si tiene la posibilidad de puesta a cero de las regletas . Se logra mayor precisión con nonios o lectores ópticos; en tales casos ya no hay por qué preocuparse del juego de los husillos, siempre que los carros queden bloqueados una vez estén en posición . - Tercer procedimiento. Otro sistema posible es el empleo de los topes de los carros y el auxilio le calas de posicionamiento (fig . 2.79) . Este sistema tiene aplicación preferentemente en grandes series, lo que supone también que las piezas puedan colocarse fácilmente en la misma posición sobre la mesa . Se posiciona en primer lugar con respecto al eje de las X, primeramente el agujero (A) (fig . 2.79) elegido como de referencia (el más extremo de los dos ejes de coordenadas, es decir, el que necesita la cala mayor) . Para los otros posicionamientos (B, C y D), se intercalan entre los topes las calas correspondientes. Para posicionar con respecto al eje de las Y, se repite la operación con las calas necesarias . Si hay que centrar sobre el agujero o piezas ya mecanizadas se emplean centradores similares al que se muestra en la figura 2 .80 o centradores ópticos. Estos y otros ajustes y reglajes se volverán a explicar al estudiar y realizar los trabajos característicos de la fresadora (tema 4) .
Fig. 2.78 Posicionamiento de los carros con lectores ópticos.
Fig. 2.80 Centraje de una plantilla con ayuda de un dispositivo centrador.
Fig. 2.79 Posicionamiento de los carros con ayuda de calas. 77
2 .5
Fig. 2.81 A
Mandrinar equivale a mecanizar o tornear cilindros interiores . Para esta operación en la fresadora se emplean las herramientas y accesorios que se describen a continuación . La herramienta es de un solo filo igual a las empleadas en el torno, pero aquí el movimiento de corte lo tiene la herramienta colocada en el eje principal de la fresadora o del cabezal, ya directamente, o lo que es más frecuente, con un útil especial . Los avances se logran con algunos de los carros, salvo en las fresadoras verticales que disponen de avances automáticos del eje vertical . El tipo de accesorio más simple es como los que se muestran en la figura 2.81 A. Puede ser de distintas formas y diámetros, de acuerdo con las necesidades, siendo la forma de sujeción también muy variada . 2 .5.1
Fig . 2.818
Fig. 2.81 C
Herramientas de mandrinar
Reglaje de la herramienta
El reglaje de la cuchilla para dar la profundidad de pasada es muy poco preciso, si hay que realizarlo de forma sensitiva con un mazo de plástico y medir después la pasada . Algo se mejora con un tornillo posterior que pueda empujar a la herramienta, previo aflojamiento del tornillo de retención (fig . 2 .8113) . Para refrentar y también para mecanizar agujeros sin salida, la herramienta se dispone oblicuamente (fig . 2.81 C) . En los trabajos de precisión, sobre todo si la serie de piezas es grande, se emplean mandriles de ajuste fino (fig . 2.82A) y otros despiezables, cuya herramienta va montada en soportes micrométricos (fig . 2.8213) intercambiables, de modo que se pueden introducir nuevas herramientas sin que se resienta la precisión del trabajo . Así es posible desbastar con una herramienta y cambiarla por otra, para el acabado, sin tocar la posición del mandril . El inconveniente que tienen todos ellos es que la gama de diámetros mecanizables es pequeña, lo que obliga a tener un juego entero de capacidad escalonada para cubrir las necesidades del taller.
Fig . 282A Fig. 2.828
2.5 .2
Mandril de cambio rápido
Para trabajos en serie, cuando interesa reducir al máximo el tiempo de maniobra, se emplean los mandriles de cambio rápido (fig. 2.82C), cuyo manejo se efectúa con rapidez, seguridad y precisión, sin necesidad de parar la máquina . 2.5 .3
Cabezal de mandrinar
Cuando se trate de un trabajo unitario, y para evitar emplear tantos mandriles, se emplea el cabezal de mandrinar (fig. 2.83A) . Consta de dos piezas : una fija al eje de la máquina o mango (1), y otra móvil (2), ajustada a la primera por medio de una cola de milano diametral . El desplazamiento de esta pieza hace que la herramienta ocupe distintas posiciones y describa los diámetros deseados. También puede bloquearse en un punto determinado de su recorrido . La sujeción de la herramienta o mandril porta-herramientas puede ser de tipo pinza (fig . 2.83B) . Este sistema tiene el inconveniente de que la gama de diámetros posibles a mandrinár es relativamente pequeña . Para evitar este problema, otros cabezales tienen la posibilidad de colocar la herramienta o mandril en distintas posiciones, llegando incluso a la posición radial para grandes agujeros (fig: 2.83C) . 78
Fig . 2.83 8 Fig. 2.82 C
Fig . 2.83A
Fig . 2.83C
Algunos de estos cabezales tienen un dispositivo mediante el cual se puede hacer que la herramienta se desplace radialmente a cada vuelta del cabezal. Con este sistema se puede refrentar o cajear (fig . 2 .83D). Para esta operación se necesita un punto fijo en el cual apoye la varilla que, reteniendo un anillo del cabezal, provoque el avance . Estos cabezales tienen la tendencia a vibrar, si el descentramiento es muy grande y si giran a gran velocidad ; por eso, habrá que trabajar con velocidades moderadas y bloquear la pieza desplazable cuando se mandrina, y mantenerla bien ajustada para el refrentado . De no hacerlo así, aparecen vibraciones que pueden dar lugar a mandrinados cónicos no admisibles . Para que la herramienta no talone, la punta debe estar siempre a la altura geométrica del diámetro de desplazamiento (fig . 2 .84) .
Fíg. 2.83D
Fig . 2.84 Recorrido y posición correctas de la herramienta de un cabezal de mandrinar.
CUESTIONARIO 2.1 ¿Qué características principales deben tener los materiales para las herramientas de corte? 2 :2 ¿Qué materiales tienen estas propiedades y en qué grado? 2 .3 Por qué en las fresas estas características revisten importancia especial? 2 .4 ¿Qué es una fresa? 2 .5 Fresas de dientes fresados : características y tipos . 2 .6 Fresas de dientes destalonados : características, tipos y limitaciones . 2 .7 Fresas de dientes postizos : sus clases . 2 .8 Montaje de las fresas : su importancia y maneras de hacerlo . 2 .9 Ventajas e inconvenientes de los conos Morse e ¡SO . 2.10 Adaptadores y reductores : sus clases e importancia . 2 .11 Precauciones en el montaje de las fresas . 2 .12 ¿Qué se entiende por reglaje de la fresa? Explicar algunos casos concretos. 2 .12 ¿Qué se entiende por mandrinar? Herramientas y accesorios empleados .
Tema 3.
Factores de corte y tiempo de mecanizado
OBJETIVOS - Conocer y valorar los diversos factores de corte.
- Saber calcular los tiempos de fresado, atendiendo a los procedimientos empleados. - Aprender a calcular las fuerzas de corte elementales.
EXPOSICION DEL TEMA 3.1
Velocidad de corte
Se define como la velocidad de los puntos periféricos P de los dientes de la fresa en contacto con la pieza a mecanizar (fig . 3.1) . Si la fresa tiene un diámetro D, en mm, y gira a n vueltas por minuto, la velocidad de corte vale : vC = n
D
10000
n (m/min)
I
[1A]
Dadas las condiciones adversas en que trabajan las fresas, debido a que la acción cortante de los dientes es intermitente en lugar de ser continua, como en el torneado, hace que, en igualdad de condiciones respecto al material de la pieza y calidad de la herramienta, la velocidad de corte para el fresado sea inferior a la de torneado, por ejemplo . También resulta más laborioso cambiar una fresa que una simple herramienta de torno y, en último término, aquélla es mucho más cara. Por estas razones se comprende que la velocidad de corte debe elegirse con mucho cuidado para que la fresa trabaje en buenas condiciones, de modo que el volumen de viruta arrancado sea óptimo y compatible al mismo tiempo con la calidad de acabado exigida y con la duración económica de las aristas de corte. No se olvide que las fresas que se reafilan periódicamente (que son la mayoría) pierden, de alguna forma, sus condiciones iniciales y su reafilado es una operación costosa que conviene espaciar al máximo . La velocidad de corte que debe emplearse en cada caso no depende exclusivamente de las variables de la fórmula [1A]. Hay otros factores de dificil cuantificación, como la forma de la fresa, la naturaleza de la operación (ranurado, planeado, etc .), la lubricación existente, etc ., que hacen que su determinación sea una tarea muy compleja, hasta el punto de que la totalidad de auto81 6.
Tecnologia 2.2.
Máquinas Herramientas
Fig. 3.1
res recomienda efectuar tanteos, a partir de unos valores aproximados, que dicho sea de paso, presentan notables diferencias entre sí, según sea la obra consultada . En la tabla 3.2 se dan una serie de valores orientativos de la velocidad de corte y en este sentido deben ser utilizados . El problema práctico se plantea normalmente en los siguientes términos : se conoce el material a trabajar, la fresa, el estado de la máquina y el tipo de fresado que debe efectuarse . Por consiguiente, se elige una velocidad de corte que parezca razonable y se calcula el número de revoluciones de la herramienta por medio de la fórmula [1B] ; o sea: n =
1 000 v, tr - D
(r/min)
[1B]
El valor de n obtenido deberá redondearse a las revoluciones reales disponibles en la máquina. Para facilitar los cálculos muchos prontuarios, e incluso algunas máquinas, llevan un gráfico como el de la figura 3 .3 . Su empleo es como sigue : Se selecciona en el eje de abscisas el valor del diámetro de la fresa y se sigue la ordenada del punto hasta alcanzar una de las rectas inclinadas, que sea la correspondiente a la velocidad de corte elegida. Seguidamente, se traza una horizontal hasta el eje de ordenadas, en cuya escala se puede leer el número de revoluciones por minuto . Es preferible empezar por valores de v, algo bajos e ir aumentándolos paulatinamente, si se comprueba en la práctica que ello es posible . No obstante, tampoco hay que partir de velocidades de corte exclusivamente bajas, ya que ello repercutiría en el tiempo de mecanizado y, por tanto, en el costo de la operación. n
1600 1000
640
1\oooooo """"
400 250-
11111120000011 1000011111111111111111
160-
n2=100]- . ni=8 64
10000111119V
4025
Fig. 3.3
82
loa
"aob, """o amom\z """ '01 =azul 11112002110 LILI
"" \\
1612,5~ f0 8 0
a
h
""""
0
0 28
Tabla 3 .2
Velocidades de corte y avances en el fresado con fresas de acero extrarrápido (HSS) y metal duro Desbastado
Acabado Material que se trabaja
Profundidad del fresado hasta p = 1 mm
Profundidad del fresado hasta p = 5 mm V,
I
Profundidad del fresado hasta p = 8 mm
A
V.
V.
Am
10 . . . 14
35 . . .45
45 . . . 70
14 . . . 18
45 . . . 70
70 . . . 100
A,
Fresas cilíndricas HSS ancho de fresado hasta 100 mm Acero de aleación mejorado hasta 100 kgf/mm2 . . . . . . . . . . Acero de aleación recocido hasta 75 kgf/mm2 . . . . . . . . . . . . . . Acero no aleado hasta 70 kgf/mm2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fundición hasta 180 Brinell . . . Metales ligeros . . . . . . . . . . . . . . Latón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18 14 200 40
. .. . .. . .. . ..
22 60 18 70 300 100 60 100
. . .90 16 . . . 100 12 . . . 150 150 . . . 160 30
. . . 18 90 . . . 14 100 . . . 250150 . . .40 160
8 . . . 10
25 . . . 35 40 . . . 60
. .. 1 12 . . . 14 60 . . . 17 10 . . . 12 70 . .. 150 . . . 200 90 . . .22 30 . . .40 100
.. . .. . .. . .. .
80 100 150 150
Fresas de vástago HSS ancho de fresado hasta 60 mm Acero de aleación mejorado hasta 100 kgf/mm 2 . . . . . . . . . . Acero de aleación recocido hasta 75 kgf/mm2 . . . . . . . . . . . . . . Acero no aleado hasta 70 kgf/mm2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fundición hasta 180 Brinell . . . Metales ligeros . . . . . . . . . . . . . . Latón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18 . . .20 20 18 150 50
... ... .. . ...
45 . . . 55
15 . . . 25
55 . . . 80
25 . . . 40
24 75 20 80 180 70 60 100
... ... ... ...
100 16 110 14 100 140 140 30
... ... ... ...
18 16 180 40
35 40 50 60
. .. . .. . .. ...
15 . . . 25
55 16 75 14 90 140 100 30
. .. . .. . .. . ..
18 16 180 40
20 30 30 40
. .. . .. . .. . ..
30 40 50 60
Fresas frontales HSS ancho de fresado hasta 100 mm Acero de aleación mejorado hasta 100 kgf/mm2 . . . . . . . . . . Acero de aleación recocido hasta 75 kgf/mm 2 . . . . . . . . . . . . . . Acero aleado hasta 70 kgf/mm2 Fundiciones hasta 180 Brinell . Metales ligeros . . . . . . . . . . . . . . Latón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45 . . . 60
30 . . .40 16 20 16 200 40
... ... .. . ... .. .
18 22 18 300 60
40 60 70 90 90
.. . .. . ... ... ...
60 12 80 16 90 12 140150 150 30
. . . 14 70 . . . 18 90 . . . 14 100 . . .250 140 . . . 40 150
... ... .. . .. . .. .
8 . . . 10
90 10 130 12 150 10 280150 250 30
.. . .. . .. . .. . .. .
12 14 12 250 40
25 . . . 35 35 55 60 80 90
... ... . .. ... ...
55 75 80 140 140
Platos de cuchillas de metal duro ancho de fresado hasta 200 mm Acero de aleación mejorado hasta 100 kgf/mm2 . . . . . . . . . . Acero de aleación recocido hasta 75 kgf/mm2 . . . . . . . . . . . . . . Acero no aleado hasta 70 kgf/mm2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fundición hasta 180 Brinell . . . Metales ligeros . . . . . . . . . . . . . . Latón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55 . . . 65
20 . . . 55
45 . . . 60
35 . . . 50
40 . . . 50
15 . . . 25
80 . . . 90
30 . . .60
68 . . . 80
60 . . . 75
55 . . . 70
30 . . . 40
125 60 200 50
. . .14040 . . . 100100 . . . 400 80 . . . 80 90
... ... ... ...
70 100 160 60 150 00 150 40
. .. . .. . .. . ..
125 70 75 100 300150 60 80
. . .100 75 . . .150 55 . . .300200 . . . 220 40
.. . .. . .. . ...
90 65 300 60
35 50 70 90
.. . .. . .. . .. .
50 80 160 120
Fresas de disco HSS, ancho del fresado hasta 200 mm Acero de aleación mejorado hasta 100 kgf/mm 2 . . . . . . . . . . . . . Acero de aleación recocido hasta 75 kgf/mm 2 . . . . . . . . . . . . . . Acero no aleado, hasta 70 kgf/mm2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fundición, hasta 130 Brinell . . Metales ligeros . . . . . . . . . . . . . . Latón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10 . . . 14
10 . . . 20
40 . . . 60
14 . . . 18
15 . . . 25
70 . . . 90
18 14 200 40
.. . ... .. . .. .
22 18 300 60
20 25 60 40
... ... ... ...
45 16 50 12 120150 75 30
. .. . .. ... . ..
18 14 250 40
8 . . . 10
20 . . . 30 30 . . . 50
90 . . . 120 12 100 . . . 150 10 150 . . . 300 150 140 . . 200 30
... . .. ... ...
14 12 200 40
40 50 80 70
. .. . .. . .. . ..
70 90 150 120
Sierras circulares HSS, según DIN 136 ; ancho de corte hasta 3mm Acero de aleación mejorado hasta 100 kgf/mm2 . . . . . . . . . . Acero de aleación recocido hasta 75 kgf/mm2 . . . . . . . . . . . . . . Acero no aleado, hasta 70 kgf/mm2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fundición hasta 180 Brinell . . . Metales ligeros . . . . . . . . . . . . . . Latón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25 . . . 30
30 . . .40
20 . . . 25
20 . . . 30
15 . . . 20
35 . . . 40
45 . . . 60
30 . . . 35
35 . . . 50
25 . . . 30
45 30 300 300
. . .50 60 . . .40 60 . . . 400200 .. . 200
. . .75 40 . . .45 45 . . .80 30 . . .35 45 . . . 400 . . . 350150 . . . 400150 . . . 500
35 . . .60 300 . . .60 20 . . . 200200 . . . 300
20 . . . 25
. . .40 25 . . .30 25 . . . 300 80 . . . 350100
. . .30 . . .35 . . . 15 . . . 20
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 1 ¿Cuál será el número de vueltas por minuto con las que hay que fresar con una herramienta de 120 mm de diámetro, si la velocidad de corte es de 32 m/min? Solución : En el gráfico de la figura 3.3 se busca el valor 120 en el eje de abscisas . Se levanta una perpendicular por el punto citado hasta encontrar la recta representativa de la velocidad de corte elegida; o sea, v. = 32. La horizontal trazada por el punto de intersección queda entre nt y nz = 100. Si se elige nr, la velocidad de corte será (trazando desde n, una horizontal hasta hallar la vertical de diámetros) de v, = 28 r/min aproximadamente . Si se elige n2, la velocidad (trazando otra línea horizontal desde n2) será v, = 40 r/min aproximadamente . Según el criterio con que se hubiera elegido la v, inicial, se optará por nr o n2. 3.2
Avance
En el fresado se denomina avance al desplazamiento rectilíneo relativo entre fresa y pieza . Se distinguen tres tipos de avance : 1 . Avance por vuelta (a ) . Es el desplazamiento de la fresa en una vuelta completa ; se mide en milímetros por revolución (mm/r) y se representa por a (fig . 3.4A) . 2 . Avance por diente (a,) . Es el desplazamiento que en una vuelta completa corresponde a cada diente de fresa . Esto supone que la fresa gira perfectamente centrada para que a cada diente le corresponda el mismo avance . Se mide en milímetros y se representa por az (fig . 3.4A) . Según lo dicho se tendrá para un avance por vuelta a y z dientes de la fresa :
Este valor es muy importante ya que determina el material que puede cortar un diente, que depende de la robustez del propio diente y de la resistencia del material que se trabaja (tabla 3.2) . La robustez del diente para un mismo material de la fresa depende de su forma . 3 . Avance por minuto (a ,; ). Es el desplazamiento rectilíneo de la fresa en un minuto (fig . 3 .4B) ; se representa por amin y se expresa en milímetros por minuto . De las definiciones anteriores se tiene: amin = an ' n = a Z , z , n (mm/min)
amin . = espacio recorrido en un minuto
Fig. 3.4A
Fig. 3.48 84
Al estudiar el mecanismo de avance se vio que, según la distribución de la u cadena cinemática, el avance se determina : o por la vuelta de la fresa, cuando el movimiento se obtiene desde el eje de la fresa, o en longitud recorrida por minuto . En cada caso (apartado 1 .2.4) habrá que trabajar consecuentemente con un o con otro avance . 3.2 .1
Formación de la viruta
Para formar la viruta cada una de las aristas o filos de la fresa recorre una curva cicloidal (fig. 3 .5) ; en esta figura se ha destacado el recorrido del punto A. El espacio rayado entre dos curvas consecutivas es el material arrancado por cada uno de los dientes ; se advierte la forma de coma que tiene la viruta . La distancia entre dos curvas consecutivas en dirección del avance es constante y corresponde al avance por diente . 3.2.2
MC
Fig. 3.5
Relación entre los movimientos de corte y de avance
Volviendo a la figura 3 .5 y teniendo en cuenta el movimiento de corte m c de la fresa y el de avance ma de la pieza, se observa lo siguiente : En la porción comprendida desde D hasta E los dos movimientos ma y m, tienen sentidos distintos, y se dice que el fresado se hace en oposición. En el tramo que va desde E a F los dos movimientos ma y m, tienen el mismo sentido y se dice que el fresado se hace en concordancia. En ocasiones, se presenta solamente uno de estos tipos ; en otros casos, los dos. Véanse los más frecuentes:
Fig . 3.6A
- Primer caso : fresado periférico en todo el ancho de la fresa (ranurado) . Como se aprecia en la figura 3.6A la fresa trabaja en parte por oposición (superficie de la pieza que se encuentra por debajo de XX') y, parte, por concordancia (superficie de la pieza que se halla por encima de XX'). - Segundo caso : fresado periférico o parcial (fresado de planos) (fig . 3.613) . La fresa trabaja sólo en una parte de la periferia y todo el fresado se hace en oposi-
ción .
Fg. 3.68
- Tercer caso: fresado frontal. Es semejante al primer caso, pero aquí ya no se trabaja en todo el diámetro de la fresa . Se procura que la parte que trabaja en oposición sea mayor que la que trabaja en concordancia (fig . 3.6C) .
- Cuarto caso : fresado periférico parcial (fresado de planos) (fig . 3 .613) . La fresa, al igual que en el segundo caso, trabaja sólo en una parte de la periferia pero en concordancia . A este fresado se le llama también fresado por trepado. A pesar de tener este sistema una serie de ventajas respecto al realizado en oposición (caso segundo), no debe emplearse más que en máquinas preparadas para ello . 3.2.3
Procedimientos o modos de fresar
Según lo que se acaba de decir, el fresado, según trabajen unas aristas u otras de la fresa se puede dividir en : 1 . Fresado periférico o tangenciaL 2. Fresado frontal o de punta . 3. Fresado frontal y periférico al mismo tiempo . En la figura 3.7 las aristas laterales perfilan el plano vertical P , mientras que las aristas frontales realizan el plano horizontal Ph . El aspecto de cada uno de estos planos es distinto : en P,, aparece una serie de curvas cicloidales, mientras que en el plano P aparecen unas aristas rectas verticales coincidentes con el punto de intersección de las cicloides. A continuación, se estudian con mayor detención estos aspectos . 3.2.3.1
Fig . 3.6 C
Fresado frontal o de punta (fig . 3 .8A)
En la práctica, el avance es siempre menor de 1 : 10 del diámetro de la fresa . Por esta razón, las estrías cicloidales que se forman pueden considerarse como arcos de circulo (fig . 3.813) con centro en la línea XX: Teóricamente la distancia entre dos arcos consecutivos debería ser a,, pero como quiera que los dientes de la fresa nunca están exactamente en el mismo plano, el que sobresale más borra las huellas de los ot5ps, y así se comprueba en la práctica que las huellas resultantes están espaciadas en una distancia igual al avance por vuelta a . 85
Fig. 3.613
De esto se desprende que, en la práctica, el acabado depende sólo del avance por revolución, no teniendo ninguna influencia ni el número de dientes de la fresa ni su diámetro. La parte que está por debajo de la línea XX' (fig . 3.813) se fresa por oposición, y la de la parte superior en concordancia . Si la fresadora no está especialmente preparada para trabajar por trepado, habrá que hacer que la porción fre sada en oposición sea mayor que la fresada en concordancia, para que la resultante de las fuerzas esté en dirección opuesta a la del avance .
concordancia
oposición n
Fg. 3.8 B
3.2 .3 .2 Fig. 3.9A
Fig, 3 .913
Fresado tangencial o periférico
La zona fresada por la parte periférica (fig . 3.9A) presenta unas superficies con unas crestas parecidas a una serie de acanalados contiguos. La distancia entre acanalados es igual al avance por vuelta a . Para el fresado tangencial con grandes avances, el perfil de la cara mecanizada .toma la forma que muestra la figura 3 .913, es decir, entre las crestas predominantes, que corresponden al avance a , se superponen otras crestas y acanaladuras menores que corresponden a cada uno de los dientes, y cuyo paso equivale al avance por diente aZ. Así como en el fresado frontal no tenían influencia ni el diámetro de la fresa ni su número de dientes, en el fresado tangencial queda patente la infuencia de estos valores, sobre todo del diámetro, de tal manera que la altura de las crestas es tanto mayor cuanto más pequeño es el diámetro de la fresa, y viceversa (fig . 3 .9C) . Quiere esto decir que si se desea un acabado con menos asperezas totales, habrá que trabajar con fresas del mayor diámetro posible aunque, no conviene exagerar en este sentido, ya que además de aumentar el momento torsor aumenta también el tiempo de mecanizado (apartado 3.6 .1 .2) . Lás fresas helicoidales, por la forma de trabajo de los dientes, aminoran los defectos señalados anteriormente . Estos defectos se incrementan si el eje de la fresa y el del eje portafresas están descentrados (fig . 3 .9D) .
D i <02YH>> H2 Fig. 3.9 C
Fig . 3.9 D
Otra deducción interesante al observar la figura 3.10A y B es que la altura Hz de las crestas es mayor en la parte fresada (3) en concordancia que en la parte fresada (2) en oposición. 3.2 .3 .3
Fresado frontal y periférico
Se presentan varios casos particulares que se describen a continuación : - Primer caso : fresado oblicuo (fig . 3.11) . La cara horizontal (1) se fresa frontalmente y, por tanto, su acabado es uniforme e independiente del diámetro y del número de dientes de la fresa . No sucede así con la cara oblicua (2) fre sada tangencialmente: en la parte inferior (A) las crestas serán menores que en la parte superior (B) por estar fresada con mayor diámetro ; no hay, por tanto, uniformidad en las crestas, ya que la altura H1 es mayor que H2. 86
- Segundo caso : fresado de ranuras con fresa cilíndrica (fig . 3.10) . Una de las caras laterales de la ranura se fresa en oposición mientras que la otra se hace en concordancia . En consecuencia, el acabado de la cara fresada en oposición (2) tendrá menos aspereza que la fresada en concordancia (3) . - Tercer caso : fresado de ranuras de cola de milano (fig . 3 .12) . En este caso quedan reunidos los dos anteriores ; es decir, la cara frontal (1) quedará uniforme e independiente del diámetro de la fresa . Una de las caras inclinadas se fresa en concordancia y la otra en oposición ; por tanto, en conjunto, quedará con asperezas mayores la fresada en concordancia . Y finalmente, cada una de estas caras inclinadas quedará con crestas menores en la parte fresada con mayor diámetro y mayores en las fresadas con diámetro menor . Como resumen práctico se puede decir que, en igualdad de condiciones, el fresado frontal es mejor que el fresado tangencial ; por tanto, habrá que elegir el fresado frontal con preferencia al tangencial, siempre que sea posible. 3.2 .4
Fig . 3. 11
Fresado en oposición y fresado en concordancia
Desde el punto de vista del acabado parece ser que es mejor el fresado en oposición; sin embargo, no conviene dejar de lado otras consideraciones, ya que se presentan fenómenos que no hacen tan simple la cuestión . 3.2 .4 .1
Fresado en oposición
En el caso de fresado en oposición, el filo de la fresa hace contacto en A (fig . 3.13A), pero debido a que la sección de la viruta en ese punto es mínima y que la fuerza específica de corte es máxima, el material ofrece mayor resis tencia a ser cortado, circunstancia que hace que sobre la fresa se ejerza una fuerza en sentido radial que tiende a separar la fresa de la pieza . Esta separación es real y tanto mayor cuanto menos resistente sea el eje portafresas, o más facilidades dé el juego de los apoyos . Esta deformación ejerce una reacción, de tal manera que obliga a rozar a la fresa sin cortar ; es más, produce una serie de vibraciones que hace sobre la pieza un efecto de martilleo . Las vibraciones perjudican el funcionamiento general de la máquina y el acabado de la pieza, y el martilleo deforma la estructura de la pieza, aunque sólo sea superficialmente . El rozamiento que ejerce el filo bruñe la pieza y embota los dientes, empeorando el corte, a la vez que endurece superficialmente la pieza y hace más difícil el corte de los filos o dientes que vienen detrás .
Fig . 3. 12
Cuando las fuerzas de reacción del eje son mayores que la que opone el material a ser cortado, por ejemplo, en el punto B, entonces empieza propiamente el tallado del material . La única manera práctica de evitar, en parte, este problema es emplear ejes robustos y hacer que los bujes de los ejes portafresas ajusten con el menor juego posible en sus cojinetes; también se mejora empleando mayores avances. Otro efecto pernicioso de este sistema de trabajo es que la resultante de las fuerzas de corte siempre es tal que tiende a arrancar la pieza de su apoyo (fig . 3.1313) . Para evitarlo habrá que disponer de medios de sujeción apropiados y, si la pieza es débil (larga y delgada), habrá que prever varios puntos de apoyo y contraapoyos (bridas) .
Fig . 3.13 A
3 .2 .4 .2
Fig . 3.13 B
Fresado en concordancia
La mayoría de estos problemas quedan solucionados con el fresado en concordancia (fig . 3.14A) . La fresa alcanza a la pieza con una gran viruta (lo que significa pequeña fuerza específica de corte), evitándose los efectos señalados 87
Fig . 3.14A
para el fresado en oposición; también se evita el martilleo y resbalamiento de la fresa y el efecto de mínima viruta . El peligro de las vibraciones sigue, y tal vez con mayor intensidad, ya que el golpe que produce cada diente al hacer contacto con la pieza es mucho mayor, presentándose también el peligro de flexión grave del eje portafresas . Con todo, el riesgo mayor se presenta por el efecto de trepado que la flexión del eje produce sobre la pieza, tendiendo a arrastrarla tras de sí . Esto entraña un peligro tal que hace imposible este sistema de fresado, si no se monta la fresa sobre robustos ejes y, sobre todo, si no se dispone en el husillo de la mesa de un sistema que evite todo juego axial (fig . 3 .1413) . Sistemas para evitar el juego entre tuerca y husillo. Hoy día todas las fresadoras de producción van provistas de algún sistema que evite este juego ; en la figura 1 .19C, D y E se muestran varios de los sistemas más empleados. Tanto para el sistema en oposición como para el sistema por trepado queda muy mejorado el fresado cuando se emplean fresas de dientes inclinados o helicoidales .
IRMWImiMil~
Fig. 3.148
3.2 .4 .3
Volantes de inercia
Para evitar las vibraciones y los efectos de torsión sobre el árbol son de gran utilidad los volantes de inercia (fig . 3 .15) . Para las fresas circulares de cuchillas postizas de gran diámetro la práctica ha mostrado la eficacia de estos volantes de inercia, y aunque pueden calcularse, resulta difícil determinar los datos de partida. La experiencia dice que los mejores resultados se obtienen empleando los volantes de mayores dimensiones posibles . Cuando no puedan colocarse grandes diámetros, que son los más efectivos, se pueden montar dos o tres más pequeños según los casos (fig . 3.16) . El volante es un simple disco perfectamente torneado y equilibrado que se fija al árbol portafresas, como si de un casquillo separador se tratara. Otra cuestión a tener en cuenta, cuando se hagan montajes de dos o más fresas, es montarlas de tal manera que los dientes queden alternados, para que así no coincidan al entrar a trabajar los dientes. 3.3
Profundidad de pasada
Cuando se tiene que quitar grandes cantidades de material, o cuando la superficie de la pieza en bruto presenta grandes irregularidades, es necesario hacer un fresado de desbaste y otro de acabado. 3.3 .1
Clases de pasadas
Hay que distinguir entre la profundidad de pasada radial (pr) y profundidad de pasada axial (pa), es decir, medidas en dirección del radio y en dirección del eje respectivamente (fig . 3 .17) . 3.3 .2
Pasadas de desbaste
Para el fresado de desbaste hay que aprovechar al máximo la potencia de la máquina y de la fresa, siempre que las dimensiones y la forma de la pieza lo permitan . Hay que tener en cuenta que, en los materiales quebradizos, la salida de la fresa puede provocar el desgarro del material (fig . 3 .18A) Para . trabajos unitarios o de pequeñas series, se puede evitar este problema quitando el automático al iniciarse la salida de la fresa y terminar avanzando manualmente con cuidado . En los trabajos en serie esto sería antieconómico y habrá que estudiar unos soportes que eviten este inconveniente (fig . 3.1813) .
Fig. 3.16
3.3 .3
Fig. 3.18A
Pasadas de afinado o de acabado
Para las pasadas de acabado no deben dejarse nunca pasadas inferiores a 0,5 mm, sobre todo para fresas tangenciales . En las pasadas de acabado, un detalle muy importante a tener en- cuenta es no interrumpir el avance durante la pasada . El empuje que produce el material contra la fresa y la consiguiente deformación de los ejes de la fresa quedaría anulado al suspender el avance, produciendo indefectiblemente una huella en forma de acanaladura (fig . 3.18C) en el fresado tangencia¡, y en forma de corona circular (fig . 3.18D) en el fresado frontal . 88
MES i lifí1-1t-i,f-ll-llí,i
-
y
M, 9
Fig. 3.17
Fig . 3.18 C
Este mismo problema se puede presentar al salir la fresa de la pieza al final de la pasada ; esto puede evitarse si antes de empezar a trabajar se comprueba y corrige, si hace falta, el juego radial o axial del eje. 3 .4
Fuerza de corte y fuerza específica de corte
Fuerza de corte es la fuerza que se necesita para cortar el material en forma de viruta, y fuerza específica de corte es la resistencia por unidad de superficie que ofrece un metal al ser cortado . Dependen fundamentalmente de la naturaleza del material, de la sección de viruta cortada y de la geometría del filo . Véase brevemente cómo influye cada uno de estos elementos. 3 .4 .1
Influencia del material
Cada material tiene una resistencia particular al corte; aun el mismo material tiene resistencia distinta, según su estado estructural y de dureza . Se ha comprobado experimentalmente que la fuerza específica varía para el mismo material, según las condiciones de corte. En la tabla 3.19 se dan los valores de las fuerzas específicas de corte para varios materiales trabajando con espesores de viruta de 0,2 mm y ángulos de desprendimiento de -7° . Para otras condiciones habrá que aceptar esos valores con unos coeficientes correctores . En el diagrama de la figura 3 .20 se presentan otros valores de f, 800 640 500 400 É320 250 200 160 125 100 80 64 Fig. 3.20
Valor de la fuerza específica de corte .
11111
_ W-RO\=!
1111177
%MM=51 C i~MM-
~:
aamo ~, h (,2 C) tV O p O t`1 O
pO
0O d
4 ti
O Q (o O O' Ñ O p^ O e
O
O
C7
Ñ ~ Ó J. O
~ In
ÓO
elmml 89
Fig. 3.18 D
Tabla 3.19 Valores de la fuerza especifica de corte f. para distintos materiales, siendo e,n = 0,2 mm y el ángulo de desprendimiento C = - 7°
Tipos de material
Dureza HB
f kgflmm2
Acero al carbono,
C 0,15 C 0,35 C 0,70
125 150 250
Aceros baja aleación,
275 300 330
recocido templado
Aceros alta aleación,
125-200 200-450
320 390
recocido templado
150-250 250- 500
350 410
Aceros inoxidables,
ferríticos austeníticos
175-225 150-200
Acero fundido,
360 390
no aleado baja aleación alta aleación
225 150-250 150-300
260 280 320
Acero extra duro
> 50 HRC
675
Fundición maleable,
viruta corta viruta larga
110- 145 200-250
Fundición gris,
220 200
poco dúctil muy dúctil y aleada
150-225 200 - 300
Fundición nodular (tenaz)
140 180
ferrítica perlítica
125-200 200-300 40-60 HRC
150 225
Fundición en coquilla
475
Puede observarse por el gráfico que el valor de f, aumenta al disminuir el espesor de la viruta . 3 .4 .2
Sección de la viruta
Por sección de la viruta se entiende el producto del espesor de la viruta por la profundidad de pasada :
rA
= e - p ( mmz)
Fig. 3 .21
Forma de la viruta en el fresado periférico .
La profundidad de pasada suele ser constante, pero no el espesor de la viruta, sobre todo en el fresado periférico (fig . 3 .21) . Por esta razón hay que tomar un valor medio para este espesor. 3.4 .2 .1
Espesor medio en el fresado tangencial
La fórmula que da el valor medio del espesor de la viruta para fresados tangenciales, es la siguiente: e m = emáx + emin 2
[5A]
Dado que el avance az es muy pequeño con respecto al diámetro de la fresa, se puede considerar que la curva descrita por el diente es un arco de círculo
de radio ~ , en vez de una curva cicloide . 2 En la figura 3 .21 el triángulo ABC y el ADO son semejantes, de manera que se puede escribir : _AB AD 90
_ _AC AO
pero
DE- DF
AB = emá, y AD =
ya que es la altura del triángulo AEF y, como es sabido, es media geométrica de los segmentos en que divide la base . Pero a su vez : DE = Pr ; DF = D - Pr ; AC = a z ; AO = Sustituyendo estos valores en [a], se tiene :
D;
ernáx .
a
pr (D - Pr)
pr (D - pr) D 2
ernáx . = az
2
= 2 a,
valor sustituido en [5A] y sabiendo que el espesor mínimo es 0, se tiene :
[5B]
En la práctica, pr D
suele ser pequeño ; para valores hr S 0,1, el término en D
cuestión puede despreciarse y la fórmula queda así :
em
hr D
az
-
[5C]
siendo : a z = avance por diente en mm pr = profundidad de pasada radial en mm D = diámetro de la fresa en mm
EJERCICIOS RESUELTOS Ejemplo 2 Calcular el espesor medio de la viruta cortada por una fresa tangencia¡ de diámetro D = 400 mm, con un avance az = 0,5 mm y una profundidad de pasada p, = 150 mm . Solución : Según la fórmula [5B]
e m = az
\ = 0,5
En Pr
-E-
este
caso,
no
1
D
-
0, 5
( ~0
1
i so _ 400)
0,375 x 0,625 = 0,242 mm
conviene
emplear
la
fórmula
aproximada
[5C]
porque
= 0,375 > 0,1 91
Ejemplo 3
Calcular el espesor medio de la viruta cortada por una fresa tangencial de 400 mm de diámetro, siendo az = 0,5 y p, = 20 mm . Solución : ern = az
0,5
D ) = 0,5
~ / 20 400 \1
20 400 )
0,05 x 0,95 = 0,108 mm
Para este caso, sí que se puede emplear la fórmula aproximada : ern = az
0,5
0,05 = 0,112 mm
cometiendo sólo un error de 3,57 %, que es aceptable. 3 .4 .2 .2
Espesor medio de la viruta en el fresado frontal
Según la figura 3.22 se observa que la variación del espesor de la viruta ya no es tan grande como en el caso de fresado tangencial .
Fig. 3.22 Para una deducción sencilla, con el área rayada entre dos posiciones consecutivas de la fresa (cuyos segmentos trazados entre ambas circunferencias es constante e igual a a,), se construye un rectángulo de base p, y altura aZ. Las dos áreas rayadas se puede decir que son iguales. La superficie rayada entre las dos circunferencias vale : la - e , . Igualando las dos áreas se tiene : pr , az = la * em de donde em _ -
pr
. az I a
siendo : l a = longitud del arco de la fresa limitado por el ancho de la pieza em = espesor medio de viruta De la figura 3 .22 se tiene: la 92
n . D . cp 360°
[6A]
siendo cP el valor en grados del ángulo central en que la fresa está en contacto con la pieza, y D el diámetro de la fresa . Sustituyendo este valor en [6A] se tiene : _ e m_
pr ' az n . D . cP
-
360° Ti
pr
. D . cp
az
[613]
360°
La fórmula es cierta si la viruta es rectangular, es decir, si se trata de una fresa de escuadrar (fig . 3.23A) . Si se tratase de una fresa con ángulo de posición G (fig . 3 .2313), el espesor medio habría que reducirlo a : = e,G = e,, - cos G
360 °. - Dp, - az cos G
[6C]
G=0 cm
Fig. 3.238
Fig. 3.23A
EJEMPLOS RESUELTOS Ejemplo 4
Calcular el espesor medio de la viruta cortada con una fresa frontal de las siguientes características : D = 400 mm ; az = 0,5; pr = 300 mm . La fresa está centrada respecto a la pieza (fig . 3.24A) . Solución :
_(P sen 2
pr
_ 2 D 2
_
pr
D
_
300 = 0;75; 400
2
Fig. 3.24A
= 48,59 ° ; T ~ 97°
valor que sustituido, junto con los datos del problema en la fórmula [6B] se tiene: em
=
3600 x 300 x 0,5 = 0,44 m 3,1416x400x97 0
Ejemplo 5
Calcular el espesor medio de viruta arrancado por una fresa frontal de las siguientes características : D = 400 mm ; az = 0,5 mm ; G = 30°, siendo el ancho de la pieza de 300 mm . La fresa se coloca descentrada de tal manera que 120 mm trabajen en concordancia y 180 en oposición (fig . 3.2413) . 93
Fig. 3.248
Solución : Según la figura : sen T, = 180 200
sen T2 =
120 200
=
0,6 ;
36,9°
= 0,9 ; T2 = 64,2°, de donde
= 36,9 0 + 64,2 0 = 101,10 Aplicando la fórmula [6C] se tiene : em =
360° - p, - a Z n . D '~p
.
cos G -_
360 x 300 x 0,5 3,1416 x400 x101,1
x cos 30° _
= 0,425 x 0,866 = 0,368 mm La fuerza específica de corte de la tabla 3 .19 es correcta para espesores de viruta de 0,2 mm y ángulos de desprendimiento de -7° . Cuando el espesor sea distinto hay que emplear el coeficiente K e de la tabla 3 .31 . Ejemplo 6 ¿Cuánto vale la fuerza específica de corte para fresar fundición gris, poco dúctil, de dureza 170 HB, si se trabaja con espesor de viruta e m = 0,44 y con ángulo de desprendimiento C = -7'? Solución : Según la tabla 3 .19 se tien que f c = 140 kgf/mm2; y de la tabla 3 .31 se tiene, para em = 0,45 :z 0,44 ; K e = 0,79 . Luego la fuerza específica de corte valdrá : f,0,4a = f,0 .2 ' K e = 140 x 0,79 = 110,6 kgf/mm2 En lugar de calcular el espesor e , por las fórmulas dadas, se puede emplear la tabla 3 .25 para fresado frontal centrado y para ángulo de posición G = 15° y con las correcciones apuntadas para otros valores G. La tabla 3 .26 se empleará para fresado frontal descentrado, según la figura A y para ángulo de posición G = 0°, también para fresado circular y de escuadrar, según la figura B . Para otros valores de G se hacen las correcciones indicadas al pie de la tabla . Ejemplo 7 Calcular el espesor medio de viruta y la fuerza específica de corte para fresar acero de alta aleación recocido, de 80 kgf/mm 2 , trabajando con una fresa frontal de 400 mm de diámetro y avance por diente de 0,5 mm . La pieza tiene un ancho de 300 mm y la fresa trabaja centrada respecto a la pieza . Angulo de desprendimiento : -7° . Solución : La relación p,/D, vale : 300 400
7,5 10
En la columna de avance (tabla 3 .25) por diente, a Z = 0,5 se hallan los valores e m = 0,43 y 0,41 mm para relaciones p,/D = 7/10 y 8/10 respectivamente . Interpolando, se tiene : em
=
0,43 + 0,41 2
= 0,42 mm
En la figura 3 .20 la fuerza específica de corte para el material del problema es f <~ = 330 kgf/mm 2 . Según la tabla 3 .31 el coeficiente Ke vale 0,81 y 0,79 para los espesores de 0,40 y 0,45 respectivamente . Interpolando para e m = 0,42 ; se tiene : K e = 0,88 f, 0,42 = f,0,2 94
-
Ke
= 330 x 0,88 = 290,4 kgf/mm 2
Tabla 3.25
ern.
Valores del espesor medio de viruta
Fresado con una fresa centrada con respecto a la pieza y G = 15°
Espesor medio de viruta eR, (mm) PrID
1/10 2/10 3/10 4/10 1/2 6/10 7/10 8/10 9/10 1/1
Avance por diente OZ (mm) 0,05
0,1
0,2 -
0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,04 0,04 0,04 0,04 0,03
0,10 0,10 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,08 0,08 0,07
0,19 0,19 0,19 0,19 0,18 0,18 0,17 0,16 0,15 0,12
0,3 - -
0,4
0,29 0,29 0,28 0,28 0,28 0,27 0,26 0,25 0,23 0,18
0,38 0,38 0,38 0,37 0,37 0,36 0,35 0,33 0,31 0,24
0,48 0,48 0,47 0,47 0,46 0,44 0,43 0,41 0,39 0,31
0, 6
0,8
1,0
0,58 0,57 0,56 0,56 0,55 0,53 0,52 0,49 0,46 0,37
0,77 0,76 0,75 0,74 0,74 0,71 0,70 0,66 0,62 0,49
0,96 0,95 0,94 0,93 0,92 0,89 0,87 0,82 0,77 0,61
Para un ángulo de posición G = 0° los valores indicados aumentan en un 4 % » » » » » G = 30° » » » disminuyen en un 10 % » » » » » G = 45° » » » disminuyen en un 25
Tabla 3.26
Valores del espesor medio de viruta e , . Fresado con una fresa desplazada del centro de la pieza según la figura A y G = 0° ; o una fresa circular de planear y escuadrar con G = 0°, según la figura B. Espesor medio de viruta em (mm)
PrI D
1/20 1/10 2/10 3/10 4/10 1/2 6/10 7/10 8/10 9/10 1/1
r
Avance por plaquita az (mm)
0,1
0, 2
0,02 0,03 0,04 0,06 0,06 0,06 0,07 0,07 0,07 0,07 0,06
0,04 0,06 0,09 0,10 0,12 0,13 0,14 0,14 0,14 0,14 0,13
0, 3
0,4
0, 5
0, 6
0,8
1, 0
0,07 0,10 0,13 0,16 0,18 0,19 0,20 0,21 0,22 0,21 0,19
0,09 0,13 0,17 0,21 0,24 0,25 0,27 0,28 0,29 0,28 0,25
0,11 0,16 0,22 0,26 0,30 0,32 0,34 0,36 0,36 0,36 0,32
0,13 0,19 0,26 0,31 0,35 0,38 0,41 0,43 0,43 0,43 0,38
0,18 0,26 0,34 0,42 0,47 0,500,54 0,57 0,58 0,57 0,50
0,22 0,32 0,43 0,52 0,59 0,63 0,68 0,71 0,72 0,71 0,63
A
Para ángulo de posición G = 15° los valores indicados disminuyen un 4 % » » » » G=30 ° » » » » » 14% » » » » G=45° » » » » » 30%
Ejemplo 8 Calcular el espesor medio de viruta cortada por una fresa de plato de cuchillas d mm de diámetro . La pieza tiene 200 mm de ancho y se trabaja con un avan az = 0,4 mm . El ángulo de posición es de 30° .
300
Solución:
pr D
en la columna aZ = 0,4 mm de la tabla em
= 0,36 y 0,35
para los valores
200 300 3.25,
6,66 10
se tiene:
Pr/D, 6/10 y 7/10
respectivamente .
Interpolando : em
= 0,354
mm
Como G = 30°, el espesor habrá que reducirlo en un 10 %, quedando finalmente : em
= 0,354 x 0,9 z 0,32
mm
95
3.4 .3
Influencia de la geometria del filo en la fuerza de corte Los ángulos de corte de las fresas resultan más complejos que en las simples herramientas de torno, pero los ángulos principales tienen similitud con los de éstas. Seguidamente, se hace un estudio abreviado de la influencia que estos ángulos tienen en la fuerza de corte. 3.4 .3 .1
Fig. 3.27A
Fresa helicoidal de corte periférico .
En las fresas de corte periférico
En la figura 3 .27A se representan los ángulos principales de las herramientas de este tipo . El ángulo de desprendimiento C es el que influye de manera principal en la fuerza de corte y la formación de la viruta . Así, un ángulo C positivo produce menores fuerzas de corte. Los valores de f, en la tabla 3.19 son válidos para C = -7° . Las variaciones de este ángulo afectarán a la fuerza f, en 1,5 % para cada grado, en más, si el ángulo se hace más negativo, y en menos si se hace más positivo . 3 .4 .3 .2
Influencia del valor del ángulo de incidencia
Un ángulo de incidencia produce menor rozamiento sobre la pieza. Se emplean mayores ángulos de incidencia para materiales muy dúctiles y menores para los duros . Otro detalle a tener en cuenta es que el valor del ángulo de incidencia es diferente en las diversas posiciones que toma el diente al penetrar en la pieza (fig . 3.2713) tanto en el fresado por oposición como en el de concordancia . Desde el punto de vista de abrasión o desgaste del filo, el ángulo de incidencia debe ser tan pequeño como sea posible . En las fresas helicoidales el ángulo de la hélice j3 hace que la arista cortante entre en contacto con la pieza de una manera suave, aumentando la fuerza axial, disminuyendo las fuerzas radiales y las vibraciones . 3 .4 .3 .3
En fresas de corte frontal
En la figura 3 .28 se representan los principales ángulos de las fresas frontales. El ángulo de desprendimiento tiene la misma influencia que en las fresas periféricas .
Fig. 3.278
Fig. 3.28 Ángulo de las fresas de planear. C, ángulo de desprendimiento; L, ángulo de inclinación; J, ángulo axial; G, ángulo de posi ción . 3.4 .3 .3 .1
Influencia del valor del ángulo de colocación o posición El ángulo de colocación G es muy importante en estas fresas, así:
1 . Cuanto mayor sea G menor será el espesor de la viruta para un determinado avance aZ y con él aumentará también la fuerza específica de corte. 2. Los pequeños valores de G hacen que la viruta cortada pueda tener dificultad de salida . 3. Los pequeños valores de G hacen que la relación entre las fuerzas radiales Y axiales sea grande, lo cual provoca una presión desfavorable en el eje de la mesa, así 96
como la tendencia a las vibraciones . El eje deberá tener mejor ajuste radial y axial. Cuando la fuerza axial es grande favorece el ajuste axial . El juego axial puede presentar problemas a la salida o a la entrada de la fresa . En piezas débiles, la dirección axial de la fresa debe ser pequeña, por lo cual es recomendable un pequeño valor de G. 4. Para pequeños valores de G las aristas cortantes resultan más débiles. 3.4 .3 .3 .2
Valores aconsejables para el ángulo de posición
Los ángulos más frecuentemente empleados son : 1 . Angulo de posición G = 0. Se emplea para fresas de planear o de escuadrar. 2. Angulo de posición G = 45°. Es el más recomendable para trabajar con ejes largos, para trabajar fundición de hierro y para materiales dificiles de mecanizar por el riesgo de rotura de las aristas de la herramienta . Para que la viruta no sea excesivamente fina convendrá trabajar con un avance por diente aZ lo mayor posible. 3. Angulos de posición G de 15° y de 30°. Sirven para otras operaciones no especificadas, que habrá que estudiar caso por caso, y ver cual es el ángulo más recomendable . 3.4 .4
Sección cortada instantánea
Se ha dicho lo complejo que resulta el corte de viruta por fresado, ya que pueden estar trabajando varios dientes a la vez y además en cada uno de éstos su corte no es uniforme . Se puede considerar que la sección cortada en cada instante (fig, 3 .29A y B) es el producto del espesor medio de viruta por la longitud de corte b instantánea . [7A] La longitud b es la suma de las longitudes de contacto de cada diente de la fresa que esté cortando, en un instante dado . Por consiguiente (fig . 3 .29C) :
Fig . 3.29A
[$A] Siendo : I
= longitud de contacto de cada diente con la pieza (en las fresas de diente recto este valor es constante para cada diente) z' = número de dientes que están cortando en un momento dado Si el ángulo de contacto cp se expresa en radianes, se tiene (fig . 3 .29A):
Fig. 3.298 En el triángulo OEF de la misma figura se puede establecer que :
cos T
Pero resulta que :
97 7.
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
Igualando [10] y [11], se tiene:
[121 valor que sustituido en [9]: Z,
z _
Pr
[13]
v
Sustituyendo el valor de z' dado por [131 en la expresión [8A], se obtiene:
[813] Como ya se dijo (apartado 3 .4 .2 .1) :
Sustituyendo este valor en [7A1 se tiene : A = az
[713]
Para el fresado frontal vale la misma fórmula, sustituyendo / por pa, que es el valor de la profundidad axial : A _
3 .4 .5
az ' `z ' P r
Pa
[7C]
Fuerza de corte
Es la fuerza necesaria para cortar una sección de viruta instantánea A de un determinado material, cuya fuerza específica de corte es f, F, = f , - A (kgf )
[14A]
Teniendo en cuenta los valores de A, deducidos anteriormente, se puede escribir que, para el fresado tangencial y el fresado frontal, se tiene, respectivamente: F, =
Fe
3 .4 .5 .1
Fg . 3.30A
__
f, (kgf)
az ' z ' Pr ' I
n
az
D
z ' Pr .
n
D
Pa
Componentes de la fuerza de corte
,
fc
(kgf)_
[14131
[14C]
En la fresa cilíndrica de diente recto la fuerza de corte Fc es la resultante de la acción de todos los dientes que cortan simultáneamente y que se puede considerar situada en el punto medio del arco de contacto (fig . 3 .30A) y de componentes: Ft, fuerza tangente a la trayectoria del movimiento del filo de la fresa, y la componente radial F dirigida en prolongación del radio . 98
La fuerza resultante Fc puede a su vez, descomponerse en componentes perpendiculares, una horizontal Fh y otra vertical F, (fig. 3 .30A y B) . La fuerza F, es la que tiene influencia para el cálculo de la potencia de corte . Según esta fuerza se dimensionan y calculan los elementos que componen la cadena cinemática del movimiento principal . La fuerza Fh se opone al movimiento de avance y de acuerdo con ello se calcularán y dimensionarán los elementos de la cadena cinemática del mecanismo de avance. También influye en los elementos de sujeción. La fuerza F tiende a levantar la pieza de su soporte o a la mesa de sus guías y con ella se determinan los elementos de sujeción de la pieza . En el fresado en concordancia la fuerza de corte se descompone según puede verse en la figura 3.3013 . En ella la componente horizontal tiende a arrastrar la pieza y la mesa, mientras que la vertical empuja a la pieza contra la mesa, y a ésta contra sus guías. En el fresado frontal las fuerzas que se desarrollan pueden verse en la figura 3 .30C. Al fresar con fresas helicoidales la fuerza de corte Fc se descompone además en una fuerza axial Fa y una fuerza perpendicular al eje FQ que, como ya se dijo, convendrá que su sentido sea hacia el soporte fijo del árbol portafresas (fig . 2.613). Tanto en el fresado tangencial como en el frontal, el momento torsor es igual a Fr - R (fig . 3.30D) . Si disminuye el radio y se desea mantener el valor del momento, habrá que aumentar la Fr. Por consiguiente, es siempre más aconsejable emplear fresas de mayor diámetro en cuanto a esfuerzos se refiere . 3 .4 .6
Fig. 3.30B
Fig . 3.30C
Potencia de fresado
La potencia de fresado viene dada en función de la fuerza de corte y la velocidad de trabajo : P c = F c - vc
(kgf m/s)
[15A]
La velocidad se refiere a la medida en la misma dirección y sentido de Fc ; por tanto, es la velocidad tangencia¡ de la fresa y vale: Ve =
u - D - n 1000
(m/min) =
n D n 60 x 1000
(m/s)
Sustituyendo los valores de las fórmulas [1413] y de [1A] en la fórmula [15A], resulta : PC
az ' z " pr ' l . fc . n ' D - n n - D 60 000
=
PU
az
. 60000 pr . I
fc
(kgfm/s)
Fig . 3.30D [1513]
Si se hace az - z - n = arnin, la fórmula [1513] se transforma en: PC
= fc ' amin ' Pr ' I (kgf m/s) _ 60 000 =
fc ' amin ' Pr ' I 1,36 x 75 x 60 000
fe ' amin ' Pr ' ( (CV) 75 x 60 000
[15C]
(kW)
Siendo : Pc fc amin Pr I
potencia de corte en kgfm/s, en CV o en kW fuerza especifica de corte en kgf/mmz avance por minuto en mm profundidad de pasada radial en mm longitud del corte en mm, que en los fresados frontales se sustituirá por pa o sea, profundidad de pasada axial en mm 99
Estas fórmulas se pueden material . Sabiendo que :
dar también
en función del volumen
V del
V = a,,¡ , - p, - I (mm/min) es decir, el volumen de viruta arrancado por minuto, y si se llama r1 al rendimiento de la máquina, se puede determinar definitivamente la fórmula de la potencia : P
=
fe ' amin ' Pr ' I 6 120 000 - 17
fe - V 6120000 - rl
=
(kW)~
[15D]
que da la potencia en el motor de la fresadora . Como no siempre se aprovecha la potencia total, y además los motores admiten una sobrecarga sin dificultades, podría prescindirse en la fórmula [15D] del rendimiento rl . EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 9 Calcular la potencia necesaria para fresar una pieza de acero al carbono de 0,35 de dureza HB 150 kgf, con una fresa tangencia¡ de metal duro de 200 mm de diámetro y 12 dientes, sabiendo que el ancho de la pieza es 150 mm y la profundidad de pasada radial de 6 mm . La velocidad de corte empleada es de 120 m/min ; el avance por diente 0,3 mm y el ángulo de desprendimiento + 2° . Solución:
Según la tabla 3 .19, f, vale 300 kgf/mm2 para e m = 0,2 y c se deben hacer las necesarias correcciones .
-7° . Para c = + 2°
fc+2 = f e * Ke " Kc
[a]
Véase cuánto valen estos coeficientes Ke y K, e m = aZ
150
0,3
= 0,3
I 2
0,75
= 0,3 x 0,866 = 0,259 mm
El mismo valor se hubiera hallado en la tabla 3 .25 . Según la tabla 3 .31 K e = 0,94 El ángulo de desprendimiento c = + 2°, difiere en + 2° -(-7 ° ) _ + 9° del de la tabla 3 .31 ; por tanto, hay que disminuir la fuerza de corte en 1,5 x 9 = 12 %, o lo que es lo mismo Tabla 3 .31 Coeficiente Kem para varios espesores medios de viruta Espesor medio de viruta e , (mm1
Coeficiente
0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00
1,50 1,23 1,10 1,00 0,94 0,89 0,85 0,81 0,79 0,76 0,72 0,69 0,66 0,64 0,62
_
Kc
100-12 100
= 0,88
Valores que sustituidos en [a] resulta : f c+ 2 = 300 x 0,94 x 0,88 = 248 kgf/mm 2
Kem
es decir : fe = 248 kgf/mm 2 El avance : amin=a, - z'n=0,3x 12x
1000-vc n - D
=3,6x
1,3333 x 200 = 3 6 x 190,9 = 3,1416 x 200
= 687 mm/min Por tanto, sustituyendo en la fórmula [15D], prescindiendo de r1, se tiene : Pc=
100
fe . amin'P r 'I 6120 000
-
248 x687 x6 x150 6120000
=25kW
de :
Si el rendimiento de la máquina fuera del 70 %, la potencia del motor debería ser [15E]
Pt
3.5
P 25 = 35,7 kW - rl - 0,7
Interrelaciones entre los elementos de corte
Ya se han apuntado algunos factores que influyen en los elementos de corte. A continuación se recogen algunas interrelaciones de los mismos y se resume lo dicho hasta ahora . 3 .5 .1
Influencia en la velocidad de corte
3.5.2
Influencia en la profundidad de pasada
Los elementos fundamentales que influyen en la elección de la velocidad de corte son el material que se trabaja y el de la propia fresa . En la tabla 3.2 se recogen algunos valores indicativos . La refrigeración-lubricación, cuando se emplea, puede hacer variar la velocidad hasta en un 30 °lo . Como' regla general no se debe refrigerar cuando se trabaja con metal duro . Para fresas de acero la refrigeración debe ser tan abundante como sea posible, y debe ser capaz de evitar el calentamiento de la fresa y de la pieza. Lo que no debe hacerse nunca es refrigerar intermitentemente ; los resultados pueden ser fatales. La refrigeración debe ser en el mismo lugar de corte (fig . 3.32), y no diametralmente opuesta. Cuando se trabaja en seco y la abundancia de virutas cortadas puedan ser un problema de evacuación, se puede emplear un chorro de aire que facilite la expulsión de la viruta a la vez que refrigera el corte . La economía o desgaste de la herramienta suele ser uno de los elementos fundamentales para elegir la velocidad, ya que ésta, debida a su costo, suele tener mayor influencia que cualquier otro elemento . La potencia total también puede influir en la elección de la velocidad disponible .
Fig. 3.32
Puede estar limitada por falta de estabilidad en la sujeción, por la facilidad de deformación de la pieza. Pueden influir también otros muchos factores . La potencia de la máquina limita igualmente la profundidad de pasada . Con plaquitas de metal duro no reafilables conviene trabajar con la mayor profundidad que admite el filo de las plaquitas, con el fin de aprovecharlas al máximo . En grandes series de piezas fundidas suele preverse un exceso de material suficientemente pequeño, como para que pueda mecanizarse en una sola pasada . Cuando la pieza en bruto presente grandes irregularidades en la superficie, que pueda dar lugar a profundidades desiguales, será conveniente dar una pasada inicial de desbaste para que la pasada final resulte uniforme y de calidad aceptable . Deberán evitarse pasadas excesivamente pequeñas próximas al límite de viruta mínima . Esto es particularmente importante cuando se trabaja por fresado tangencia¡ y con avance en oposición . 3.5 .3
Influencia del avance
El acabado de la pieza puede ser muy importante para determinar el avance, pero en ningún caso debe bajarse hasta límites próximos a la viruta mínima . Para planear con plaquitas de metal duro es preferible emplear placas repasadores anchas (fig . 3 .33), que permitan trabajar con grandes avances, economizando tiempos y logrando buena calidad y ahorro en las otras plaquitas . El tipo de fresa es un factor importante a tener en cuenta . En la tabla 3 .2
Fig. 3.33
se dan valores orientativos de los avances que no convendrá sobrepasar, sobre todo si la profundidad es grande y la salida de la viruta es dificultosa . La potencia de la máquina puede limitar el avance, pero sin olvidar que la viruta de espesor pequeño se corta con mayor dificultad por aumentar la fuerza específica de corte; por tanto, en caso de potencia limitada será preferible reducir la profundidad de pasada antes que el avance . Para un mismo avance de la mesa la potencia será mayor para fresas de poco paso (muchos dientes) que para las de paso mayor (pocos dientes) . 3 .6
Tiempos de mecanizado
El tiempo total de mecanizado está constituido por una serie de tiempos parciales, llamados : 1 . Tiempo de corte o de máquina . 2. Tiempo de preparación . 3 . Tiempo de maniobra . 3.6 .1
Tíempo de corte o de máquina
Es el tiempo que dura el proceso de arranque de viruta sin participación directa del operario . Así, en el fresado plano el tiempo de corte es el que transcurre desde el momento en que el operario termina de conectar el avance mecánico hasta el momento de su desconexión (este tiempo es el que se tiene en cuenta para la duración de la herramienta entre afilado y afilado) . La fórmula general para calcular el tiempo de corte en el fresado es la siguiente: T, =
L amin
(min)
En la que : =
Tc tiempo de corte en minutos L = desplazamiento necesario de la mesa en mm amin = avance en mm/min = aZ - z - n Se pueden considerar varios casos según el tipo de fresa, ya que ello hace variar la longitud L. 3 .6 .1 .1
Fresado frontalcentrado
Ante todo hay que decir que depende de si la operación es de desbaste o de acabado . 3 .6 .1 .1 .1
Fresado frontal centrado para desbastar
El eje de la fresa se coloca ligeramente inclinado (fig . 3.34A) con el fin de que no talone la fresa . Según esta figura la mesa debe desplazarse en la longitud : L= C+ B-Z
[17A]
siendo :
a~l ~.;1IlJa~, .l
2
C = longitud de entrada en mm . Dada la poca inclinación del eje, aproximadamente igual a D/2 B = longitud de la pieza en mm Z = longitud comprendida entre el centro de la fresa y el' punto en que la fresa toca a las esquinas de la pieza acabando la pasada, que depende de la inclinación del eje de la fresa y de la profundidad de pasada . Según la figura 3.34A 7=Z siendo : 1 = ancho de la pieza en mm D = diámetro de la fresa en mm
Fig. 3.34A
102
D2-12
[1713)
Sustituyendo estos valores en [17A] se tiene:
2
+ B -
1
D2 -
2
(mm)
12
[17C]
Fresado frontal para afinado
3.6 .1 .1 .2
Para el fresado en acabado el eje de la fresadora debe estar perfectamente toda la vertical para obtener un plano perfecto . Según esto la fresa tocará en total ; de la figura debe ser de la herramienta periferia, y por tanto, la salida deduce : 3.3413 se L = C + B + C pero
C
_
luego :
D
2
[1713] Comparando las fórmulas [17C] y [17131 se comprende por qué para el desbaste se emplea el sistema de inclinar el eje, ya que el recorrido es menor en uno que en otro . Tiene la desventaja de que la superficie queda ligeramente ondulada (fig . 2 .668) .
has ranura
flexible
e L
Fig . 3.34B
Fig . 3.35
Platos de cuchillas especiales para desbastes y acabado
3.6 .1 .1 .3
Hoy dia, para grandes series y para no tener que dar más que una sola pasada y evitar que la superficie quede ondulada y que, a la vez, no se pierda tiempo en la salida de la fresa, se emplean unos platos de cuchillas (fig . 3.35) que aun con el eje inclinado compensan, con un sistema elástico, la posición del eje, permitiendo un trabajo desbaste-acabado perfecto . 3 .6 .1 .2
Fresado tangencial
En este caso, la longitud total según la figura 3.36 vale : [18A]
L=B+C En la cual la longitud de entrada C vale : C2 -
(D 2 -(D /
_ %13)2 -
~
-py ;C2=
D / 2 +2p D
(D2 12 - [(D 2 -p 2
-2p' +
/2
=pD-p2
p2
=p(D-p)
Fig. 3.36 103
por tanto: C =
(DP
P)
y en, consecuencia, sustituyendo en [18A] se tiene: L = B +
p
(D- p)
(mm)
(188)
Esta misma fórmula puede emplearse para el fresado frontal descentrado con eje inclinado (fig . 3.37A) siempre que el ancho fresado sea menor que D/2. Si el eje es vertical habrá que añadir un espacio igual a C para la salida, es decir, que la fórmula sería (fig . 3.378) :
- -.
2 p (D- p)
L - B+
(mm)
[18C]
Esta fórmula [18C1 vale para fresado tangencial frontal o fresado de rebaje o escalones con fresa de dos cortes . Sea cual sea el caso de fresado, a las longitudes calculadas convendrá añadir una magnitud x para asegurar la entrada y salida completa y suave, que suele valorarse de 2 a 5 mm, según el diámetro de la fresa .
iw
Ard-
-1911~ Ja e
Fig . 3.37A
Fig . 3.378 EJEMPLOS RESUELTOS Ejemplo 10
Calcular el tiempo de corte necesario para fresar independientemente un par de ruedas dentadas de acero al Cr N de módulo m = 5; número de dientes z = 25 y longitud del diente B = 40 mm . La fresa es de acero rápido de 80 mm de diámetro y de 12 dientes . La velocidad inicial prevista es de 10 m/min y el avance por diente 0,1 mm . Solución: T, -_
L amin
.
i (min)
t 19AJ
en la cual : L = longitud total para cada diente en mm amin = az ' Z - n i = número de pasadas; en este caso : 25 x 2 = 50, dientes a fresar Según fórmula [188] : L = B + 40 + 104
p (D - p) = 40 +
2,25 m (80 - 2,25 m)
11,25 (80- 11,25) = 40 + 27,81 = 67,81 mm
_
Si se añade un incremento de dos milímetros aproximadamente para asegurar la entrada y salida, se puede redondear y considerar que : L = 70 mm . Para calcular a m; se necesita saber : 1000 - v
_
n - D
1000 x 10 Z 40 r/min 3,1416 x 80
Este número de revoluciones habrá que tomarlo de la fresadora en que se va a realizar el trabajo (Ver las características de la fresadora de que se dispone como ejemplo en las pruebas de evaluación) se escoge, por ejemplo 50 r/min ; con este número : vrea~ =
n - D - n
3,1416 x 80 x 50
_ _
1000
12,566m/min
1000
Si parece demasiado, podría probarse con el número de revoluciones inferior, que como puede verse es 36 r/min, y entonces : v = 9,047 m/min que resulta más pequeña que la pedida, aunque por defecto se aproxima más que la anterior ., Se escoge pues, n = 36 r/min, y con ella, se tiene : amin = a z ' z - n = 0,1 x 12 x 36 = 43,2 mm/min Aquí habría que ver de nuevo las posibilidades de la fresadora de que se dispone para lograr el avance amin = 43,2 mm/min, o el aZ = 0,1 . Si la fresadora indica los avances por diente, ajustarse al más próximo . Se puede comprobar que en la máquina elegida existe la posibilidad de un avance amin = 40 mm/min . Sustituyendo estos valores en [19A], se tiene que el tiempo total de corte es : 7 x 50 = 87,5 min T, = 0 40
Ejemplo 11 Calcular la potencia de corte que se necesita para fresar las ruedas dentadas del problema anterior . Solución: PC
=
fe ' amin ' Pr ' 1 6 120 000 - H
(kW)
[15D]
Para determinar el valor de la f, se emplea el gráfico de la figura 3 .20, pero antes se ha de calcular el espesor medio de la viruta e , por medio de la fórmula [5B]
em =a z
1
D
0,1_
)
1180,25
_
1 80,25 ~
\1
\/
= 0,034 mm
para e m = 0,034 en el gráfico 3 .20, f e = 640 kgf/mmz . En este caso, 1 es igual al espesor del diente y que vale : m
rr
2
=
n ' S
2
= 7,85 mm
Sustituyendo todos estos valores en [15D] se tiene : Pc
_ 640 x 40 x 11,25 x 7,85 6120000
= 0,369 kW
0,5 CV
Si el rendimiento de la máquina fuese rl = 0,5, según la fórmula [15E) resulta que : =
P° rl
=
0-5_ 0,5
;:Z 1 CV 105
3 .6.2
Tíempo de maniobra o manual
El tiempo de maniobra comprende: montar y desmontar la pieza, aproximación de la pieza a la fresa, reglaje de velocidad, de avance, etc . Para el cálculo de este tiempo la máquina debe tener un cuaderno de máquina en el cual están tabulados los distintos tiempos de maniobra (fig . 3.38) . Con su ayuda resulta fácil obtener el tiempo, analizando el trabajo y descomponiéndolo en las distintas operaciones o maniobras que se necesitan . Después se asigna a cada una su tiempo, y la suma de ellos (tabla 3 .39) constituye el tiempo total . Tabla 3.38
Tiempos de maniobra en la fresadora
Coger pieza ligera con la mano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dejar la pieza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tomar pieza pesada (p >_ 6 kg) con polipasto o similar, equilibrarla y colocarla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Apretar pieza en plato universal o mordaza (ligera) . . . . . » » » » » » » (pesada) . . . . . Soltar pieza de plato universal o mordaza (ligera) . . . . . . . » » » » » » » (pesada) . . . . . . . Apretar brida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Soltar brida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Montar fresa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Desmontar fresa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reglar tope (poco preciso) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reglar velocidad de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » avance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Embragar movimiento de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » » » avance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Desembragar movimiento de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » » » avance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tabla 3.39
106
Análisis de trabajo
3.6 .3
Tiempo de preparación
Se entiende por tal el tiempo necesario desde que se comienza el trabajo : preparar accesorios, montar fresa, etc ., hasta que se empieza la primera maniobra repetitiva en cada pieza . Habrá que añadir el tiempo transcurrido desde la última maniobra repetitiva para cada pieza, hasta dejar la máquina limpia y libre de los accesorios y herramientas empleados en el trabajo ; es decir, dejando la máquina en disposición de empezar a preparar otro trabajo . Lo mismo que para el tiempo de maniobra, su valor se puede obtener del cuaderno de máquina . CUESTIONARIO 3 .1 ¿Qué se entiende por velocidad de corte en el fresado? ¿De qué depende principalmente? 3 .2 ¿Qué se entiende por avance? ¿Cuántos avances pueden considerarse en el fresado? 3 .3 ¿Cómo se forma la viruta en el fresado y qué relación hay entre los movimientos de corte m, y el de avance m,? 3 .4 ¿Qué se entiende por fresado frontal? ¿Tiene importancia el número de dientes y el díámetro de la fresa en el grado de acabado? 3 .5 Cuando en el fresado se presentan simultáneamente fresado en oposición y fresado en concordancia, ¿qué hay, que tener en cuenta? 3 .6 ¿De qué depende el grado de acabado en el fresado tangencial? 3 .7 ¿Es mejor el fresado frontal o el tangencial? ¿Por qué? 3 .8 ¿En qué consiste el fresado en concordancia y en oposición? 3 .9 ¿Cuál de ellos es preferible? ¿Cómo se elige uno u otro? 3 .10 ¿Por qué tiene importancia el juego de los husillos de los carros para el fresado por trepado y cómo debe evitarse? 3 .11 ¿Qué se entiende por profundidad de pasada radial y por profundidad de pasada axial? 3 .12 ¿Pueden ser las profundidades muy grandes? ¿Cuánto? 3 .13 Las profundidades de pasada : ¿pueden ser tan pequeñas como se quiera? ¿Porqué? 3 .14 ¿Qué importancia tiene el juego radial y axial del eje para la profundidad de pasada? 3 .15 ¿Qué se entiende por fuerza específica de corte? 3 .16 ¿De qué depende principalmente esta fuerza específica? 3 .17 ¿Tiene importancia el espesor de la viruta? ¿En qué sentido? 3 .18 ¿Qué se entiende por espesor medio en el fresado tangencial y en el frontal? 3 .19 ¿Tiene importancia la geometría del filo para la fuerza especifica de corte? ¿Cuál es el ángulo más importante y cómo influye? 3 .20 ¿Qué se entiende por sección cortada instantánea? 3 .21 ¿Qué importancia tiene? 3 .22 ¿Qué es la fuerza de corte? ¿Cómo se calcula? 3 .23 ¿Cuáles son los componentes de la fuerza de corte en los distintos tipos de fresado? ¿Qué importancia tienen estos componentes? 3 .24 ¿Qué se entiende por potencia de corte? 3 .25 ¿Qué se entiende por rendimiento de máquina? 3 .26 ¿Qué factores influyen en los elementos de corte : velocidad, avance y profundidad de pasada? 3 .27 ¿Tienen estos elementos de corte influencias recíprocas, es decir, influyen entre si y respecto al rendimiento y calidad de fresado? 3 .28 ¿Cómo se calcula el tiempo de mecanizado? 3 .29 ¿Qué se entiende por distancia de entrada en el fresado y que importancia tiene respecto al tiempo de mecanizado? PRUEBAS DE EVALUACION Para que sirva de base a los cálculos que se han de realizar y, además, para que los datos tengan un carácter eminentemente práctico, se presenta a continuación las características de una fresadora universal de uso muy frecuente en las escuelas . Caracteristicas de una fresadora universal: 1.
Escalonamiento de velocidades del eje principal en r/min . 25- 36- 190- 510 50 - 70 - 265 - 725 100 - 140 - 370 - 1000 107
2.
Avances en m/min
3.
Potencia de la máquina: 4 CV
4. 5.
A. Para el carro . transversal y mesa longitudinal 0,8-1,5-2,6-4-5-7-8-12-14-22-40-66 6-11-19-28-36-48-60-80-100-160-276-460 B. Para la ménsula o carro vertical : la mitad de los anteriores
Ruedas disponibles para tallar hélices: 24-24-28-32-40-40-44-48-56-60-64-72-86- 100 Discos n.°1 n .®2 n.°3
de agujeros del aparato divisor universal de constante 40 15-16-17-18-19-20 21 -23-27-29-31 -33 37-39-41-43-47-49
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 1
1 .° Calcular el tiempo de mecanizado del problema número 1 del apartado 3.6 .1 .2, suponiendo que se fresa los dos engranajes formando un conjunto único, es decir, mecanizar los dos a la vez . 2.° Calcular el tiempo total de fabricación para efectos de presupuesto . Problema 2
Calcular la potencia necesaria y el tiempo total empleado para hacer un hexágono regular en la fresadora con los siguientes datos : Fresa de planear 80 x 63 UNE 16-201-75, Acero rápido Material del hexágono, bronce Diámetro de la barra, 40 mm Longitud de la barra, 148 mm Distancia entre caras, 36 mm Avance por diente aZ -t 0,15 Número de dientes de la fresa, z = 6 Problema 3
Los mismos datos que en el problema 2, pero empleando una fresa frontal de 50 mm de diámetro y cuatro dientes . Se admite el eje inclinado en 1 : 1000 . Problema 4
Calcular el tiempo que se tardará para fresar una rueda dentada de 108 mm de diámetro total, de módulo 3 y longitud del diente 30 mm, construida de acero al carbono A 42b UNE 36080. La fresa es de acero extrarrápido y tiene un diámetro de 70 mm y 13 dientes . La velocidad de corte inicialmente prevista es de 15 m/min y el avance por diente 0,12 mm .
Tema 4.
Sujeción de las piezas en la fresadora universal
OBJETIVOS - Conocer y saber diferenciar las formas de sujeción de las piezas que se
han de fresar. - Conocer las posibilidades que tiene la fresadora universal para realizar trabajos fundamentales y saber seleccionar las herramientas y accesorios más apropiados .
EXPOSICION DEL TEMA 4.1
Sujeción de las piezas en la fresadora (Ver tema 11 de Tecnologia
Mecánica 1.2)
En los procesos de fabricación uno de los puntos que debe tenerse en cuenta es la fijación de la pieza . Para la elección del sistema hay que tener muy en cuenta el número de piezas a . mecanizar, si la fabricación es unitaria o en serie y los dispositivos de que se dispone . La fresadora universal es una máquina que tiene buen rendimiento para pequeñas series o piezas unitarias, razón por la cual hay que emplear los útiles y medios normales de sujeción, reservando los útiles especiales para las máquinas aptas para grandes series . 4.1 .1
Principios generales de sujeción de una pieza
La fijación de toda pieza en una máquina debe cumplir ciertas condiciones, a fin de que quede centrada, orientada y fuertemente sujeta . Se requiere para ello: - Inmovilizar la pieza en posición correcta . - Conservar esta posición durante el mecanizado, a pesar de los esfuerzos producidos por la herramienta al cortar . - Prever en el montaje la salida de la herramienta y de la viruta. - Que los elementos de sujeción, debido a los esfuerzos que realizan, no flexionen ni deformen la pieza . - Que, a su vez, los elementos de sujeción no sean tan débiles que, al apretar sobre la pieza, ellos mismos se deformen . - Que la pieza no se doble bajo la acción de los esfuerzos de corte de la herramienta . - Que la pieza en bruto no se desmonte hasta después del mecanizado total de un grupo de superficies . - Que la preparación, apriete y desmontaje de la pieza sea lo más rápida posible . 109
Los factores que influyen a la hora de elegir un sistema de sujeción, entre otros son : - Tipo de operación. - Dimensiones y forma de la pieza. - Número de piezas a realizar . - Capacidad de trabajo de la máquina . Las soluciones pueden ser muy variadas y entre ellas están las siguientes : - Con tornillo de mordaza . - Directamente sobre la mesa . - Con platos de garras o universales . - En aparatos divisores. - Con sistemas rápidos, ya sean mecánicos, neumáticos o hidráulicos y magnéticos . 4.2
El rozamiento en la sujeción de piezas a mecanizar
El rozamiento por deslizamiento, tan perjudicial en ocasiones, es el fundamento de la mayoría de los sistemas de sujeción . Conviene recordar algunas nociones : 4.2 .1
Coeficiente de rozamiento
Se llama coeficiente de rozamiento por deslizamiento de dos piezas A y 8 en contacto (fig . 4.1) a la relación : p
A
_
F
N
siendo :
Fig. 4. 1
F = fuerza necesaria en kgf para hacer deslizar una pieza A sobre otra 8 con velocidad uniforme F r = F, y se denomina fuerza de rozamiento que siempre se opone al movimiento y se expresa en kgf N = fuerza normal entre las superficies de contacto, en kgf Como F, y N son dos fuerzas, g es un número adimensional (siempre menor que la unidad) y se puede decir que: la fuerza de rozamiento F, es directamente proporcional a la carga normal N del cuerpo . 4.2 .2
Fig . 4,2A
Hay que distinguir dos tipos de coeficiente de rozamiento : 1 . Coeficiente en el momento del arranque Pe o coeficiente estático . 2 . Coeficiente durante el movimiento pd o coeficiente dinámico . El coeficiente estático o de adherencia es mayor que el coeficiente dinámico de rozamiento ; normalmente se emplea el segundo. 4.2 .3 El -
Fig . 4 .28
Tipos de coeficientes
4.2 .4
Factores que influyen en el coeficiente de rozamiento coeficiente de rozamiento depende : de la naturaleza de los materiales en contacto ; del estado superficial de los mismos ; si va lubricado o no . Experimentación práctica de los coeficientes de rozamiento . Angulos de rozamiento
El coeficiente de rozamiento se calcula de manera experimental por medio de un tribórnetro o por medio de un plano inclinado (fig . 4 .2A, B) . Partiendo del plano horizontal se va aumentando lentamente el ángulo del plano inclinado (fig . 4.2C) hasta lograr que el cuerpo empiece a resbalar (fig . 4 .2A) ; en ese momento se tiene:
A partir de ese momento la pieza se moverá con un movimiento uniformemente acelerado, lo cual quiere decir que la componente F es mayor que la fuerza de rozamiento F,. Si el plano es suficientemente largo se podría ir disminuyendo el ángulo de inclinación T, hasta lograr que el movimiento fuese uniforme (en este momento el plano inclinado tiene un ángulo cp') (fig. 4.213), lo cual indica que la componente F y la fuerza de rozamiento F, son iguales ; en este momento se tendrá : Pd
=
N
= t9 ~p ,
Si se disminuye el ángulo cp', la pieza, a partir de este momento, permanece inmóvil por ser la fuerza F,' mayor que F. Los ángulos cp y cp' reciben el nombre de ángulos de rozamiento estático y dinámico. 4.2.5
Valor de los ángulos de los elementos de sujeción Si el coeficiente de rozamiento entre dos piezas de acero (tabla 4 .3) es 0,15 y el ángulo de rozamiento cp' es ~:z 8° 30', quiere decir que los elementos de sujeción: cuñas, levas, pernos (roscas), etc ., deben tener un ángulo de inclinación menor de 8° 30' en las superficies donde se produce el contacto ; o si es igual o mayor, deberá llevar un sistema auxiliar de retención . Tabla 4.3
Coeficientes de rozamiento
Materiales Acero sobre acero Acero sobre fundición Fundición gris sobre fundición gris Acero templado sobre acero templado Bronce sobre acero Madera sobre madera Madera sobre metal Cuero sobre fundición Goma sobre fundición Cinta de freno sobre acero
Coeficiente de rozamien to p En seco
Engrasado
0,15 0,19 0,20 0,10 0,18 0,5 0,7 0,45 0,45 0,55
0,1 0,1 0,16 0,05 0,1 0,16 0,11
En la tabla 4.3 se recogen los coeficientes y ángulos de rozamiento de varios materiales. El coeficiente de rozamiento varía si las superficies de contacto están secas, húmedas o lubricadas. Para el asunto de que se trata es interesante que las superficies estén secas, así será mayor el rozamiento, ya que lo que se pretende es aprovechar la fuerza de adherencia entre las dos piezas para que queden sujetas . Para las aplicaciones prácticas de sujeción de piezas se emplean varios sistemas que se basan en los principios enunciados . 4.3
Sistema de tornillo y tuerca
Ya se han estudiado los tornillos y las tuercas como elementos de unión y como elementos de transformación de movimiento (tema 6, de Tecnología Mecánica 2.1 Máquinas Herramientas) . Como elemento de sujeción en el mecanizado, la principal característica que hay que considerar, además de la resistencia, es la irreversibilidad, para evitar que se afloje espontáneamente . 4 .3.1
Tornillo de rosca plana Hay que tener en cuenta que en los tornillos, además del rozamiento en la rosca, casi siempre existe el rozamiento entre la tuerca y la pieza o arandela lo cual, en la mayoría de los tornillos normalizados de unión la irreversibilidad
está asegurada y no hay que preocuparse de ella . Sólo para algunos tornillos especiales que haya que construir expresamente, habrá que comprobar este concepto . En una rosca plana el momento de giro MG, o de rozamiento de la hélice para una fuerza determinada, se calcula (fig . 4.4A) por la fórmula : [3A] ya que F t = Q - tg (ff + cp) (fig . 4.48) es el esfuerzo periférico para la acción de apriete del tornillo y F I = Q - tg ((3 - cp), el esfuerzo periférico para la acción de aflojamiento del tornillo . apriete Q
aflojamiento
a
Fig. 4.4 B Polígono de fuerzas para el apriete y aflojamiento de un tornillo.
Fig. 4.4A
Fuerzas que actúan en un filete de rosca.
El momento resistente MR de la tuerca (fig . 4 .4C) en el apoyo : M R = FA
'
2=
Q - NA -
23
[3Bl
El momento de acción MA (fig . 4 .4C) cuyo brazo de palanca es directamente el radio de la tuerca o el brazo de palanca 1 de la llave es igual a :
F
MA
= F2 '
1 = MG
+ MR
= Q -
d2
- tg
((f - (p)
+
Q - HA
- 23
luego : MA
= Q
12
.
t9-(l~ _=
T)
+ NA
El rendimiento rl en tanto por ciento : t9 p . 100 tg ((3 + cp ) Fig. 4.4C
La irreversibilidad estará asegurada cuando (3 < cp .
d3 2 J] i
[3C]
En todas las fórmulas anteriores : N = esfuerzo normal entre dos filetes, en kgf Q = fuerza longitudinal sobre el tornillo, en kgf d = diámetro exterior de la rosca del tornillo en mm rR, = radio medio del tornillo rm = d-`" , en mm 2 p = paso del tornillo, en mm
li
= ángulo de inclinación de la hélice en grados en el dm : tg ¡3 =
p n - dm
W = ángulo de rozamiento de la hélice en grados N = coeficiente de rozamiento en la hélice = tg cp IÁA = coeficiente de rozamiento en el asiento de la tuerca F, = fuerza de rozamiento en el filete en kgf FA = fuerza de rozamiento de apoyo en la tuerca hexagonal expresada en kgf F, = esfuerzo periférico, en kgf, que actúa en el radio medio F2 = fuerza tangencial ejercida en el extremo de la llave, en kgf d3 = diámetro donde se ejerce la fuerza FA en mm d2 = dimensión entre caras de la tuerca en mm d, = diámetro del fondo de la rosca de la tuerca en mm 4.3 .2
Tornillo de flancos inclinados
Para tornillos de flancos inclinados con ángulos del perfil a, es decir, rosca triangular (a = 60°), trapecial y diente de sierra, se debe sustituir en la fórmula [3A], en lugar de cp, el valor del ángulo de rozamiento cp' : t9 ~P, = N, =
[5A]
cos
en la cual : cp' = ángulo de rozamiento estático N' = coeficiente de rozamiento en el filete
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 1
Con qué fuerza hay que apretar la tuerca de acero en el extremo de la palanca de la figura 4.41), para lograr una fuerza R2 de apriete sobre la pieza de 150 kgf, si se emplea una brida de 120 mm de longitud útil . El tornillo, también de acero, es M 16 x 1,5 colocado a una distancia de la pieza igual a un tercio de la longitud de la brida, sabiendo que la llave tiene una longitud de brazo de palanca igual a 160 mm, y siendo el coeficiente de rozamiento de la tuerca de acero, IAA = 0,15 . Solución: 1 .° Para lograr sobre la pieza una fuerza mentos respecto a R l que :
Q - 90 =
de donde
Q = 120 - R2 _ 90 2.°
Aplicar la fórmula [3C] MA=
8.
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
QI
2
R2
de 150 kgf, se tiene, tomando mo-
R2 ' 120
120 x 150 = 200 kgf 90
tg(j3+cp)
+MA
23
Fig. 4.4 D
en la cual, según los valores del tornillo sacados de la norma de rosca métrica fina, para M 16 x 1,5, se tiene: dm = 15,10 mm tg N
=
p
n - dm
=
tr -
1,5 1,5 = = 0,0316,y (i = 1,81° 15,10 3,14 x 15,10
= 0,15 para el acero sobre acero, pero por tratarse de rosca triangular : a cos 2
y, por tanto
cp'
d3 =
_
0,15 = 0,1732 cos 30°
= arc tg 0,1732 = 9,82°
d2 + d1 2
- 21,6 + 16 2
valores que sustituidos en l3 C1 : = 200 rL 1 210 tg (1,81° + 9,82 0 ) + 0,15 1~8
= 18,8 mm
1
_- 200 (7,55 x 0,206 + 1,41)
= 200 x 2,965 = 593 kgf/mm y, por tanto: F2 =
Fig. 4.4 E
MQ
=
5 = 3,7 kgf 60
La irreversibilidad está asegurada en la rosca del tornillo porque ¡3 < cp', pero además la arandela que lleva (fig . 4 .4E) contribuye a reforzar aquel efecto ; entonces (3 < 2 cp', evidentemente . 4 .3 .3
Sujeción en tornillo de máquina
El llamado tornillo de máquina, ó simplemente mordaza (fig . 4 .5), es uno de los medios de sujeción más extendidos de piezas que se han de fresar . La inmovilización de la pieza se logra por el rozamiento originado entre la pieza y las mordazas del aparato (fig . 4 .6), merced a la presión del husillo o tornillo principal que se apoya en la parte posterior de la mandíbula deslizante . Para que la sujeción sea efectiva la fuerza de rozamiento debe ser mayor que la fuerza de corte ejercida por la fresa. A su vez, la mordaza debe quedar bien apretada contra la mesa de la máquina, de manera que no se deslice sobre ella .
Fig. 4.6
4.3.3.1
Clasificación de las mordazas
Por su estructura se dividen en : sencillas (fig . 4 .6), giratorias (fig . 4.7A)
y universales (fig . 4.713) .
Las mordazas sencillas tienen una base fija y son muy robustas . Las mordazas giratorias se diferencian de las anteriores por la placa base sobre la que gira el cuerpo de la mordaza, de manera que las mandíbulas de la misma pueden adoptar cualquier posición sobre el plano horizontal . Las universales pueden girar sobre dos y hasta tres ejes, de modo que se sitúan en cualquier posición respecto al eje de la máquina . Para facilitar la fijación de las piezas, es frecuente que los modelos actuales tengan las platinas o bocas de cierre cambiables (fig . 4.8) . Tal es el caso de piezas delicadas ; piezas mecanizadas con anterioridad; piezas en bruto, de pare des irregulares ; piezas redondas, etc . Cuando interesa cambiar las bocas de cierre, se aflojan los tornillos que llevan y se sustituyen por otras, sin necesidad de mover la mordaza .
Fig . 4.78
4 .3.3 .2
Mordazas especiales
4.3.3 .3
Precauciones al fijar la pieza en las mordazas
En la figura 4 .9 se muestran varios tornillos de máquina que pueden considerarse como especiales . En la actualidad es frecuente el uso de tornillos de máquina de accionamiento neumático, hidráulico o hidroneumático ; tienen la ventaja de asegurar la pieza con mayor fuerza de apriete y lograr la maniobra con mayor rapidez . Todas ellas suelen ir provistas de husillo para el cierre preliminar; la carrera neumática o hidráulica sólo es de unos pocos milímetros . 1 .' Comprobar el paralelismo de las mordazas del tornillo respecto a los desplazamientos de los carros y la mesa, con ayuda del comparador (fig . 4.10A y B) o, en su defecto, emplendo topes de posicionamiento ajustables a las ranuras de la mesa (fig. 4.10C). Para esta operación pueden emplearse platinas o mandriles rectificados . 2 .a Asegurar el asiento de la pieza sobre la base del tornillo o sobre las reglas colocadas para servir de apoyo a las piezas ; para ello, una vez iniciado el apriete, se dan unos golpes con un mazo de caucho o plástico (fig . 4.11) . 3 .a Cuando la irregularidad de las piezas pueda ser ocasión de alineación o asiento incorrecto en las mordazas, puede emplearse un cilindro interpuesto entre la pieza y la mordaza (fig . 4 .12) . 4 .' Sujetar fuertemente la pieza entre las mordazas sin que éstas lleguen a rayarla o deformarla . Para apretar caras acabadas y cuando se trabajan materiales blandos, se pueden emplear mordazas sin estrias o con protectores de material blando (fig . 4 .13) . 5 .' Cuando la altura de la pieza no sea suficiente para que, apoyando en la base, sobresalga de las mordazas, se emplean unas platinas rectificadas
Fig. 4.8
Fig . 4.9 Mordazas especiales : 1, mordaza de cierre en el centro; 2, mordaza universal; 3, mordaza magnética ; 4, mordaza neumática ; 5, mordaza de mandíbulas oscilantes; 6, mordaza de mandíbula incli nable .
Fig . 4.12
Fig. 4.13
de acero templado (fig . 4 .14) . También pueden emplearse mordazas especiales (fig . 4.15) . 6 .' Si se han de mecanizar piezas delgadas que sobresalen de las mordazas, se emplearán platinas auxiliares para evitar su deformación (fig . 4.16) o también una mesa de imán permanente (fig . 4.17) .
7 .a Asegurarse de que la pieza no se deforma y que, a la vez, queda suficientemente asegurada . 8 .a Antes de poner la máquina en marcha, comprobar que no hay ningún obstáculo que se oponga al paso de la fresa, del árbol portafresas, lunetas, etc.
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 2
¿Qué fuerza hay que aplicar en el extremo de la palanca del tornillo de máquina de la figura 4.18, para lograr un apriete suficiente para retener la fuerza de corte equivalente a 100 kgf? Indicar el rendimiento del tornillo y si es reversible siendo g = 0,105 para el tornillo, y N = 0,09 para las mordazas y pieza .
Rosca cuadrada 25-4
CorfeA-B
Fig. 4. 18 Solución : La fuerza de rozamiento necesaria para contrarrestar la fuerza de corte de 100 kgf, tomando como coeficiente de seguridad 3, será igual a: F R = 100 x 3 = 300 kgf. Para lograr esta fuerza, y con un coeficiente de rozamiento ¡A = 0,09, se necesitará una fuerza normal Q de : Q =
FR
300
0,09
= 3 .334 kgf
¡mi
~~~
Fig.
4. 16
,~cr,crrr,v fCr.z;.~txr
Como son dos las superficies de rozamiento, será suficiente con : Q =
3 334 2
= 1667 kgf
A partir de la fuerza Q hay que calcular el momento de acción MA y, a partir de éste, la fuerza de accionamiento FZ . Para poder aplicar la fórmula [3C] se deben determinar algunos datos: dm _
tg o
2
n
de + d; - 24 + 19 2
d ,
2
3,14
5
= 21,5 mm
= 0
21,5
074
4,23°
IÁ = 0,105 ; cp = arc tg 0,105 ; cp = 5,99°
NA = N (en el extremo del husillo y la mandíbula)
El brazo de actuación de la fuerza de rozamiento en el extremo del husillo es : r = 9,5 - 3 = 6,5 mm o sea que
d3 2
= 6,5 mm
Sustituyendo estos valores en [3C], se tiene : M A = 1667
4
21,5
tg (4,23 + 5,99) + 0,105 x 6,51
MA= F2
.
=
1667 (10,75 x 0,18 + 0,68)
MA = 4360 kgf - mm I ;F 2 =
MA
_
4360
I
200
= 21,8 kgf
F 2 = 21,8 kgf
El rendimiento es : tg p _ tg 4,23 0 _ 0,074 = 0,41 tg (i3 + cp) tg (4,23 + 5,99) 0,18 La irreversibilidad queda garantizada porque ¡3 < cp . 4.4
Sujeción de la pieza sobre la mesa
Para el fresado de piezas medianas y grandes se emplea la sujeción directa sobre la mesa, con bridas y tornillos (fig . 4.19) . 4.4 .1
Sujeción con bridas
Las bridas existentes adoptan gran variedad de formas, de acuerdo con la forma de la pieza, el mecanizado a realizar y la naturaleza de las fuerzas de fijación (fig . 4 .20) . En ocasiones, se emplean escuadras, calzos, dados, etc., como elementos auxiliares (fig . 4.21) . Puede ocurrir que la pieza tenga alguna cara mecanizada ; en este caso, puede servir de superficie de referencia, haciendo que se apoye perfectamente sobre la mesa . Cuando esto no suceda o la pieza no asiente en su totalidad, habrá que colocar bridas únicamente en los puntos que coincidan con los apoyos efectivos de la pieza, empleando calzos, gatos y suplementos, si ello fuera preciso. Al principio se debe nivelar la pieza respecto a una superficie de referencia real o ficticia . Para ello conviene que la pieza se apoye sobre tres puntos, uno
8
9
7#A.
rj~~ 0 _ .
..
11
1
sk
91
= vil da
i
i
12
Fig. 4.20
Fig. 4.22
fijo y dos regulables (fig . 4 .22). Una vez nivelada y sujeta, por lo menos con dos bridas, se pondrán los apoyos y bridas que complementariamente se precisen . Hay que comprobar, especialmente si se trata de piezas delicadas, que las zonas próximas a las bridas no sufren deformación, sirviéndose para ello de un comparador .
=ig. 4.21 Nivelación de una piezacon ayuda de diversos accesorios .
La fuerza que debe aplicarse en cada circunstancia está determinada ante todo por el valor de los esfuerzos de mecanizado. En consecuencia, el tamaño de las bridas, su número y distribución deben establecerse de acuerdo con aquéllos . Una brida es esencialmente una palanca de tercer género cuya potencia o fuerza activa se aplica entre un punto de apoyo y la superficie de la pieza . La acción del tornillo produce, en efecto, una fuerza Q en dirección axial que, a través de la ley de la palanca, ocasiona una presión sobre la pieza . Considerando que el montaje de la figura 4.23A se encuentra en equilibrio, se puede afirmar que : R, + R2 = Q
[61
R, -a = R2 -b
[7A]
Ri=
Q . b = a + b
Q . b A
R I debe ser lo mayor posible y, en consecuencia, b > a . 120
[7131
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 3
Determinar las fuerzas R, y R2 que se producen en los extremos de una brida (fig . 4 .23A) . La tuerca del tornillo se acciona con una llave de 200 mm de longitud y se ejerce en su extremo una fuerza FZ = 15 kgf. El tornillo es de M16 x 2 y la relación de brazos de la brida es N = 0,1 .
b = 3.
Los coeficientes de rozamiento son iguales y de valor
Solución : Según la figura 4.2313, el momento producido por F2 es : M A = F2 -1 =15x 200=3000 kgf-mm
Fig .
Aplicando la fórmula (3C] se tiene: 3000=Q
[
2m
-tg(P+(p)+~A
13C I
y para los valores dm = 14,6 mm, de las tablas de tornillos normales para M16 x 2; tg lf =
p
n - dm
2
=
n - 14,6
Al ser rosca triangular :
=
0,1
cos 30°
a
cos 2
2
45,86
= 0,0436 ; f3 = 2,49°
= 0,115
y
(p'
-
6,580
HA = 0,1 21,6 + 16 d3 = 2
-_ 18,8 mm
Valores que llevados a la [3C] : 3000=Q[
1 6 2
18,8
tg(2,49°+6,58°)+0,1
3 000 = Q (7,3 x 0,159 + 0,1 x 9,4) 3000 = Q (1,165 + 0,94) = Q x 2,105 de donde Q =
3000 = 1425 kgf 2,105
Aplicando las fórmulas [78] y 17A1 : Q = Ri = Q - b _ a + b 1+ a b R2 = R i . 4.4 .2
b
=
1425
= 1425 4 1 + 1 3 3
1068,7 -
3=
_
1068,75 k9f
356,25 kgf
Resistencia del tornillo
Los cálculos anteriores son ciertos si el tornillo de la brida tiene resistencia suficiente para soportar estos esfuerzos, sin sobrepasar su límite elástico . El valor de la carga máxima admisible es : Q = aadm .
n-d2 4
J
f7C1
4.238
en la que : Oadrn.
d;
= tensión admisible en kgf/mm2 = diámetro del núcleo del tornillo en mm
Para tornillos de acero de resistencia 8 .8 DIN 267, la tensión admisible, considerando un coeficiente de seguridad igual a 3, valdrá : Oadm . =
80 3
= 26,6 kgf/mm 2
En este caso, la fórmula anterior se convierte en : Q = 26,6 - n
4
c1,2
= 20,9 d?
Con esta fórmula se pueden calcular las dimensiones del tornillo, conociendo Q o bien controlar si la tensión de trabajo resultante es igual o menor que la tensión admisible para el material y diámetro del tornillo . De no ser ot 1< Oadm . deben emplazarse varias bridas para que la acción resultante que produzcan sea igual a Q. En casos comprometidos habrá que tener en cuenta, además la deformación de la brida y el alargamiento del tornillo, que pueden reducir sensiblemente el efecto de apriete. 4.4 .3
Fig. 4.24A
Sujeción por cuñas
La cuña es una máquina simple formada por uno o dos planos inclinados, que forman entre sí un ángulo (1 (fig . 4.24A) . El trabajo de la cuña es debido al ángulo de inclinación y al coeficiente de rozamiento . Para el estudio de esta máquina se consideran dos casos: sin rozamiento y con rozamiento . En la figura 4.2413 se representan las fuerzas que actúan en las cuñas y cuyos valores están relacionados por las ecuaciones : V = R = N - cos (3 1T=P= N-senP tg p = T
V
!'79 . 4.24 B
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 4 Suponiendo que no existe rozamiento, calcular la fuerza de aprieto V que se ejerce sobre una pieza por medio de una cuña de 6° (fig . 4.25), aplicando una fuerza P = 1000 kgf. Solución : N = sen ¡3
N - cos ' V =
V = sen (f
cos ¡i =
tg
0,p5
=
9523,8 kgf
En realidad, siempre existe rozamiento, por lo cual este valor es sólo teórico. Según los casos puede suceder que: - Al dejar de actuar la fuerza P, la cuña retroceda, por la reacción de V (cuña reversible). - La cuña permanezca en su lugar cuando desaparezca P, a pesar de la reacción de V (cuña irreversible). 122
4 .4 .3 .1
Cuña reversible
equilibrio, la suma Para que el sistema de fuerzas de la figura 4.26 esté en ser igual a cero : de sus componentes X e Y han de F,-cosP+T+ F, -P=0
[11A]
V- F, senP-R =0
[12A]
. Sabiendo que F, = M, - N ; F, = p2 , R y que, por otro lado, T = N - sen P [11A] y [12A] V = N - cos (3, se sustituyen dichos valores en las fórmulas P y N o sea : y se despeja ;
P = p, - N - cos ¡3 + N - sen ¡3 + p2 R cos (i + sen ¡3) + p2
= N (p, R = N - cos ¡3 - pi
N
R
sen (3 = N (cos j3 - pt - sen (3)
[11131 [12131
Despejando N en [12131, resulta: N =
R
cos i3 - pi sen (3
valor que sustituido en [1113] : P =
R (p, cos (3 - pi sen (3
cos (3 + sen (3) + p2 - R
R i pi - cos (i + sen ( cos (3 - pi - sen (3
pero pi = tg Ti y p2 = tg T2 ; por tanto : - cos ¡3 + sen P = R ( tgTi sen (//3 cos (3 - tg Ti
+ tg T2'
Dividiendo numerador y denominador de la fracción por cos (f : tg p P _ RI/ 1 tg - T1 + tgwi - tg(f
+ tg T2
pero como tg (Ti
+ 0)
=
tg yi + tg Íf 1 - tg cp i * tg (3
la fórmula queda reducida a : ~P= R [tg (cp i + (3) + tg cp21
[13A]
Sí los coeficientes de rozamiento son iguales en las dos superficies (¡Al = p2 : cp i = cp2 = cp), se podrá escribir, finalmente : 1
'
= R [tg (T + (3) + tg tp]
[13131 123
Fig. 4.26
EJEMPLO RESUELTO
Ejemplo 5 Calcular la fuerza P que se debe aplicar a la cuña de la figura 4 .27 para producir un aprieto en la pieza A de 300 kgf, si ¡3 = 12° y T = 6° . ¿La cuña es reversible o no? Si lo es, calcular también el valor de la fuerza complementaria de retención . Solución : F,=N .N ;N=Vcos (3 de donde
R = V - F, - sen(3 ; R = V - N -
V -sen(3= V(1 -N -tgi) cos li
R = 300 (1 - 0,105 x 0,212) = 293,32 kgf P = R [tg (cp + (3) + tg col = 293,32 [tg (6 + 12) + 0,105] = 293,32 x 0,430 = 126,1 kgf Como la cuña se desliza por dos caras, el coeficiente de rozamiento total es la suma de los dos parciales ; o sea, 21Á = 0,21 . Por consiguiente, el ángulo de rozamiento cp vale arc tg 0,21 = 11,85°, algo menor que /3 y, en consecuencia, la cuña es reversible ; lo cual, dicho de otra forma, significa que al dejar de actuar la fuerza P, la cuña tiende a moverse en sentido contrario . La consecuencia inmediata es que las fuerzas de rozamiento cambian de sentido . Para que haya equilibrio habrá que añadir una fuerza X, que se deduce de la ecuación de equilibrio : X + F, +
F, - cos (3 - T = 0
X =T-(F, + F,-cosp) pero según la figura 4 .27 : V - tgp ; F, =
N
R
y
F, =
N
N = N
.
V cos ¡3
valores que sustituidos en [c], se tiene : X = V - tg (3 - (N - R + H - V) = 300 - tg 12° - (0,105 x 293,32 + 0,105 x 300) = 63,76 - (30,79 + 31,5) = 63 - 62,29= 1,47 kgf Naturalmente, una vez aplicada esta fuerza, se establece el equilibrio y las fuerzas V y R se igualan .
4.4 .3 .2
Cuña irreversible
En el caso de que la cuña sea irreversible habrá que aplicar una fuerza P (fig .
4 .28) para poderla mover en dirección del desbloqueo . Según la figura 4 .28 se tienen las ecuaciones de equilibrio : P + T = F, - cos (3 + R = F r - sen
M
F,'
+ V
[14A] [15A]
Sustituyendo en ellas V y T por sus valores : P + N ' sen(3= Ni -N - cos¡3 + N2 - R P = N (Ni
Fig. 4.28
cos í - sen (i) + Nz - R
R = N, - N -senP + N -cosí ;
124
R = N (u, -sen( + cos(3)
[1413] [15131
despejando N en [1513) y sustituyendo [1413] se tiene : sen (1) +
IÁ2 -
R
~ Ni - cos (3 - sen ( = R í cos ¡3 + IÁ, y haciendo IÁ1 = t9 ~Pi Y N2 = t9
T2
cp I - cos (3 - sen P = R [ tg cos ¡3 + tg cp, - sen pero dividiendo los dos términos de la fracción por cos (3 queda : P = R
t9 cp i - t9 Íf + tg cp2 '_ 1 +tgcpi - tgp
y como 1 + tg (p l - tg (3 queda la fórmula : P = R [t g (cpt - j3) + tg
cp2]~
[1613]
y si los coeficientes de rozamiento son iguales, queda, finalmente : P = R [tg Icp - (3) + tg cp] A la 1 .' 2 .' 3 .' 4.4 .3 .3
vista de estos resultados se Cuña en equilibrio : si 2 cp Cuña reversible: si 2 cp Cuña irreversible : si 2 cp
[16A]
puede decir : = (3 < (3 > (i
Rendimiento de la cuña
Es la relación entre el trabajo útil y el trabajo motor o, también, la relación entre la fuerza en el caso teórico y la fuerza necesaria en el caso real y vale : rI =
t9 p _ tg[cp + (3) + tgcp
117]
EJEMPLO RESUELTO
Ejemplo 6 La retención de un utillaje se hace por medio de una cuña cuyos datos son : (i = 8°, N = 0,1, V = 400 kgf, y se desea saber: 1 .° Si la cuña es reversible o irreversible . 2.° Qué fuerza hay que realizar para retenerla o sacarla de la posición de apriete . 3.° Rendimiento de la cuña . 125
Solución:
N
= 0,1 = tg cp
1.por tanto,
cp = arc tg 0,1 = 5,71°
Al tener la cuña dos contactos, para que haya irreversíbilidad : 2 cp > p; y en este caso en efecto : 2 x 5,71 > 8° . La cuña es irreversible 2.°
Aplicando sucesivamente las fórmulas [15A] y la [16A] se tiene: R= F r , senp+V= N-IÁ senP+V= V
cos /3
N*senil+V=V(,A-tgp+1)
= 400 (0,1 - tg 8 0 + 1) = 400 x 1,014 = 405,6 kgf
P = R [tg (cp - (3) + tg cp] = 405,6 [tg (5,71 0 __ 8°) + tg 5,71°]
= 405,6 [tg (-2,29 0 ) + 0,11 = 405,6 [-0,04 + 0,11 = 24,34 kgf 3. °
El rendimiento es de :
tg p tg 8 ° _ 0,14 _ tg (cp + (3) + tg cp tg (5,71° + 8°) + tg 5,71° 0,244 + 0.1 Es decir, del 40 % . rl -_
= 0,4
En la figura 4 .29 pueden verse algunas aplicaciones de la cuña como elemento de sujeción . En los elementos sometidos a vibraciones, habrá que lograr el mayor grado de irreversibilidad . Para ello se reduce el ángulo de la cuña, aunque ello obliga a extremar la sensibilidad de la fuerza de apriete, ya que pueden producirse esfuerzos tan grandes que ocasionen la rotura de las piezas . 4.5
Sujeción de piezas mediante levas y excéntricas
En el tema 7 de Tecnología Mecánica 2. 1 se estudiaron las levas y excéntricas como elementos de transformación de movimiento ; en este apartado se estudian como elementos de sujeción . 4 .5 .1
Leva frontal
La leva es una cuña circular (fig . 4 .30) que a efectos de cálculo y composición de fuerzas, tiene las mismas características que las cuñas. En la figura 4 .31 se puede considerar la leva como una cuña de pendiente :
Para una fuerza de apriete Q y suponiendo un asiento con distinto coeficiente de rozamiento que en la leva, se tiene : 1 . Considerando el mecanismo sin rozamiento, la ecuación de equilibrio para un giro w de la leva es : Q-h= F
I
2-tr-cw 360
en la que h es la altura recorrida en la dirección de Q y que vale : h = 126
2nr w 360
.
tgp
[A']
ÍY~
0 4 3 soporte
6
5
1111
w .:
pieza " I!J
8
9
Fig . 4.29
Fig. 4.30
Fig . 4.31
Sustituyendo y simplificando, se tiene : F' 1= Mn = Q'r't9Íf
[A]
2 . Pero a la vez hay que vencer al rozamiento F, que se produce en la leva y el de su asiento F;, y que valen : F, =
1N i
y F,' = Q cos ¡3
N2 '
Q 127
pieza
En ocasiones, para hacer el esfuerzo de retención mayor suelen colocarse dos o más arandelas de fricción (fig . 4 .30) y entonces : F' = n ' N2 - Q, siendo n el número de pares de superficies deslizantes . El momento que producen estas fuerzas de rozamiento, vale : Q
M, = r (F, - cos (3 + F,) = r (¡A1 -
cos (3
- cos (3 + n - N2 - Q)
= r - Q (H1 + n M 2 ) y si : FA1 =M2=FÁ ;Mr= r-Q-/A(n+1) vale :
Por lo que el momento que hay que vencer con la palanca de accionamiento M a = M + M r = Q - r - tg (3 + Q - r Q - r [tg
13
(n + 1)
+ p (n + l)]
ypara p = tgcp =
1 . Ma
Q
.
r f tg
p. +
- tg cP ( n + 1- )]
[18A]
si tg (3 = tg cp
l
M e = Q - r tg (3 ( n + 2)
[18B]
En la figura 4 .32 se muestran ejemplos de levas empleadas para sujeción de piezas . Cuando el recorrido es muy grande, la pendiente se hace excesiva y ya no habrá retención ; en estos casos, si se tiene que lograr la retención, habrá que aumentar el número de superficies de contacto . También puede hacerse la leva con dos pendientes, una grande al empezar el desplazamiento y otra menor hacia el final . De todas formas, cuando las vibraciones de la máquina puedan dar lugar al desbloqueo de la leva, habrá que prever algún sistema de seguridad (fig . 4 .33) .
2 Fíg. 4.32
Fíg . 4.33 128
Leva radial
4.5 .2
pero en ella la fuerza de La leva radial (fig . 4.34) tiene el mismo principio, reacción en el eje de la ejerciendo una eje de giro, apriete es perpendicular al las arandelas de la leva axial . leva, que produce un efecto de retención similar a elemento de freno y se admite como Con todo, no suele tenerse en cuenta como coeficiente de rozamiento . que el sea menor irreversible aquélla cuya pendiente debería ser constante el ángulo constante, apriete sea el efecto de Para que la leva fuese una espisería cierto si de pendiente en cada punto de la leva . Esto coincidiese con el giro de la leva . de radios vectores ral logarítmica, cuyo centro y por variar rápiDicha curva no se emplea en la práctica por su difícil ejecución mayor prehaciéndose resistente damente su radio vector y, con él, el momento son útiles para Estas levas apriete . el máximo cisamente cuando se necesita grandes desplazamientos y pequeñas fuerzas. Leva radial de espiral de Arquimedes que es fácil de La curva que suele emplearse es la espiral de Arquímedes se quiera . pequeña como tan puede hacerse fabricar, y la variación de su radio palancas, bridas, medio de por amplifica ordinariamente recorrido se Su pequeño etc. (fig . 4.35) . sujetar. En Raramente se emplean apretando directamente sobre la pieza a que crece le a medida ligeramente pendiente disminuye ángulo de estas levas el pendiente no debe espiral : si se desea que la leva sea irreversible, el ángulo de (3 5°, 48' . sobre acero, para acero ser mayor que arc tg p; es decir, . En efecto, el recorrido periférico partir del r se calcula a valor del radio El (fig . 4.36) : arco 1 correspondiente al giro angular w vale 4.5 .2 .1
I_
Fig. 4.34
2n-r-w 360
pero también _h tg (3 luego 2n-r-w 360
360 h ;r2n - cw tg (3
-
r=
h tg (3
180 h n'w'tgp
EJEMPLOS RESUELTOS Ejemplo 7
radial En una leva espiral con ángulo inicial (3 = 4°, se quiere obtener un recorrido de la leva? el radio mínimo h = 5, con un giro de eje de 120° ¿Cuál debe ser
h
Solución:
Aplicando la fórmula 1191 180 h
it-w-tg(3
180 x 5
n-120-tg4
=
900 = 34,14 mm 26,34
de 4° 30'. Las levas espirales están normalizadas ; el ángulo medio suele ser 4.37) . Pueden hacerse planas o de horquilla (fig . 129 9.
Tecnología 2.2 .
Máquinas Herramientas
Fig . 4.36
Fig. 4.37 La relación entre la fuerza de aprieto producida y la necesaria en el extremo de la palanca (fig . 4 .37), viene dada por la fórmula : tg (Íf + cp) rm + tg cp
F = Q
2
L
[20j
Siendo : = = rm = d = L = F = Q =
cp
angulo medio de pendiente de la cuña ángulo de rozamiento en la leva y su eje radio medio de la leva en mm diámetro del eje de la leva en mm longitud de la palanca en mm fuerza en la palanca en kgf fuerza media de apriete en kgf
Ejemplo 8 Se tiene una leva espiral cuyo radio mínimo es 34,14 mm, y = 0,12, el ángulo inicial de 4° y el diámetro de gorrón 25 mm . Se desea lograr una fuerza de apriete de 150 kgf con una fuerza en el extremo de la palanca de 12 kgf y un recorrido angular de 110° . ¿Cuál será la longitud de la palanca? Solución : Según la fórmula [201, despejando L, se tiene : L =
Q ítg(P+cp)rm+tgcpF
d 2 )
El giro hasta el punto medio será de 55° y, en el mismo, el incremento de radio se puede deducir de la relación siguiente :
n- r - w 180 de donde : h =
n - r - tu - tg ¡i
_
180
3,14 x 34,14 x 55 x 0,0699 _ 2,28 mm 180
Por tanto, el radio medio será : r m = r + h = 34,14 + 2,28 = 36,42 mm Sustituyendo valores en A, se tiene :
L = 130
150 [tg (4 0 + 6,84 0 ) x 36,42 + tg 6,480 x 25 2 12
= 104,92 ;z 105 mm
4.5 .3
Excéntrica circular
En lugar de la leva de espiral se utiliza con frecuencia la excéntrica circular . Tiene la ventaja de su gran facilidad de fabricación, aunque con el inconveniente de que la pendiente no sólo es variable sino que tiene un punto de máximo, que coincide con el punto medio (fig . 4.38A), para disminuir hacia ambos lados .
Fig. 4.38A
Para determinar el ángulo de la cuña en cualquier punto de la superficie excéntrica, se une el punto en cuestión N con una recta con el centro de giro 9, y con otra con el centro de la superficie excéntrica P. El ángulo (3' que forman las dos recta es el de la pendiente de la espiral en ese punto. Se puede comprobar cómo en el punto M la excéntrica presenta su mayor ángulo. La irreversibilidad de la excéntrica se asegura siempre que el ángulo (3, en M, sea igual o menor que T. Llamando e a la excentricidad OP y r al radio de la excéntrica, la reversibilidad queda asegurada siempre que : e r
[221
Las pendientes en las proximidades de los extremos de[ diámetro de los centros, son muy pequeñas, razón por la cual, en esos puntos, la relación entre la fuerza de apriete y la fuerza en el extremo de la palanca es máxima, pudién dose hacer peligrosa cuando las piezas a sujetar son débiles . Por esta razón suele limitarse la utilización de la excéntrica a los 120° simétricos respecto al punto medio M. Para dimensíonar la excéntrica, se parte de la relación :
r
[22A)
de tal manera que en los 120° útiles, para N = 0,1, la diferencia de radios es: rtso° - rao° = 0,19 ri
[231
En la figura 4.3813 se pueden ver varios modelos de excéntricas normalizadas. EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 9
Determinar el diámetro de la excéntrica y su excentricidad, para lograr un recorrido de 6 mm en los 120° útiles, si ti = 0,1 . Solución : Según la fórmula [231 : r,so° - rao° = 6 = 0,19 r
I,\\\\\\\\'"_iiñ
Fig. 4.388
de donde : r =
6 = 31,57 mm 0,19
Luego el diámetro : 2 r = 2 x 31,57 = 63,14 mm la excentricidad según la fórmula (22A1 será : e= r-IÁ =31,57 x 0,1 =3,157 mm En la figura 4.39 se muestran varios ejemplos de excéntricas en útiles de fijación .
Fig. 4.39 4 .6
Sujeción de las piezas en los aparatos divisores
En el tema 5 se estudiarán los aparatos divisores desde el punto de vista constitucional y funcional, y en los temas siguientes se hablará de su utilización . En el presente apartado sólo se estudian las peculiaridades que presenta el montaje de las piezas en estos importantes accesorios de la fresadora. 4.6 .1
Sujeción con platos universales de garras Ya se habló de estos platos al estudiar el torno en los cursos anteriores porque es fundamentalmente donde se emplean. Una característica importante a tener en cuenta en la fresadora es que las piezas ya suelen tener mecanizadas las superficies por las que se han de sujetar (superficies de partida) y que, la mayoría de las veces, éstas deben quedar perfectamente centradas para que el trabajo (generalmente de división) resulte aceptable . Por esta razón, la conservación de las garras en perfecto estado y la comprobación del centrado de la pieza es imprescindible . Si las superficies están acabadas, hay que tomar precauciones en el apriete, para que la fuerza ejercida sea sólo la necesaria para evitar que la pieza se mueva durante el mecanizado y que dañen o señalen las caras mecanizadas de la misma . En la figura 4.40 se muestra el montaje de una pieza en un plato . Para usos especiales se pueden emplear garras de sujeción de diseño específico y, en ocasiones, garras blandas . Siempre que sea posible, las piezas al aire de cierta longitud deben fijarse con ayuda de la contrapunta (fig . 4 .41), haciendo que asienten perfectamente y apretando después las garras del plato, sin olvidar la comprobación posterior del centrado . 132
rW /i 0 0 0
PV(Q --~ rero~--INU ~II~II~II ~ __, II!IIIII!~I'~p
Fig. 4.40
Fig. 4.41
Cuando se trata de piezas irregulares, se facilita la sujeción empleando platos de garras independientes . 4.6 .2
Fig . 4.42 Platos de división directa semiautomáticos con pinza incorporada.
Sujeción con pinzas
Para piezas pequeñas, puede sustituirse ventajosamente el plato de garras por pinzas colocadas en el eje del aparato divisor (fig . 4.42) . 4.6 .3
Montajes especiales
Cuando por el tamaño o forma de la pieza no sirvan ni el plato de garras ni las pinzas, se pueden emplear platos planos y sujetar en ellas las piezas con bridas u otros accesorios apropiados . Este montaje se facilita empleando aparatos verticales que suelen llamarse mesas circulares (fig . 4 .43) . Aunque su uso no es muy frecuente, tienen mucho interés los platos magnéticos (fig . 4.17), neumáticos (fig . 4 .44A), hidráulicos y electrónicos (fig . 4.44B) .
Fig . 4 .44A
Fig . 4.43
Fig. 4.44 B 133
4.6 .4
Ante todo hay que verificar el buen estado de los asientos de los puntos y el de éstos, así como controlar el perfecto centrado de la pieza a mecanizar (fig . 4 .45) . A continuación habrá que verificar la perfecta alineación de punto y contrapunto (fig . 4 .46) . Para ello se puede emplear un mandril rectificado y un comparador de reloj y comprobar el paralelismo respecto al desplazamiento y respecto a la mesa . El aparato debe disponer de un plato o brida de arrastre (fig . 4.47) ; algunos modelos llevan la brida acoplada al propio punto, lo que no es aconsejable . Sea cual sea el sistema, hay que asegurar la perfecta unión con el eje del divisor para que el arrastre de la pieza no presente dificultades .
Fig . 4.45
Fig . 4A8A
Montaje entre puntos
La pieza, con su brida de arrastre, se coloca entre puntos, de manera que apoye perfectamente en ellos y, al mismo tiempo, gire ligeramente forzada . Después de asegurarse que el perro de arrastre no impide el apoyo de la pieza en el punto, el perro se une firmemente a la pieza y al plato o brida de arrastre quedando la pieza en disposición de trabajo . Con mucha frecuencia se emplea el montaje entre puntos para piezas huecas colocadas previamente en torneadores . Cuando estos torneadores son cónicos (fig . 4.48A), hay que asegurarse de que las piezas están firmemente apretadas, y al montarlo en el aparato divisor se tendrá la precaución de que el esfuerzo de corte tienda a apretar la pieza en el torneador y no a aflojarla . Si el torneador es de tuerca debe lograrse que la pieza entre bien ajustada y comprobar el centrado de la misma (fig . 4.4813) . Las tuercas suelen ser de paso fino y difícilmente se aflojan durante el trabajo, pero, si se trabaja en ranuras helicoidales, hay que comprobar que el efecto de giro no tienda a aflojar la tuerca . Un torneador muy empleado, de carácter extensible, es el que se indica en la figura 4.49.
ur~ Fig. 4.49
4.7
Otros sistemas de sujeción
En el fresado de grandes series es de suma importancia el tiempo de sujeción y desmontaje de la pieza. Por esta razón se emplean utillajes especiales, frecuentemente accionados, para mayor rapidez, eficacia y comodidad del operario, con elementos mecánicos, neumáticos, hidráulicos e incluso eléctricos, a base de electroimanes . 134
Cuando se usan estos sistemas debe quedar asegurada la pieza, una vez hecho el amarre de la misma, por medios mecánicos, ya que una falta de la energía neumática, hidráulica o eléctrica, aunque sólo sea instantánea, puede resultar fatal, porque desaparece la fuerza de apriete . En la figura 4 .50 se muestran varios montajes de accionamiento rápido.
U= MILI
1~/I
Fig, 4.50 135
CUESTIONARIO 4.1 4.2. 4.3 4.4 4.5 4.6
Principios generales para la sujeción de las piezas que se han de fresar . El rozamiento en la sujeción de piezas . El tornillo como elemento de sujeción, principio y aplicaciones . La cuña como elemento de sujeción y relación con las levas y excéntricas. Importancia de la sujeción de las piezas en el aparato divisor . Importancia de los elementos de fijación rápida .
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 1 En la mesa de una fresadora se fija una pieza de bronce tal como se indica en la figura 4.51 . Se desea calcular : - La fuerza de aprieto Q que deberá hacerse para que la fuerza de corte longitudinal de 200 kgf no pueda mover la pieza . - La fuerza que deberá aplicarse al extremo de una llave de 170 mm que se emplea para apretar el tornillo.
bronce
Fig . 4.51
Fig . 4.52
Problema 2 La brida de acero de la figura 4.52 sirve para sujetar una pieza del mismo material sobre la mesa de fundición de una fresadora . Tiene un tornillo de acero de 40 kgf/mm2 de M12 . Calcular : - La fuerza de apriete Q. - El momento de accionamiento M,q. - La fuerza a ejercer sobre el extremo de una llave de 200 mm de brazo . - El número de bridas necesario si la fuerza de corte horizontal que debe contrarrestarse es de 650 kgf.
Tema 5 .
Aparatos divisores
OBJETIVOS
Conocer la estructura de los aparatos divisores . - Saber realizar los cálculos para hacer cualquier trabajo de división, tanto sobre piezas circulares, como lineales. -
EXPOSICION DEL TEMA
Aparatos divisores. Los aparatos divisores tienen por objeto hacer ranuras equidistantes, unas veces sobre piezas cilíndricas (engranajes, fresas, brocas, etc .) y otras, a lo largo de reglas (cremalleras, reglas graduadas, etc .) . Los primeros se llaman aparatos divisores giratorios y los segundos, lineales. Los aparatos divisores giratorios se llaman horizontales, verticales o universales, según que su husillo portapiezas sea horizontal, vertical o inclinable . Unos y otros pueden ser de división directa, llamados también sencillos, y de visinfín. Estos últimos pueden ser de división mediante círculos de agujeros, de división mediante engranajes y de división automática. El siguiente cuadro presenta en resumen las distintas clases de aparatos divisores .
Aparatos divisores
giratorios lineales
horizontales verticales universales
sencillos de visinfín
con círculos de agujeros con engranajes automáticos
A continuación, se hace una breve descripción de cada uno de ellos y se dan las reglas para su empleo . 5 .1
Aparatos divisores giratorios
Son los aparatos más empleados en la fresadora, de aquí su importancia . Se estudia principalmente el aparato divisor universal, pero sin descuidar los sencillos y los simples de tornillo sin fin . 5 .1 .1
Aparatos divisores sencillos Los dos tipos más generalmente empleados son de :
círculo ranurado .
plato de agujeros
y de
137
5.1 .1 .1
Aparato divisor sencillo de plato de agujeros
Consta de un cabezal de fundición (1) (fig . 5.1), en el cual va ajustado un eje (2) mediante un cono . Este lleva en su parte anterior un plato de arrastre (3) y en la posterior una manivela corredera (4), cuyo índice (5) puede introducirse en los agujeros del plato (6) fijo en el cabezal .
r%, i.. : ~\fl\~~`* . . g~~r MV-
-
r
Fig . 5. 1 El desplazamiento angular de la manivela es igual al del plato de arrastre y, por consiguiente, al de la pieza . REGLA : Para dividir una circunferencia en un determinado número de partes iguales, se busca en el plato (6) un circulo, cuyo número de agujeros sea múltiplo del de divisiones que se han de efectuar, y se hace coincidir el indice (5) con uno de los agujeros de dicho círculo. Efectuada una división, se pasa a la siguiente, corriendo el índice tantos espacios como unidades tiene el cociente de dividir el número total de agujeros del círculo por el de divisiones que se han de hacer. Ejemplo:
Fig. 5.2A
Si se desea hacer seis divisiones, se pueden elegir círculos de 18, 24, 30, etc. agujeros . Para pasar de un división a otra se pasarán, 3, 4 ó 5 agujeros según el círculo respectivo que se haya elegido. Para evitar tener que contar los agujeros de cada división que se hace, se deslizan a frotamiento suave entre el plato de agujeros y la manivela dos reglillas o dedos (1) y (2) (fig . 5.2A) (llamadas también alidadas), los cuales pueden sujetarse uno contra otro, formando un ángulo cualquiera mediante el tornillo (3). Dichos dedos deben comprender, sobre el círculo de agujeros que resulte de la regla anterior, el número de espacios que en la misma se indica . Para ello téngase en cuenta que, para comprender n espacios se necesitan n + 1 agujeros . Así, en la figura 5.2A los dedos comprenden sobre el circulo exterior 9 agujeros, pero solamente 8 espacios . 5 .1 .1 .2
Divisor sencillo de disco ranurado
En otros aparatos divisores se sustituye el disco de agujeros por otro disco ranurado (fig . 5.213). El disco (1) se coloca normalmente en el eje (2) y en el cuerpo (3) lleva un gatillo (4) que se introduce en las ranuras correspondientes del disco. En algunos de estos aparatos, el paso de una división a otra se hace limitando el recorrido con una palanca que acciona el eje por medio de una rueda trinquete, de manera que la deja libre al volver hacia atrás. Algunos los clasifican como aparatos semiautomáticos y son muy útiles para pequeños trabajos en serie. Sea cual fuere el sistema del aparato, hay que tener la precaución de bloquear el eje con un dispositivo de seguridad apropiado (5), una vez hecha la división y mientras dura la pasada . Los discos y gatillos deben estar fabricados con la mayor precisión posible, ya que los errores que tengan los transmiten a la pieza.
Fig. 5.28
Estos aparatos se emplean mucho en las máquinas de afilar como se verá en el tema 20 . Suelen ir equipados con platos de garras, platos de arrastre y pinzas para la sujeción de las piezas . En la figura 5.3 se pueden ver varios modelos de estos aparatos . 138
manivela de blocaje del Pie
2
mili
disco intercambiable
3
Fig . 5.3
4
Aparato divisor con tornillo sin fin
5.1 .2
Este aparato se diferencia del anterior en que el movimiento angular del eje portapiezas no se obtiene directamente sino mediante un engranaje de tornillo sin fin y rueda helicoidal . El tornillo sin fin suele ser de una sola entrada pero puede ser de dos o más; con todo, siempre debe ser irreversible, es decir, que el ángulo de la hélice no sea mayor al ángulo de rozamiento . 5 .1 .2 .1
Constante del aparato
Se denomina constante del aparato divisor al cociente entre el número de dientes de la rueda helicoidal y el número de entradas del tornillo sin fin .
De la constitución del aparato se deduce una importantísima consecuencia que interesa resaltar y es que : la constante del aparato divisor es igual al número de vueltas que se ha de dar a la manivela para que el eje portapiezas dé una vuelta entera sobre sí mismo. De esta forma no es necesario desmontar el aparato divisor para averiguar la constante; bastará girar la manivela contando las vueltas que hay que darle para que el eje portapiezas dé una vuelta . La constante del aparato puede ser cualquiera, pero lo más normal es que sea, K = 40 ; también hay aparatos con constante de 30, 60, 80, 100 ó 120 . 5 .1 .2 .2
Aparato divisor de tornillo sin fin con disco de agujeros
Estos aparatos (fig . 5 .4) llevan en el eje (1) del tornillo sin fin (2) una manivela (3), que puede variar su radio, para hacer coincidir el pitón (4) de la misma con el círculo de agujeros deseado, de los varios que tiene un plato o disco (5) fijo al cabezal (6) . Los platos de agujeros suelen ser intercambiables y cada uno de ellos lleva varios círculos de agujeros . Algunos fabricantes construyen los platos con círculos por ambos lados (fig . 5.5) . Lo más corriente es que cada aparato vaya con tres discos con los siguientes círculos de agujeros : N .° 1 N .° 2 N .°3
15-16-17-18-19-20 21 -23-27-29-31 -33 37-39-41-43-47-49
Nota. Para los problemas en que no se indique otra cosa, se entenderá que se dispone de estos discos . En el taller habrá que utilizar naturalmente, los círculos disponibles . 139
5.1 .2 .3
Fig. 5.5
División simple
Para hacer divisiones con estos aparatos se seguirá la siguiente REGLA : Se forma un quebrado que tenga por numerador la constante del aparato y por denominador el número de divisiones que se han de hacer. Si resultara un quebrado impropio, se reduce a mixto o a entero . Se pasará de una división a otra de la siguiente manera : a) Si el quebrado es igual a número entero, se hace girar la manivela tantas vueltas completas como unidades tiene dicho número . b) Si es un quebrado propio se coloca el índice sobre un circulo que tenga tantos agujeros como unidades tiene el denominador y en el mismo se hace correr tantos espacios como unidades tiene el numerador. c) Si es igual a un número mixto, la parte entera indica el número de vueltas completas, y la parte fraccionaria la fracción de vuelta tomada como en el caso b). Cuando el denominador no se corresponde con el número de agujeros de ningún círculo del disco, se transforma la fracción en otra equivalente cuyo denominador coincida con el número de agujeros disponible . La justificación de esta regla es sencilla . Aplicando la ley de transmisión de engranajes se tiene : n2 . z 2 = ni .
en la cual : n1 n2 Z1 Y z2
[A1
z1
número de vueltas del eje de la rueda helicoidal del aparato número de vueltas del eje del tornillo sin fin número de dientes de la rueda helicoidal y número de entradas del tornillo sin fin respectivamente .
Pero resulta que:
n2 = vueltas o fracción de vuelta de la manivela y que se denomina M. n1 = vueltas de la pieza o fracción de vuelta, para pasar de una división a otra y siendo z el número de divisiones : n 1 = 1 z Sustituyendo en [Al estos valores se tiene: M '
Z2 =
Í' z
Z1 ;
M =
1
" Z1
Z'
Z2
pero ? 1 = K, según se definió anteriormente, con lo cual la fórmula queda dez2 finitivamente :
que es lo que se quería justificar . 140
Como ya se dijo para los aparatos sencillos, al hacer la división el eje del divisor estará desbloqueado, pero habrá que bloquearlo durante el trabajo . Como quiera que el mecanismo de transmisión no suele ser tan simple e intervienen varios engranajes, es posible, a pesar de los dispositivos que suelen tener los aparatos, que haya juegos que podrían dar lugar a errores . Por esta razón habrá que tener el aparato siempre bien ajustado y, aun así, convendrá hacer siempre las divisiones en el mismo sentido de giro . La holgura más importante que hay que corregir es la que puede existir entre el tornillo sin fin y la corona . Esta holgura se corrige normalmente por medio de una excéntrica (fig . 5 .6) mandada desde el exterior del aparato . En algunos aparatos este mismo dispositivo sirve para desacoplar el visinfín con objeto de convertir el divisor en un aparato de división directa (fig . 5 .7) .
Fig . 5.6
Fig. 5. 7
Fig . 5.8
EJERCICIOS RESUELTOS Problema 1 Calcular las vueltas o fracción de vuelta de la manivela de un aparato divisor de K = 40, para hacer ocho divisiones . Solución : M
_
K -
40
z
8
= 5 vueltas enteras
La manivela se coloca en cualquiera de los círculos de agujeros . Es aconsejable elegir el mayor círculo de agujeros del disco que esté colocado en el aparato . En la figura 5 .8 queda esquematizado el problema . Problema 2 En el mismo aparato se quieren hacer 120 divisiones . ¿Cuál es el valor de M? Solución : M
K z
-
40 120
_ _ 1 _ _ 5 _ 3
6
15
_
18
7
_ _ 9 _
11
21
27
33
_
13 39
Es decir, se puede emplear cualquiera de los círculos de 15-18-21-27-33 ó 39 agujeros cogiendo 5, 6, 7, 9, 11 ó 13 espacios, respectivamente . Lógicamente se elegirá el disco colocado en el aparato (fig . 5 .9) . Problema 3 En el mismo aparato se deberán hacer 27 divisiones . ¿Cuánto vale M? Solución : M
= K z
=
40 27
=
1
13 27
En un círculo de 27 agujeros se dará a la manivela una vuelta completa más trece espacios, es decir, 13 + 1 agujeros (fig . 5 .10) .
Fig.
5. 10
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 1 En un aparato divisor de tornillo sin fin y disco de agujeros de K = hacer 100 divisiones ¿Cuánto deberá girar la manivela para cada división? 60, se quieren Problema 2 Se desean fresar 13 ranuras equidistantes en un cilindro por medio de un aparato divisor de tornillo sin fin y disco de agujeros de K = 40 . Calcular el giro de la manivela para hacer la división . 5.1 .2 .4
División compuesta
Cuando, al aplicar la fórmula (21 M =
división a
realizar
K
, resulte que el quebrado no puede z ser reducido a otro cuyo denominador dé un círculo de agujeros disponible, se puede lograr la solución en algunos casos descomponiendo dicha fracción en dos equivalentes, cuyos denominadores puedan reducirse a círculos de agujeros disponibles del mismo disco . Así, si M =: K z
--
a
zI
± b (fig . 5.11A y B), se elige un plato de agujeros z2
que tenga los círculos de Z, y ZZ agujeros . Se logrará la división correcta si en el círculo de z t se gira la manivela a , z1 después de haber girado el disco ± b . en el mismo sentido que la manivela, cuan-
del z2 plato (-) do el signo sea más (+ ) y en sentido contrario cuando el signo sea negativo
En la práctica, esta operación se puede realizar, con ciertas dificultades, con un divisor de disco de agujeros por una sola cara, pero es mucho mejor un disco de agujeros por ambas caras, provisto de dos índices (fig . 5.11 C) ; en este caso, el aparato lleva un gatillo o índice (1) que ajusta en el disco (2) por la parte posterior . Sea cual sea el sistema que se emplee, es un método lento y engorroso a la vez que limitado ; razones por las cuales es poco usado, prefiriéndose el método diferencial (apartado 5 .1 .3 .2) empleando un aparato divisor universal. EJEMPLOS RESUELTOS
Problema 4 Primera solución : En un aparato de K = 40 se tienen que hacer 99 divisiones . M quebrado irreducible .
_ K _ 40 z 99
Descomponiendo la fracción 4 0 en dos equivalentes y de manera que los numerado99 res sean múltiplos de 3, 9, 11 para que así sean reducibles : 40 = 22 + 18 _ 2 + 2_ - 6 (a) + 6 (b) 99 99 99 9 11 27 (z t ) 33 (z2)
Se elige un disco de 27 y 33 agujeros, con la manivela se giran 6 espacios en el círculo de 27 agujeros y seguidamente se gira el disco 6 espacios en el circulo de 33 (fig . 5.12A). Segunda solución : 40 = 55-15 = 55 - 15 99 99 99 99
5 _ 5 9 33
15 (a) 27 (z 1)
5 (b) 33 (z 2)
Con el mismo disco que en la otra solución, pero con las alidadas abarcando ahora 15 espacios para la manivela y haciendo el giro en sentido contrario al de la manivela (fig . 5.1213), en un valor de 5 espacios en el mismo círculo de 33 . 142
EJERCICIOS A RESOLVER
Problema 3 Se desea construir 93 divisiones en el mismo aparato que el ejemplo anterior empleando el método de la división compuesta . 5 .1 .2 .5
Aparato divisor de tornillo sin fin y división por engranajes
Es una variante del anterior, pero en el que se ha cambiado el disco de agujeros por un tren de engranajes (fig . 5.13A1 . La rueda conductora es movida por una manivela . En el mismo eje, y solidario a él, va colocado un disco con una entalladura en la cual se introduce una cuña fija al cabezal. El tren de engranajes debe dar al eje del tornillo sin fin un giro igual a M, calculado por la fórmula [21, con un número entero de vueltas de manivela . cuña
Fig . 5.13A Los dientes de las ruedas del tren de engranajes se calculan por la relación : n i , z i = M'z2 en la cual : ni número de vueltas de la manivela ; siempre que sea posible se hace igual a uno M = número de vueltas o fracción de vuelta del eje del tornillo sin fin y que vale : K z1
z2
z
número de dientes de la rueda conductora colocada en el eje de la manivela número de dientes de la rueda colocada en el eje del tornillo sin fin
Sustituyendo en [A1 se tiene : ni .ziy despejando
z
.z2
que se puede enunciar con la siguiente: REGLA : Para calcular las ruedas del tren de engranajes se forma un quebrado, que tenga por numerador la constante del aparato divisor y por denominador el producto del número de vueltas que se quiere dar a la manivela por el número de di visiones que se debe hacer. Este quebrado se reduce a otro, cuyos números representan el número de dientes de las ruedas disponibles. La del numerador se coloca en el eje de la manivela, y la del denominador en el eje del tornillo sin fin. Si no se puede reducir a un tren sencillo, se puede hacer un tren compuesto, pero en estos casos es preferible intentar la solución con sólo dos ruedas, dando a la manivela
1.1
etc. de vuelta. Para ello habrá que disponer de discos con 2 4 dos, cuatro, etc. entalladuras . 143
Fig . 5.12B
EJEMPLOS RESUELTOS Problema 5 En un aparato divisor de constante K = 40 se quieren hacer 48 divisiones . Calcular las ruedas y decir el número de vueltas de la manivela . Solución: Para una sola vuelta de la manivela, ni = 1 _ z1 _
K n1 , z
z2
_ 40 48
en el eje de la manivela en el eje del tornillo sin fin
si no se dispone de rueda de 48 dientes se puede intentar otra relación (ver ruedas disponibles en tema 3) : 40 _ _ 5 _ 15 _ _ 20 _ _ 25 _ _ 30 _ 35 _ _ 45 _ 60 - etc. 48 6 18 24 30 36 42 54 72 Problema 6 En un aparato divisor de K = 40, construir 5 divisiones . Solución: Para ni = 1 vuelta de la manivela z1 _ _ z2
K _ 40 _ 120 _ 160 ni * z 5 15 20
Si no se dispone de estas ruedas se puede obtener esta otra solución : a) Haciendo n 1 = 4, se tiene: z1
z2
_
40 4 x 5
_ 40 _ _ 2 _ 64 - etc . 20 1 32
Es decir, para pasar de una división a la siguiente se dará a la manivela cuatro vueltas con cualquier par de ruedas en la que el numerador sea doble que el denominador . Problema 7 En el mismo aparato hacer 360 divisiones Solución : Para n 1 = 1
_z1 z2
__K _ _ 40 __1 __10 __15 z 360 9 90 135
Si no se dispone de ruedas de 15 y 135, se pueden emplear estas otras soluciones : a) Haciendo n i = - , se tiene: 4 z1 _ 2
K
_
n1 . z
40 4
x 360
_ 40 _ _ 4 _ 32 90 9 72
b) Si no se dispone de disco de cuatro entallas y se puede colocar cuatro ruedas : ni = 1 (fig . 5 .13B). z1 z2
40 360
36 ~ ~.
4 x 10 36 x 10
20 Y/ 4.~
144
20 x 10 36 x 50
100
20
Fig. 5. 13 B
20 x 20 etc. 36 x 100
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 4
En un aparato con división mediante engranajes y cuya rueda de visinfin tiene 60 dientes, debe construirse un engranaje de 48 dientes . ¿Qué engranajes serán necesarios? Problema 5
En el mismo aparato debe construirse un engranaje de 18 dientes. ¿Qué engranajes serán necesarios?
5.1 .3
Aparato divisor universal
Este aparato es de tornillo sin fin y plato de agujeros (fig . 5.14A), pero está dotado de varios dispositivos que hacen de él un aparato capaz de múltiples servicios; de ahí su nombre de divisor universal. Se estudian algunas de estas peculiaridades y de sus posibilidades . En la figura 5.1413 se puede ver el esquema de la cadena cinemática y en la figura 5.14C, diversas secciones de aparatos divisores universales .
Fig . 5.14A
Fig. 5.14 B
Fig. 5.14 C
5.1 .3.1
Aparato de eje orientable
Una de las particularidades de este aparato divisor universal es que el eje principal va montado en un cuerpo colocado entre dos platinas anulares (1), que forman parte de la base del divisor, y entre ellas puede girar alrededor de su eje, de manera que puede tomar cualquier posición respecto al plano de la mesa, desde la posición horizontal a la vertical (fig . 5.15A). En cualquier momento se puede saber el ángulo que forma el eje principal respecto a la mesa por medio de un limbo (2), graduado en grados, grabado sobre el mismo cuerpo principal y un punto fijo de referencia (3) sobre una de las platinas . Cuando se desea colocar un ángulo con mayor precisión de un grado, habrá que recurrir a cualquiera de los métodos que enseña la metrología de taller . Por ejemplo: colocando un mandril rectificado en el eje del aparato 145 10 .
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
Fig. 5,15A
y empleando un comparador (fig . 5 .158) . Una vez en posición correcta, se fija ésta por medio de unos tornillos que hacen solidario el cuerpo principal a la base .
5.1 .3 .2
Dispositivo para divisiones diferenciales Ya se ha dicho en el párrafo 5 .1 .2 .4 que en algunos casos no se puede realizar la división por no poderse reducir la fracción M = K a otra cuyo denoz minador corresponda a alguno de los círculos de agujeros disponibles . En ese apartado se explicó cómo podía solucionarse descomponiendo la fracción en otras dos equivalentes . También se dijo lo engorroso y limitado del sistema . En este nuevo método se hace lo mismo, pero empleando un solo círculo de agujeros y unas ruedas . El movimiento del plato y de la manivela son simultáneos ; es más, el giro de la manivela provoca el giro del disco, de manera que mientras la manivela se desplaza un ángulo M = K (fig . 5.17A y B), el plato z gira un ángulo equivalente a M - M: En los números siguientes se explica este sistema. 5.1 .3 .2 .1
Disposición o cadena cinemática El disco de agujeros (2) (fig . 5 .16A) se monta en el cubo de un piñón cónico (3) que gira loco sobre el eje (1) del tornillo sin fin (9) . El piñón cónico (3) engrana con otro (4) de igual número de dientes montado en un árbol (5), paralelo al eje principal y en cuyo extremo se puede colocar una rueda dentada de z, dientes, variable según la necesidad . El eje principal (6) se prolonga con un eje auxiliar (7) unido rígidamente a él y en cuyo extremo se coloca otra rueda dentada de z2 dientes, que se hace engranar con la anterior por medio de una o dos ruedas intermedias de cualquier número de dientes, cuya finalidad es hacer que z2 gire en el mismo sentido o contrario según interese (fig . 5.1613) . Estas ruedas se colocan sobre una lira apropiada (fig . 5 .16C) formando un tren simple o compuesto. Según el esquema de enlaces descrito (fig . 5.16A), se comprende cómo al hacer girar el eje (1) del tornillo sin fin (9) con la manivela (8), se mueve simultáneamente el eje principal (6) y éste, a través de las ruedas z2, z, e intermediarias, hace girar el juego de piñones cónicos y, por consiguiente, al disco de agujeros .
Fig. 5.16 B Fig. 5.16C 5 .1 .3 .2 .2
Cálculo de las ruedas z l y z2 para hacer divisiones con el sistema diferencial
¿Qué finalidad tiene todo el mecanismo anterior? Con un ejemplo se comprenderá perfectamente y con él se obtendrá la regla general de cálculo . 146
EJEMPLO RESUELTO Problema 8
Supóngase que se desea hacer 53 divisiones en un aparato divisor de K = 40 . Según la fórmula 121 : K - 40 z 53
M _
Si no se dispone de disco de 53 agujeros, no se puede realizar la operación . Aquí entra en servicio el sistema que se está estudiando . Se elige un número de divisiones próximas a las que se necesita, y que se representan por z', por ejemplo : z' = z + n, siendo n un número entero positivo o negativo cualquiera, a conveniencia . En el caso que se estudia, n = (-3) ; de donde : z' = 53-3 = 50 . Con este z' se calcula el giro ficticio de la manivela K z'
-
40
-
50
4 _ 5
12
-
15
16
20
Se elige el disco de 20 agujeros (fig . 5.17A), y en él se disponen los dedos de manera que abarquen 16 espacios (17 agujeros) . Si se pueden emplear dos o más discos se procura elegir el de mayor número de agujeros . Con este giro de manivela resultarían 50 divisiones y no 53, como en realidad se necesitan . El mecanismo estudiado resuelve el problema si se colocan las ruedas z 1 , z2 y las intermediarias necesarias para que, mientras la manivela va del primer agujero hacia el último, al mismo tiempo el plato gire un ángulo equivalente a M - M', es decir : K z
M-M'=
K z'
_
K-z'-K-z z z'
_
K(z'-z) z
1
z'
Según la ley de transmisión se ha de cumplir: 1131 z 2 ' n 2 = z, * n i en la cual : z2 = rueda colocada en el extremo del eje principal
zi = rueda colocada en el eje que mueve el plato de agujeros n2
vueltas que da el eje principal durante la maniobra,y que vale :
n1
vueltas que debe girar el plato de agujeros y vale : M-M' =
1z =
1 53
K(z'-z) z-z'
Fig. 5,17A
Sustituyendo los valores de n2 y n i en [B1: z2'
z
= zi (M - M') ; z 2 '
1 z
z1
K(z'-z) _--._z - z'
y despejando y simplificando: z2
K(z'-z)
y para el caso numérico : z2 z1
_
40 (-3) 50
_
-12 5
- - 48 = - 60 20 25
= - 72 etc. 30 14 7
¿Qué significado tiene el signo negativo? Indica sencillamente que el plato de agujeros deberá girar en sentido contrario a la manivela (fig . colocar una o dos ruedas intermedias según la construcción5 .1713) . Para ello habrá que del aparato divisor que se utilice . El quebrado resultará positivo siempre que se elija z' > z ; si en el ejemplo numérico se toma z' = 54 en vez de 50, entonces se tendrá : M z?
_
K (z' - z) z
zI
K M- i Fig . 5.178
=
, =
K z'
-
40 54
40 (54-53)
_
_
20 - espacios 27 - círculo
40 rueda en el eje principal _ 54 rueda en el eje del plato
54
40 x 32 72 x 24
El disco debe girar en el mismo sentido que la manivela . Siempre será aconsejable coger la minima diferencia posible entre z' y z para que el numerador no resulte excesivamente grande, siempre que con ello sea posible obtener ruedas disponibles . Para un determinado aparato será conveniente escoger z' > z ó z' < z, para que sólo sea necesario una rueda intermediaria .
Reglas para el cálculo en el sistema diferencial.
Para la marcha del cálculo
s e pueden establecer las siguientes reglas :
1. ° El disco de agujeros se elige y prepara para z' según la fórmula : K z' 2. ° Se calculan las ruedas formando un quebrado cuyo numerador sea la constante del aparato multiplicada por la diferencia (z' - z) y por denominador z'. El quebrado se reduce a otro, cuyos números sean dientes de ruedas disponibles . El quebrado puede ser positivo o negativo . La rueda del numerador se coloca en el extremo del eje principal, la del denominador en el eje del disco de agujeros . Se evitarán los trenes compuestos . 3. ° Si el quebrado resulta negativo (z' < z), el disco de agujeros debe girar en sentido contrario a la manivela, si el quebrado es positivo (z' > z), el disco debe girar en el mismo sentido . 4. ° Durante la maniobra el disco de agujeros debe estar libre para girar, pero una vez efectuada la maniobra y, sobre todo, mientras se trabaja, podrá bloquearse . El eje principal debe bloquearse durante este período . M, =
EJEMPLOS RESUELTOS
Problema 9 En un aparato de K = 60, construir 59 divisiones, con los discos y ruedas del apartado 5 .1 .2 .2 y del tema 3 .
Solución : _ K _ z
60 59
no se puede reducir a otra fracción y no se tiene disco de 59 . Por el sistema diferencial : haciendo z' = 60 z
M, _z2 z1
_
K (z' - z) z'
z' _
_
60 60
= 1 vuelta
60 (60-59) 60
=
60 60
_ 24 - 24 , etc
Se colocarán dos ruedas iguales y las intermediarias necesarias para que el disco gire en el mismo sentido de la manivela .
Problema 10 En un aparato de K = 40, hacer 157 divisiones . 148
Solución : M =
40 K = z' 157
irreducible, y no hay disco de 157, luego habrá que emplear el sistema diferencial : para z' = 160 K z' z2 zi
K (z' - z) z'
40 160
1 4
5 20
40 (160 - 157) 160
5 espacios círculo de 20 1 x 3 4
30 40
21 28
24 32
EJERCICIO A RESOLVER problema 6
Se desea dentar un engranaje recto de 43 dientes en un aparato divisor universal cuya constante es 60 . Hallar la disposición de las ruedas necesarias, así como el plato de agujeros requerido . 5 .1 .3 .3
Sistema para hacer ranuras helicoidales
En el tema 1 se dijo que uno de los problemas que dieron lugar a la creación de la fresadora universal fue la necesidad de fresar ranuras helicoidales . Este problema se resuelve uniendo el husillo de la mesa con el aparato divisor para que a la vez que se desplaza la pieza contra la fresa, gire uniformemente. Con el aparato que se está estudiando esto resulta muy sencillo, ya que basta un tren de engranajes que una el husillo de la mesa con el extremo del eje que mueve el disco de agujeros, y éste, a su vez, mueva el tornillo sin fin, fijando plato y manivela . En la figura 5 .18A se muestra la cadena cinemática y en la 5 .1813 la vista exterior del montaje .
Fig. 5.188
Fig . 5.18A
¿Cuál es la relación de los engranajes R? Analizando el problema se observa que la mesa debe desplazarse H mm (fig . 5.18A) mientras que la pieza da una vuelta entera, es decir, mientras el tornillo sin fin da K vueltas arrastrando por medio de la manivela el plato de agujeros con el eje (5) que da, a su vez, el mismo número de vueltas . Según la ley de transmisión debe cumplirse: ni , zi =n2 . z2
[Al
en la cual : ni z, n2 z2
= = = =
vueltas del número de número de número de
husillo de la mesa dientes de la rueda colocada en el husillo de la mesa vueltas que debe dar el eje del plato de agujeros = K dientes de la rueda colocada en el eje del plato de agujeros 149
Pero resulta que para que la mesa se desplace H, si el paso del husillo es h, deberá girar dicho husillo en : n, = H , expresando H y h en las mismas unih dades . Sustituyendo estos valores en la ecuación IAj se tiene :
y despejando :
Es decir :
Para tallar una ranura helicoidal de paso H en una fresadora, cuya mesa tiene un husillo de paso h y con un aparato de constante K, se forma un quebrado que tenga por numerador el producto de la constante del aparato divisor y del husillo de la mesa y por denominador el paso helicoidal a construir expresado en las mismas unidades que el husillo de la mesa . El quebrado se transforma en otro u otros cuyos números representan dientes de ruedas disponibles .
La rueda del numerador se coloca en el husillo de la mesa y la del denominador en el eje del plato de agujeros (fig . 5 .18A y B) . Se colocan las ruedas intermedias necesarias para que el eje del aparato, y con él la pieza, giren en el sentido necesario, según se trate de construir una hélice a la derecha o a la izquierda . Recuérdese que el sistema de blocaje del plato de agujeros debe estar siempre desconectado .
EJEMPLOS RESUELTOS
Problema 11 En una fresadora, cuya mesa tiene un husillo de 6 mm de paso y un aparato de constante K = 40, se quiere construir un paso helicoidal de 330 mm . Calcular las ruedas de recambio . Solución : z 1_
K-h
z2
H
_
40x6
_ _ 8 _
32
330
11
44
Se colocará una rueda de 32 dientes en el husillo de la mesa y otra de 44 en el eje del plato de agujeros y una o dos intermediarias para que la pieza gire en el sentido necesario . Se comprende que durante la operación de fresado el disco de agujeros debe estar libre del bloqueo de la bancada del aparato para poder girar con libertad, así como el eje principal .
Problema 12 En la misma fresadora y con el mismo aparato divisor construir un paso helicoidal
de 18
3 4
Solución: zI
2
_
K - h H
_
40 x 6 18
3 4
x 25,4
_
40 x 6 476,25
_
24000 476,25
_
64 127
Rueda de 64 en el husillo de la mesa y de 127 en el eje del círculo de agujeros . Si no se dispone de rueda de 127 se podría intentar hallar unas ruedas que den un paso lo más aproximado posible y comprobar si es o no admisible . 150
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 7
de paso y cuyo En una fresadora cuya mesa tiene un husillo de 1/4 de pulgada helicoidal de 20" de construir una ranura que constante de 60, hay tiene una aparato han de unir dicho husillo con paso . Calcular el número de dientes de los engranajes que el eje que mueve el plato de agujeros . Problema 8
helicoidal de 500 mm . En la misma fresadora anterior se debe construir un paso . necesarios los engranajes Calcúlense Ranuras helicoidales de paso corto
5.1 .3 .4
indicado no pueden ser Los pasos helicoidales ejecutados con el montaje necesarias . Por ello, montar las ruedas sería imposible porque muy cortos, por ejemplo una paso corto, cuando se trata de fresar ranuras helicoidales de unir el husillo de la consiste en montaje . Este rosca, es preciso acudir a otro principal del lira, con el eje y una de engranajes de un tren mesa, por medio unirlo con el eje que vez de divisor, según el esquema de la figura 5 .18C en arrastra el plato. es semejante al El cálculo de las ruedas que se han de colocar en la lira husillo de la paso del sólo el caso anterior, pero poniendo en el numerador . por la constante mesa, sin multiplicarlo del divisor El movimiento hay que darlo a mano por medio de la manivela (ver el tema 7) . 5 .1 .4
Fig . 5.18 C
Divisiones angulares
sin tratar de Con frecuencia se presentan operaciones de fresado que, igual al desun procedímiento siguen sentido estudiado, hacer divisiones en el forman un superficies que crito. Así sucede cuando se han de fresar dos (fig . 5.19A) . entre sí, etc . ángulo determinado, ranuras inclinadas hasta ahora, sustituPara estos casos se puede operar como se ha hecho vuelta corresponfracción de yendo el ángulo central (fig . 5 .19A y B), por la diente, es decir:
Fig. 5.19 A
360
z
a
EJEMPLO RESUELTO Problema 13
Se trata de fresar sobre un cilindro Ifig . 5 .20) dos ranuras que han de formar entre si un ángulo central de 145°, en un aparato de constante 100. Solución: z -
Fig . 5.19 8
3600 _ 72 145° 29
por tanto: K M - - z
100 72
100 x 29 18
25 x 59 18
725 18
40
5 18
Es decir, 40 vueltas y 5 espacios en un círculo de 18 . Constante angular del aparato divisor decir, Si en un aparato divisor, para dar una vuelta completa a la pieza, es girar la sin fin, para K vueltas al tornillo hay que dar para girar la pieza 360°, a° girar pieza 1 .°, habra que dar al tornillo sin fin K vueltas, y para hacerla
5.1 .4 .1
360`
Fig . 5.20
tendría que dar M =
3
óo
a [A], que también se podría emplear como fórmu-
la de división . Con todo, es más frecuente operar así : Si se gira la manivela una vuelta, el eje principal, y con él la pieza, girará K 360 _ vueltas, y expresado en grados : Ko [B] K Se observa que este valor de [B] es el inverso del coeficiente de la [A] y, por tanto, aquella se transforma en : M
_
a Ko
El valor K° se llama constante angular del aparato y se puede enuncíar la siguiente regla :
Para hacer una división angular se forma un quebrado que tenga por numerador el ángulo central correspondiente y por denominador la constante angular del aparato divisor. EJEMPLOS RESUELTOS Problema 14 En un aparato de K = 40, se tienen que fresar dos superficies que forman entre sí un ángulo diedro de 55 0 . Calcular las vueltas o fracción de vuelta que hay que dar a la manivela . El ángulo central vale (fig . 5 .21), a = 180° - 55° = 125° Solución :
K0=
360 K
-
constante del aparato M=
á KG
=
125 9
=13
360 40
- 90
16 =1324,etc . 18 27
Habrá que dar 13 vueltas completas a la manivela y 16 ó 24 espacios en los círculos respectivos de 18 y 27 agujeros . Problema 15 En el mismo aparato del problema anterior se tiene que fresar un polígono irregular como el mostrado en la figura 5 .22 . Calcular las vueltas de la manivela para cada una de las caras . Solución Los ángulos centrales son :
Fig. 5.21
al = a2 = a3 = a4 = a5 =
Mi = M2 =
aj o Ko 02 0 K0
180 0 - 900 = 900 180 0 - 135 0 = 450 180 0 - 120 0 = 600 180 0 - 87 0 = 930 180 0 - 108 0 = 720 comprobación : 360 0
90 0 = - = 10 vueltas 90 45 0 = - = 5 vueltas 90
a3 o 60 0 6 12 M3 = = - = 6 - = 6 - vueltas K0 90 9 18 o 0 a4 6 M4 = vueltas o = 90 = lo- = 10 18 o 720 as M5 = K 0 = = 8 vueltas 90
Fig . 5.22 152
Se colocarían las alidadas en el círculo de 18 agujeros para 6 espacios y se podría emfresando la E; girar M5 = 8 y fresar la A; girar M, pezar por la cara D; girar: Ma = 10
8,
10 vueltas y fresar la 8, girar M2 = 5 vueltas y fresar la C, con lo que se habría terminado y debe quedar perfectamente aliel polígono . Para comprobar se puede girar M3 = 6
18
neada la cara D fresada en primer lugar. Antes de empezar a fresar se podría hacer la prueba M, + M2 + M3 + M4 + M5 = K ¿Se cumple en este caso? 12 6 + 10 +8 =39+ 10+5+6 18 18
Fig . 5.23
12+6 =39+ 1 =40 18
luego está bien resuelto . Problema 16
En una fresadora del aparato divisor universal de K = 40, fresar dos ranuras que formen entre sí un ángulo de 123° 20' (fig . 5.23) . Solución : M =
a° K°
123° 20' (123° x 60') + 20' _ 7400' __ _370 = 540' 97 91 x 60' 9°
=
= 13
19 27
Por lo tanto, el resultado final será : 13 vueltas completas y 19 espacios en un círculo de 27 . Problema 17
un En el mismo aparato del problema 3 de K = 40, fresar dos caras que formen ángulo 169° 53' ± 2' (fig . 5 .24A) . Calcular las vueltas de manivela . Solución :
El ángulo central correspondiente vale : a° = 180° _ 169° 53' = 10° T = 60T
El giro de la manivela valdrá : M =
a° K°
=
607' 10° T _ 60' x 9° 9°
_
607'
Como puede apreciarse resulta una fracción irreducible. puede Se podría intentar una división compuesta o diferencial, pero en este caso reducirse esta fracción a fracción continua y emplear alguna de las reducidas, comprobando si el error cometido es menor del tolerado . - 1 + 1 8 + 1
607' 540'
y las reducidas serán : 16
1
cocientes:
1
8
reducidas:
1 1
9 , 145 , 154 8 . 129 . 137
Se prueba con la reducida
8
3 607 540
_2 16 153
Fig. 5.24A
Se dará una vuelta y dos espacios en círculo de 16 . ¿Cuál es el error cometido? De la fórmula: M =
a ° =M-K 0 =1 Fig . 5.248
o , se tiene: "-
K°
2 x 90 = 16
18
16
x 9 =
10 0 7' 30"
El error cometido es sólo de + 30" en el ángulo central ; luego en el ángulo entre caras será : 180 0 - a = 180 0 - 10 0 T 30" = 169 0 52'
error = 169 0 53' - 169 0 52' = 1' Como se ve, el resultado obtenido está dentro de la tolerancia exigida .
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 9 Calcular las vueltas que hay que dar a la manivela de un aparato divisor universal de constante 40 para construir una pieza según indica el dibujo de la figura 5.248 . Fig. 5.25
Problema 10 En un aparato divisor universal se desea fresar sobre un cilindro dos ranuras que formen entre sí un ángulo central de 8 0 5' y, a continuación, otras dos que formen otro ángulo de 12 0 8' . Calcular las vueltas o fracción de vuelta que hay que dar a la manivela . 5 .1 .4 .2
Fig. 5.26
Fig. 5.27
5.1 .5
Fig. 5.28A
Divisor óptico
En la figura 5.25 se muestra un aparato divisor de los llamados ópticos, y que se emplea para operaciones de precisión . Su principio es exactamente igual al aparato divisor de tornillo sin fin y rueda helicoidal, construido con gran exactitud. El giro del eje principal (1) se mide directamente sobre un limbo graduado grabado sobre un disco (2), colocado en el eje principal, generalmente graduado en grados, de manera que pueden apreciarse directamente giros de un grado. Para mayores precisiones lleva incorporada una escala de 60 divisiones, con lo que pueden hacerse lecturas de 1' . La lectura del limbo graduado y de la escala suele hacerse a través de un objetivo (3) ; de ahí el nombre del divisor, y,-el giro se realiza por medio de un volante que mueve el eje del sin fin (5). Tiene la ventaja de que no hay posibilidad de errores adicionales como puede suceder en otros sistemas, ya que en los buenos aparatos ópticos los mismos errores de fabricación que pudieran darse están compensados en el limbo graduado y, por tanto, no cabe más error que el de apreciación o lectura . Se utilizan para trabajos que requieren divisiones angulares muy precisas . Como suele ser normal, en este tipo de aparatos el objetivo suele ser adaptable a la vista del observador para poder hacer la lectura con plena seguridad . Aparato divisor vertical
Dentro de los aparatos divisores circulares es empleado con gran frecuencia el de eje vertical llamado, por esta razón, divisor vertical (fig . 5.26) . Puede ser de muy diversa construcción . Para piezas sencillas y de pequeñas dimensiones es muy utilizado el divisor sencillo semiautomático (fig . 5.27) . El más empleado es el llamado mesa circular debido a su gran plataforma, provista de ranuras en T, similares a las de la mesa de las máquinas-herramientas, y de ahí su nombre . Suele ser de tornillo sin fin y rueda helicoidal . Para facilitar algunas divisiones sencillas, normalmente va graduado en grados (fig . 5.28A) y también puede hacerse la división por medio de un plato de agujeros (fig . 5.2813), un tambor y nonio (fig . 5 .28C) o división óptica (fig . 5.28D). En algunos modelos lleva una reducción y una salida acoplable a una junta cardán (fig . 8 .12C) o motor para ranuras o contornos circulares . Algunas llevan ya el motor incorporado (fig . 5.28E) . 154
Fig . 5.288
Fig. 5.28C Fig . 5.28D
Fig . 5.28E
Para fresar piezas de forma inclinada o de difícil sujeción se emplean las mesas planas orientables (fig . 5.28F) . En otros modelos el eje de salida se puede unir al husillo de la mesa para hacer levas espirales (fig . 8 .12C) .
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 1
Calcular el número de vueltas o fracción de vueltas que hay que dar a la manivela del aparato divisor vertical cuya constante, K = 90, para construir las ranuras que indica la figura 5.29A .
Fig . 5.29A
Problema 2
Calcular las vueltas y fracción de vueltas que hay que imprimir al volante del aparato divisor vertical, cuya constante es K = 60, y tiene un tambor graduado en 180 partes y un nonio dividido en 10 partes, para hacer las ranuras de la pieza representada en el figura 5.2913. 5.2
Aparato de división lineal
Aunque se emplea menos frecuentemente que los circulares, no por eso deja de tener gran importancia en el trabajo de la fresadora . Puede ser muy simple, con un tambor graduado ; o bien más complejo, con plato de agujeros y tren de ruedas . El husillo de la mesa de la fresadora es el principal elemento para lograr el desplazamiento de las piezas ; por tanto, sea cual fuere el sistema o aparato empleado, hay que partir de él para la transmisión del movimiento y la realización de los cálculos . A cada vuelta del husillo la mesa se desplazará en una magnitud igual al paso . 5.2 .1
Fig . 5,29 8
Aparato divisor lineal de división simple
El más simple de los aparatos (si puede llamarse así) consiste en un disco colocado sobre el mismo husillo de la mesa . Este disco puede ser un tambor graduado (fig . 5.30A y B) o un disco de agujeros (fig . 5.30C) . 155
Fig . 5.30A
línea de referencia
El tambor graduado va enchavetado al husillo, y en la parte fija lleva una línea de referencia . En algunas fresadoras tiene además un nonio para mayor apreciación: Se llama precisión del tambor al desplazamiento lineal de la mesa al girar el tambor una longitud de arco igual a una división, Lo mismo se puede decir para el disco de agujeros . Se llama constante o apreciación de un divisor lineal a la relación :
Fig. 5.308
siendo : h = paso del husillo de la mesa en mm d = número de divisiones del tambor Si el tambor lleva nonio incorporado, la apreciación a del mismo es : [9A] siendo :
Fíg. 5.300
n = número de divisiones del nonio
EJEMPLOS RESUELTOS Problema 18 Si el husillo de la mesa de una fresadora tiene 6 mm de paso y el tambor del divisor tiene 30 divisiones y un nonio de 10 divisiones, ¿cuál es la apreciación del tambor y del nonio? Solución : K
= d
= ó 3 = 0,2 mm
cada división del tambor a = K = = 02 = 0,02 mm n 10 Para pasar de una división a otra, con tambor o con disco de agujeros, se emplea la expresión : M =
p
[9131
K
siendo : p = paso de las divisiones expresado en la misma unidad que K Problema 19 Con una fresadora con husillo de la mesa, h = 6 mm y un tambor de 30 divisiones, se debe hacer una regla graduada con divisiones cada 2 mm . ¿Cuántas divisiones hay que tomar en el tambor del aparato? Solución: = 10 divisiones 30 156
Problema 20
Indicar cuántos agujeros hay que pasar en un tambor cuyo circulo tiene 100 agujeros . Los demás datos son iguales que los del problema anterior . Solución: M
= p = K
2
6 100
=
2 x 100 = 6
100 = 33,33 3
Como la fracción de agujero no se puede obtener, se cometerá un error por defecto si se cogen 33 agujeros, o por exceso si se cogen 34 . ¿Cuál será el valor real de las divisiones? De la relación (9131 se tiene: Para M = 33 p = K - M =
6
100
x 33 = 1,98 mm ; error = -0,02 mm
Para M = 34 p = K - M =
100
x 34 = 2,04 mm ; error = +0,04 mm
Según la tolerancia de la regla esta solución no sería aceptable. En estos aparatos cualquier error en el tambor, en el disco de agujeros o en la maniobra, queda reflejado en la precisión del trabajo . Estos aparatos no serán aconsejables nada más que para trabajos bastos ; además, hay que pensar que los errores se van acumulando .
EJERCICIOS A RESOLVER
Problema 13
Sobre la mesa de una fresadora se monta, para su tallado, una cremallera de dientes rectos con módulo 5. Sabiendo que el paso del husillo de la mesa es de 4 mm y que el tambor graduado del mismo tiene 100 divisiones y un nonio con 10 divisiones : calcular el número de divisiones a pasar en el tambor, para hacer la división de un diente a otro . 5.2 .2
Aparato divisor lineal con tren de engranajes
Las limitaciones y los errores del sistema directo se eliminan en parte con el método de división con engranajes . En la figura 5.31 se muestra uno de los llamados de vuelta fija y es similar al de engranajes giratorio de la figura 5.13. , , y n vueltas y tamEl disco entallado (1) permite girar la manivela (2) 4 4 bién (n + 1 ), (n + 1 ), (n + 3 ), pero entonces ya pierde parte de su carac4 4 2 terística : la sencillez de maniobra . Para casos en los que este aparato no sea adecuado, se puede emplear otro similar, dotado de un círculo de agujeros (fig . 5.32), en lugar del disco de 1 ó 4 entalladuras ; así las vueltas de la manivela pueden ser las que convenga .
ZZ
Fig. 5.31
Fig . 5.32 157
Por la ley de transmisión se tiene : ni
. z = . i n2 z2
[Al
En la que: n, z, n2 z2
= = = =
número número número número
de vueltas de la manivela de dientes de la rueda colocada en el eje de la manivela de vueltas del husillo de la mesa de dientes de la rueda colocada en el husillo de la mesa
Haciendo n, = M y n 2
= h y sustituyendo en [Al, se tiene: M'z1= p 'z2 h
y despejando :
[10A] en la cual : M = vueltas de la manivela p = paso a construir en mm h = paso del husillo de la mesa en mm Según el modelo de aparato empleado, esta fórmula se utiliza de manera distinta . 1 . ° Para aparato de disco de vuelta limitada y elegida de antemano . z1
p
z2
Con los valores de M = 1,
4
, 1 2
3
4
[10B]
, etc., según interese .
2.' Para aparatos de disco de agujeros, la rueda z, suele ser fija . En este caso se puede operar de varias maneras : o bien se calcula M dando, a priori, un valor determinado a zz o bien se calcula z2 , dando un valor determinado a las vueltas de la manivela .
EJEMPLOS RESUELTOS Problema 21 En la fresadora de husillo de 6 mm y con un aparato de engranajes de vueltas limitadas se quieren hacer ranuras equidistantes de 2 mm . Solución : Aplicando la fórmula [10131 para, M = 1, se tendrá : _z1 z2
__
_ 2 _ 24 rueda conductora p M - h 1 x 6 72 rueda conducida
Este mismo problema resuelto aquí tan sencillamente, resultó imposible con disco de 100 agujeros en el sistema directo . Si no hubiera rueda de 24 6 72 dientes se reduce a otras disponibles y, en todo caso, se da otro valor de M. Problema 22 En la misma fresadora del problema anterior hay que hacer una cremallera de módulo 3.
Solución: p=n - m=3,1416x3=9,4247 para ruedas de z, = 24 y z2 = 72, por ejemplo : M
=
p h
z2
.
9,4247 x 72 6x24
=
z,
= 4,712
Si el plato tiene un círculo de 100 agujeros, se pasará de un diente al otro, dando n vueltas enteras más 71 agujeros . Con lo cual el paso real sería : p_
M-h , z1
_
4,71
x6 x20
=9,42mm
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 14 Se tiene que hacer una regla con divisiones equidistantes de 2 mm . La fresadora tiene un husillo de 6 mm de paso y el aparato empleado tiene un disco de 100 agujeros y lleva una rueda z, de 20 dientes . Determinar el número de vueltas de la manivela y el número de dientes de la rueda z2 del husillo de la mesa . Problema 15 Con el mismo aparato, y en una fresadora cuyo husillo tiene un paso de 1/4", se quieren hacer divisiones de 1/16" . Calcular la rueda z2 y las vueltas de manivela . Problema 16 Se tiene que hacer una cremallera de módulo 1 (paso = n - m) en una fresadora de 6 mm de paso con un aparato divisor de engranajes y disco de 100 agujeros . Calcular las ruedas y las vueltas de manivela . Decir el paso real que se logra . 5 .2 .3
El aparato divisor universal como aparato lineal
Colocando el aparato divisor universal con un montaje de ruedas similar al que se muestra en la figura 5 .33 se puede emplear como divisor lineal . En efecto, al girar el eje del tornillo sin fin gira el eje principal y con él la rueda colocada en el eje prolongado que engrana con la colocada en el husillo de la mesa . Así, la relación de transmisiones es : n i ' z, = n 2 ' z 2
[Al
En la cual : ni = número de vueltas del eje principal del divisor zi = número de dientes de la rueda colocada en el extremo principal del aparato n2 = número de vueltas del husillo de la mesa = _p h z2 = número de dientes de la rueda colocada en el husillo de la mesa Pero se tiene que : _M K siendo : M K
= vueltas de la manivela = constante del aparato
Valores que, sustituidos en (Al, se tiene : z2 159
de donde :
z2 z1
Fórmula similar a la [10A] pero con el factor K del aparato incluido . Por lo tanto, el proceso de operación puede hacerse igual, pero con la gran ventaja de tener un gran número de círculos de agujeros disponibles .
EJEMPLO RESUELTO
Problema 23 Con un aparato divisor universal de K = 40 empleado como divisor lineal, se quiere fresar una cremallera de paso, p = 3 - n . Calcular las ruedas y las vueltas de la manivela, si el paso del husillo de la mesa de la fresadora es de 6 mm .
Solución.
M =
p' K h
3',' 40
i2
tomando para , =
20-n * z2 z1
z2
6
z1
zi
25 x 47 22 x 17
y
z2 z1
-
44 50
se tiene : M _
20 x 25 x 47 x 44 22 x 17 x 50
-
940 17
_ 55 5 espacios 17 círculo
Resultará un poco engorroso dar tantas vueltas ; podría disminuirse eligiendo la relación de ruedas o una reducción aún mayor ; o bien, un montaje de cuatro ruedas . 72 Tiene la gran ventaja de que cualquier pequeño error en el disco, etc ., queda muy disminuido . El paso real que se obtendrá será igual a : 55 5 x6 x50 17
940 p = M-h-z i __ K ' z2
40 x 44
940 x6 x5 17 x4 x44
x6 x50 17 x 40 x 44
= 9,4521
error = 9,4251 - 3 . n = 9,4251 - 9,4247778 = 0,0003222 mm Como se ve, el error cometido es insignificante .
EJERCICIOS A RESOLVER
Problema 17 Se desea hacer una división lineal para construir una cremallera de módulo 1,50 con el auxilio de un aparato divisor universal de constante 40 . Sabiendo que el paso del husillo de la mesa es de 6 mm, calcular las ruedas, el plato de agujeros a emplear y las vueltas de la manivela .
5.2.4
Dispositivos ópticos Todos los aparatos y sistemas
explicados están expuestos a errores, tanto en relación al giro, como al desplazamiento lineal . Si la mesa está dotada de una regla de precisión y unos lectores ópticos también de precisión (fig . 2 .78), se podrá saber en cada división el desplazamiento real, con un margen mínimo de error .
160
Estos lectores, aun de gran precisión, no resultan cómodos para este tipo de divisiones a no ser que su número sea escaso . Puesta la regla a cero, se irán leyendo en la regla las cotas a partir del origen (fig . 5.34) : xo = 0; x 1
=
p; x2 = 2 p; x 4 = 3p, etc. . .
CUESTIONARIO 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 venientes . 5.6 5.7
5 .8
Clases de aparatos divisores giratorios . Aplicaciones y limitaciones de los aparatos divisores sencillos. Aparatos de tornillo sin fin y rueda helicoidal . División con aparato de tornillo sin fin y disco de agujeros . División con aparatos de tornillo sin fin y con engranajes : ventajas e inconEl aparato divisor universal, sus peculiaridades y utilización . CálcLilos con el aparato divisor universal: - para divisiones simples; - para divisiones diferenciales ; - para hacer ranuras helicoidales ; - para fresar reglas graduadas. Aparatos divisores lineales .
PROBLEMAS Se ha propuesto y resuelto un número suficiente de problemas para dominar la teoria de la división . Convendrá que el alumno recopile los datos de su fresadora habitual, referentes a discos y ruedas disponibles, pasos de los husillos, constante del aparato divisor, etc., y, con ellos, proceda a resolver los problemas que, como ejemplo, se han propuesto en el texto y, sobre todo, los que surjan en la práctica .
11 .
Tecnología 2.2 .
Máquinas Herramientas
origen
Xo
<1
o Fig . 5.34
J1zp
Tema 6. Trabajos en la fresadora universal
OBJETIVOS - Conocer las características de las superficies mecanizadas. - Conocer las posibilidades de la fresadora y sus limitaciones prácticas. - Conocer las dificultades y defectos que puede presentar en los principales trabajos y aprender a resolverlos . - Conocer la manera de realizar con seguridad las operaciones fundamentales.
EXPOSICIÓN DEL TEMA En todas las piezas o elementos de máquina se distinguen, generalmente, dos tipos de superficies : 1 ° Aquéllas que se deben adaptar a las superficies de otras piezas, denominadas superficies funcionales . 2° Las diversas superficies, que por no estar en contacto directo con las de otras piezas, reciben el nombre de superficies libres o superficies de vista, y que, generalmente, no se mecanizan . Como principio general se ha de decir que las superficies reales, mecanizadas o no difieren en mayor o menor medida de la superficie ideal geométrica . La función de la pieza determina las condiciones en cuanto a exactitud de medida, calidad de forma, exactitud de posición de las superficies para un correcto funcionamiento y para el montaje y, por último, influye notablemente la calidad superficial . Las superficies de las piezas quedan también influenciadas, además de su funcionalidad, por el sistema de mecanizado . Desde este punto de vista las superficies pueden ser : planas, cilíndricas, cónicas o esféricas y especiales. También hay que distinguir entre superficies de asiento y superficies de deslizamiento. El que sean de un tipo u otro, determina no sólo el grado de acabado sino incluso la dirección de las rugosidades . En las tablas 6.1 A y B quedan sintetizadas las operaciones y los trabajos principales que pueden realizarse en la fresadora. 6 .1
Planeado
Se llama así la operación de mecanizado con la que se obtiene una superficie plana . El plano o superficie plana se define : - Por tres puntos no alineados. - Por una recta y un punto fuera de ella . - Por dos líneas paralelas . - Por dos líneas que se cortan . 162
Tabla 6 .1 A
Operaciones fundamentales en la fresadora
Tabla 6.18 Formas principales de piezas que se pueden realizar en la fresadora
I`I
6.1 .1
En el fresado se obtiene un plano por dos procedimientos principales : 1 ° Por medio del trabajo de los dientes frontales de una fresa o un plato de cuchillas 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, m, aplicado a la fresa, y otro rectilíneo a, aplicado a la pieza o herramienta . 2° Por medio de los dientes periféricos de una fresa cilíndrica (fig . 6 .213) troncocónica 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 una de estas generatrices 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 . En los números siguientes se estudian estos sistemas, pero antes conviene recordar algunos conceptos previos . 6 .1 .2
Fig. 6.2A Fresado de una superficie plana elaborada por una fresa frontal con el eje perpendicular.
r
Procedimiento de fresado plano
Defectos de las piezas y de las superficies mecanizadas
Toda superficie real mecanizada difiere de la superficie ideal geométrica por limitaciones o errores propios del sistema de mecanizado . Estos errores pueden ser : 1 . Error de medidas, limitado por las tolerancias dimensionales . 2. Error de forma, limitado por la tolerancia de forma . 3. Error de posición, limitado por la tolerancia de posición . 4. Error de acabado superficial, limitado por las tolerancias de rugosidad . Aunque se puede decir que cada una de estas limitaciones o errores está relacionado con los demás, se define cada uno separadamente, ya que según la función de la superficie tendrá distinta importancia. 6 .1 .2 .1
Tolerancia de medidas
Se define como la diferencia entre la medida mayor y menor de una dimensión (fig . 6.3) . Es función de la profundidad de pasada y se controla por instrumentos de medidas absolutas (ver apartado 5 .1 y 5.2 de Técnicas de Expresión Gráfica 2.2 Metal) . Fig. 6.28 Fresado de una superficie plana elaborada por una fresa cilíndrica tangencial.
6.1 .2 .2
Tolerancia de forma
Para superficies planas se llama tolerancia de planicidad (definida en la norma UNE 1-121-75) diciendo que es la zona limitada por dos planos paralelos separados entre sí una distancia t (fig . 6.4) . Se controla por comparación con una superficie de referencia (ver apartado 5.5 del texto anteriormente citado) . 6 .1 .2 .3
plano adyacente
plano
Fig. 6.5A convexo.
'
`"'
superficie real
Fig . 6.4 plano , adyacente
falta de planeidad
\ I / \-SR
superficie real
~`SR 3
Piezas con falta de rectitud: 1, superficie irregular; 2 plano cóncavo; 3, plano
Fig. 6.58 Piezas con planos no paralelos: taladro inclinado con respecto a la base .
Fig. 6.5D Piezas con tolerancia en inclinación: superficie inclinada, 6 .1 .2 .4
Tolerancia dimensional.
Tolerancia de posición
Es el espacio t dentro del cual debe estar la superficie respecto a un elemento de referencia . Se puede referir a rectitud (fig . 6 .5A), paralelismo (figura 6 .513) perpendicularidad (fig . 6.5C), inclinación (fig . 6.5D), simetría (figu ra 6.5 E), orientación, etc. En la norma UNE 1-121-75 y DIN 7 184 quedan definidas estas tolerancias . El control se hace respecto al elemento o elementos de referencia (ver apartado 5.5 del libro citado) .
real
Fig. 6.3
Fig. 6.5C
Piezas no perpendiculares: 1, falta de escuadría; 2, taladro no perpendicular.
Fig. 6.5E Piezas asimétricas : 1, taladro descentrado; 2, chavetero descentrado.
Tolerancia de acabado superficial
Actualmente se define el acabado superficial teniendo en cuenta los conceptos siguientes : 1 . Rugosidad superficial, controlada por comparación con unas muestras patrón o mejor, midiendo las rugosidades en ¡Am . 2. Dirección de esas rugosidades o estrías de mecanizado . 3. Por el proceso de mecanizado (fresado, cepillado, etc . ) . En la norma UNE 1-037-75 se estudian estos conceptos . 165
6 .1 .2 .5
Conceptos generales del mecanizado En principio, con una máquina en malas condiciones, o con accesorios inadecuados o en mal estado, no será posible lograr trabajos con tolerancias extremas en cualquiera de los conceptos anotados . El proceso de fresado tiene sus limitaciones aun en máquinas de calidad . El acabado o superacabado (tema 13 y siguientes) son los mecanizados apropiados para grandes exigencias . Por supuesto que en el mecanizado, cualquiera que sea el sistema empleado, sólo habrá que preocuparse por obtener aquellas tolerancias especificadas concretamente en cada caso . En el apartado 5.5 .2 de Técnicas de Expresión Gráfica 2.2 Metal se resumen las maneras de acotar las distintas tolerancias . En la tabla 6.6 se presentan varios ejemplos de acotación de tolerancias según normas DIN 7184 . Con frecuencia, una tolerancia de medidas estrecha puede ser suficiente para lograr una tolerancia aceptable de forma y de posición, ya que éstas no deberán salirse de la zona de medidas. Tabla 6.6
Tolerancias de forma y posición
Tolerancias de forma y de posición Conceptos
Anotaciones en dibujos Resumen
hoja 1
DIN 7184
suplemento 1
Form- und Lagetoleranzen ; Begriffe, Zeichnungseintragungen, Kurzfassung Tolerantes of form and position ; definitions, indication on drawings, summary En relación con la recomendación publicada por la Internacional Organization for Standardization véase aclaraciones a DIN 7184, hoja 1. (150) ISO/R 1101-1969, Tolerancias de forma y de posición pueden indicarse suplementariamente a las tolerancias de medida, e intercambio . Tolerancias de forma limitan para asegurar función las diferencias de un elemento suelto con su forma ideal geomét ri ca. Tolerancias de corma limitan la dderencia de la posición mutua de dos o más elementos, de los cuales por o para definición inequívoca se emplea por regla general motivos de función un elemento comol eementoe df reerencia para tareas de tolerancia. En caso necesario puede fijarse también más de un elemento de referencia . El elemento de cientemente exacto (en caso necesario prescribir referencia ha de ser sufitolerancia de forma) . Cuando no se indique en contrario se refiere la tolerancia a la dimensión total del elemento respectivo . Si la tolerancia sirve sólo para longitudes parciales en cualquier posición ,o se indica comijl sgue, por eempo:,1/200 0 . Cuando la anocauón se refiere al ele, se pone la flecha de referencia o el triángulo de referencia y no junto a ella, como en los casos donde sobre la línea de medida la flecha de referencia o el triángulo de referencia se refieren a la superficie de la línea de envolvente . Letra de referencia (en caso necesario)
Referencia a un eje Et
Símbolo y propiedad tolerada
Zona de tolerancia
Rectitud
Referencia a la linea de envolvente
I
Ejemplo de aplicación Indicación en dibujo
Explicación El eje de la parte cilíndrica del perno ha de quedar dentro de un cilindro del diámetro t = 0,03 mm.
La linea de contorno de cada sección ha de contener un anillo circular de la anchura t = 0,02 mm .
É ó
Forma de línea
Elemento de referencia
La superficie tolerada ha de quedar entre dos planos paralelos a la distancia t = 0,05 mm .
Redondeado
Forma de cilindro
/Triángulo de referencia
-E0,03
I Rlanicidad
para condición . O Simbolo de material máximo Medida exacta teóricamente E20 (dentro de recuadro)
Letra de referencia
Valor de tolerancia (t) Símbolo de la clase de tolerancia
l I
La superficie tolerada ha de quedar entre dos cilindros coaxiales que tengan una distancia radial de t = = 0,05 mm .
El perfil tolerado ha de quedar entre 2 líneas de envolvente, cuya distancia está limitada por círculos del diámetro t = mm . Los centros de estos círculos se encuentran en la línea ideal geométrica.
0,oa
166
Tabla 6 .6 Símbolo y propiedad tolerada
Tolerancias de forma y posición (Continuación) Ejemplo de aplicación
Zona de tolerancia
Indicación en dibujo
Forma de uperficie
Explicación 0, 03
la superficie tolerada ha de quedar entre 2 superficies de envolvente, cuya distancia es limitada por esferas del diámetro t = 0,03 mm. Los centros de estas esferas se encuentran en la superficie ideal geométrica .
11100,11A
El eje tolerado ha de quedar dentro de un cilindro que se encuentre paralelo al eje de referencia del diámetro t = 0,1 mm .
Esfera Paralelismo SJ
A
las iyi
El eje tolerado ha de quedar entre dos planos paralelos a la superficie de referencia a la distancia t = = 0,01 mm .
0,01
Perpendicularidad
l
A
0,os
Inclinación (angularidad)
El eje tolerado ha de quedar entre dos planos paralelos a la superficie de referencia y perpendiculares a la dirección de la flecha a la distancia t = 0,08 mm .
A
El eje del agujero ha de quedar entre dos ángulos inclinados a 60° y planos paralelos entre sí respecto a la superficie de referencia a la distancia t = 0.1 mm .
A
Posición
0F
a
El eje del agujero ha de quedar dentro de un cilindro del diámetro t = = 0,05 mm, cuyo eje se encuentre en el lugar ideal geométrico (con medidas encuadradas) .
00,05
100 Simetría
Coaxialidad (concentricidad)
A
w
FUE
A
000,0
Movimiento plano
F
El plano central de la muesca ha de quedar entre dos planos paralelos que tengan una distancia de t = = 0,08 mm y se encuentren simétricos al plano central del elemento de referencia .
0,08 A
J~ 0,1 D
A
i El eje de la parte tolerada del,eje ha de quedar dentro de un cilindro I del diámetro t = 0,03 mm, cuyo eje se alinee con el eje del elemento de referencia . Para giro alrededor del eje de rete; rencia no debe exceder el movimiento de marcha plano en cada ! cilindro de medida 0,1 mm .
I I
Movimiento circular
refefl 0.1 AB Para giro alrededor del eje de rencia AB no puede exceder la diferencia de movimiento circular en cada plano de medida 0.1 mm . A
B
En algunas ocasiones puede suceder que la tolerancia de medidas sea muy amplia y, por el contrario, tengan mucha importancia la forma o rugosidad, Por ejemplo, en un mármol de verificación importará poco la medida, pero sí tendrá gran importancia la rugosidad y la planicidad . Lo mismo puede decirse respecto a la posición . Por el contrario, no será compatible una estrecha tolerancia de medidas con un grado de rugosidad y unas tolerancias de forma o de posición relativamente amplias . En la tabla 6.7A se pueden apreciar las relaciones entre las tolerancias de medida y rugosidad y las limitaciones de los diversos procesos de mecanizado según normas DIN 4766 y en la figura 6.713 las muestras o patrones de distintas clases de acabado de la superficie fresada .
6.1 .3
Planeado con fresa frontal
En el fresado frontal, ya sea con fresa integral, ya sea 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 perpendicularmente al plano de refe16 7
Tabla 6 .7A
Rugosidad de superficies mecanizadas
yEli& 9flt5 tid3r3 F-__------
Amolado de refino cid indrico Amolado de refino plano Explicación de signos
Valores de aspeas obtenidos en fabricación
especialmente cuidadosa
Valores de aspereza obtenidos en fabricación basta
IIIIIIIIII Ililllilllli illllllllllil ,IIIIIIIIIIÜI(Ili
Fig. 6. 78 Fig . 6.8A
rencia (fig . 6 .SA y B) . Para su verificación se puede emplear un útil como el representado en la figura 2 .67, provisto de un comparador de reloj . 6 .1 .3 .1
Elección de la fresa
Para la elección correcta de la fresa hay que considerar los siguientes factores:
Fig . 6.88
1 . Material. Cada material ofrece mayor o menor dificultad de salida de viruta . Si la viruta es larga, la dificultad es mayor y habrá que elegir una fresa de paso grande, es decir, de pocos dientes; si, por el contrario, es de viruta corta (bronce, fundición, etc .), se podrá emplear una fresa de gran número de dientes, o sea, de paso fino . 168
2. Calidad de la máquina . Una máquina poco robusta o con grandes holguras, tiende a vibrar con una frecuencia constante, de manera que puede entrar en resonancia con otras vibraciones de la máquina o de las piezas . En esta circunstancia, conviene elegir una fresa de diente diferencial, o sea, de paso distinto .
3. Posición de la fresa . La colocación de la fresa respecto a (fig . 6.9), con frecuencia puede ser causa de vibraciones . Así en la A, la resultante de las reacciones sigue la dirección del avance de cosa que no ocurre en B, como consecuencia del descentramiento de
la pieza posición la pieza, la fresa .
4. Diámetro de la fresa . Si se desea hacer el planeado en una sola pasada, el diámetro de la fresa deberá tener al menos 1,2 veces el ancho de la pieza . Con fresa de diámetro grande el tiempo de mecanizado es mayor (ne cesita más recorrido de entrada) y también es mayor el par resistente y, por consiguiente, mayor la potencia necesaria . Tiene la ventaja de que el error de verticalidad del eje tiene menor influencia en la planicidad (fig . 6 .10) .
Fig . 6. 10 Efectos en el planeado de dos fresas de distinto diámetro y ejes ligeramente inclinados.
Fig . 6.9 Posiciones de la fresa con respecto a la pieza durante el mecanizado; A, pieza centrada; B, pieza descentrada .
1717 .iLil/17 /11 a
Es importante decidir el valor del ángulo de despren5 . Otros factores . dimiento (positivo o negativo) porque influye en gran medida sobre la fuerza de corte y la potencia absorbida . También hay que valorar la forma de la pieza, el sistema de fijación, etc . 6 .1 .3 .2
Posición de la fresa frontal en el planeado
Con el eje vertical aspecto de las estrías Tiene el inconveniente corrido de la fresa es
el acabado resulta de mayor planicidad (fig . 6.11 A) y el es el de la figura 6.11 B, cuando se dan varias pasadas . de necesitar mayor tiempo de mecanizado porque el resuperior (fig . 6.11 C) .
EÑ
lo;
NiMOJd01AYE D=t2C
4' pasada 3' pasada
2' pasada
MIMA M M
I Mal
c
líl!
L=! " D
i' pasada
Fig . 6. 11 Fresado con el eje totalmente perpendicular: A, planicidad teóricamente perfecta; B, plano realizado con cuatro pasadas; C, recorrido minimo de la operación . 169
Para grandes series el tiempo es muy importante y precisamente es menor con el eje inclinado, ya que la longitud de salida es inferior al primer caso (figura 6 .12A) . La concavidad puede tener importancia relativa y depende de la inclinación del eje y del diámetro de la fresa (fig . 6 .10) . El aspecto de la superficie es de estrías en un sólo sentido (fig . 6 .12) . Si las pasadas son varias, la planicidad y aspecto general es el que aparece en la figura 6 .1213 .
3' pasada
2' pasada 1 .° pasada
A
Fig. 6.12 Planeado con eje inclinado : A, con una sola pasada la planicidad es incompleta y la superficie resulta cóncava ; B, con tres pasadas los defectos aumentan .
6 .1 .3 .3
Fíg . 6.13 Influencia del avance en el aspecto de las estrías y asperezas.
Selección de los elementos de corte Una vez sujetas la fresa (tema 2) y la pieza (tema 4), hay que seleccionar los elementos de corte . La velocidad hay que escogerla de acuerdo con la herramienta y el material de la pieza (tema 3) . La profundidad de pasada varía, según se trate de desbastado o acabado, y además teniendo en cuenta las condiciones de deformación y sujeción de la pieza . El avance se elige valorando los mismos conceptos que para la profundidad de pasada y de acuerdo con la potencia de la máquina y la robustez de los dientes . Pero aún hay que tener en cuenta lo siguiente : un avance grande por revolución producirá estrías y asperezas mayores (fig . 6 .13) . En efecto, la aspereza que aparece en la pieza depende del diente más saliente y del cabeceo de la fresa, no teniendo prácticamente importancia el número de dientes . Para hacer que las estrías queden menos espaciadas y que las asperezas sean menores, hay que reducir el avance a . Esta solución tiene dos graves inconvenientes : 1 ° El espesor de viruta se puede hacer muy pequeño y como consecuencia aumenta la fuerza específica de corte (tema 3) hasta límites inadmisibles .
2° El tiempo de mecanizado se hace mayor, en detrimento de la productividad . Se evitan ambos problemas empleando fresas de dientes postizos, alguno de los cuales tiene la arista cortante completamente plana (fig . 6 .14A) de manera que elimine las crestas (fig . 6 .1413) producidas por los otros dientes, dejando la superficie perfectamente lisa (fig . 6 .14C) . Se recuerda una vez más que no hay que pretender del fresado resultados que sólo pueden lograrse con el rectificado . Pero si la máquina y la herramienta son adecuadas, el resultado puede ser muy bueno, razón por la cual se emplea con preferencia a otros sistemas, como puede ser el cepillado .
Fig . 6.14A
6 .1 .3 .4 Fig . 6.148
superficie plana
Fig. 6.14 C
Planeado propiamente dicho
El proceso general puede ser el siguiente : 1 .° Aproximar la fresa con la máquina parada y hacer los reglajes de posicionamiento y pasada (tema 2) . Apretar los blocajes de los carros que han de permanecer inmóviles . 2° Poner la máquina en marcha y el sistema de refrigeración, en el caso de que se vaya a emplear . Aproximar la pieza a la fresa sin hacer contacto, dejando un margen de 1 ó 2 mm . 3° Conectar el sistema de avance automático y dar la pasada . Dejar salir la fresa 1 ó 2 mm . Si hay que dar varias pasadas, regular el tope de disparo de avance y retroceder rápidamente de forma manual o automática . Desblo170
quear el carro correspondiente, dar la nueva profundidad de pasada y bloquear de nuevo el carro . Repetir la operación para las pasadas necesarias hasta dar por terminado el planeado . Observaciones : 1 ? Operación de desbaste . Cuando el ancho de la pieza es mayor que el diámetro de la fresa y según que la máquina disponga o no de sistema anti-juego, es muy importante tener en cuenta el proceso y sucesión de pasadas . a) Con máquina provista de sistema anti-juego, se dan las pasadas en ambos sentidos, aprovechando al máximo el diámetro de la fresa (fig . 6.15) .
Fig . 6.15 Proceso para el desbaste con máquina provista de antijuego.
trayectoria
final
b) Con máquina sin dispositivo anti-juego de modo especial cuando se da una pasada muy profunda, habrá que trabajar solamente en un sentido, de tal manera que la parte que trabaja por trepado sea menor que la que trabaja a favor del avance (figura 6 .16A y B) . Si el avance ha sido muy grande, las crestas en la parte fresada por la periferia puede que sean un peligro para el retroceso ; en tal caso se aconseja retirar ligeramente la fresa de esta cara para efectuar el retroceso rápido (fig . 6 .16C) . Según las dimensiones de la pieza, y para ganar tiempo, se puede proceder como se indica en los procesos de la figura 6 .16D .
final
,' T1iti T~ I~1~i~Cmmr~ "~
hélice derecha
hélice derecha final
"""" IM IM IM
origen
retroceso
=011
origen A
B
final
D
Fig. 6.16 Proceso de pasadas para máquina no provista de antijuego: A y B, posiciones iniciales según el sentido de giro de la fresa y sentido de avance de la pieza ; C, posición para el retroceso ; D, sucesivas pasadas periféricas .
2~ Operación de acabado . En ningún caso habrá que hacer el retroceso por la superficie fresada ; según los casos, se procede así : a) Si la fresa es más ancha que la pieza, al terminar su recorrido la fresa se hace avanzar rápidamente unos milímetros ; se para la máquina y se quita la pieza .
b) Si la pieza es más ancha que la fresa, se sigue el mismo proceso que en la figura 6.15 para el desbaste con fresadora anti-juego, haciendo que las pasadas queden ligeramente solapadas, es decir, que el ancho trabajado sea algo menor que el diámetro de la fresa (fig . 6.17) . 3' Antes de dar por terminada la operación, ya sea de desbaste ya de acabado, hacer la verificación adecuada antes de soltar la pieza .
x
x
Fig. 6.17 6 .1 .4
Planeado con fresa periférica
Se ha dicho que, en general, el planeado periférico es más deficiente que el fresado frontal, pero puede haber razones que aconsejen, e incluso obliguen, a emplear este sistema, ya sea debido al tipo de pieza o de máquina y a la fresa disponible, etc . 6.1 .4 .1
Elección de la fresa
Se puede analizar las mismas cuestiones que para las fresas frontales y adoptar las medidas más correctas en cada caso . 1 . Material a mecanizar. El material a fresar condiciona el que las fresas sean de gran paso o de paso fino . Las de paso pequeño presentan mayor dificultad para la evacuación de la viruta larga, pero las que disponen de rompevirutas facilitan esta labor. 2. Clase de dentado. Para trabajos con fuertes pasadas o cortes discontinuos son preferibles las fresas de diente helicoidal, sobre todo si se pueden acoplar dos fresas de hélices opuestas que, como se sabe, compensan el esfuerzo axial . 3. Ángulos de la fresa. Para grandes rendimientos habrá que emplear fresas con ángulos apropiados al material (tema 2) . 4 . Diámetro de la fresa. El diámetro grande produce mejor acabado pero tiene el inconveniente de producir mayor momento torsor (fig . 2 .6313) . Por lo tanto, para desbastar será preferible emplear fresas de pequeño diámetro . Las longitudes de entrada y, como consecuencia, las de recorrido para cada pasada, resultan menores con fresa de pequeño diámetro . La fresa de diámetro grande evacua más fácilmente el calor . 6.1 .4 .2
Montaje de la fresa
Las principales precauciones que deben adoptarse son las siguientes : 1 ~ La fresa debe colocarse lo más cerca posible de los apoyos (figura 2.63D) cuyo número debe ser el mayor posible (fig . 2 .63E) . 2' 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 . 3? Comprobar el centrado y alineación de la generatriz de la fresa con el plano ideal . 4? Si los dientes son rectos o muy espaciados o el corte es irregular, se montarán, a ser posible, volantes compensadores (fig . 3 .15) . 5? Los bujes deben ajustar sin juego apreciable (fig . 2 .60D) y deben estar perfectamente lubricados . 172
6.1 .4 .3
Selección de los elementos de corte
1 . Velocidad de corte. La velocidad de corte es particularmente importante para que la fresa conserve la capacidad de corte y el tiempo previsto para los refilados (tema 3) . 2. Profundidad de pasada . La profundidad de pasada estará limitada por la potencia de la máquina, el diámetro de la fresa, tipo de pieza y sujeción de la misma y también por el avance . Hay que evitar pasadas excesivamente pequeñas para no llegar a espesores límite de viruta . 3. El avance . El avance es, junto con la velocidad, el elemento más importante . Para el desbaste debe ser lo mayor posible, de acuerdo con la robustez de los dientes de la fresa, el diámetro del árbol portafresas, la potencia de la máquina, etc . Lo más importante es evitar espesores de viruta próximos a la viruta límite, ya que los efectos pueden ser muy perjudiciales, tanto para la conservación de la fresa como para el buen rendimiento . Si la máquina está dotada de sistema antijuego, lo más apropiado será trabajar con avance en concordancia o trepado . 6.1 .4 .4
Planeado propiamente dicho
Las operaciones y maniobras son prácticamente las mismas que para el fresado frontal : 1 ? Asegurarse de que hay refrigerante en el caso de que se vaya a emplear . 2~ Hacer los reglajes de fresa : posición, pasada, etc. 3' Poner la máquina en marcha . Aproximar la pieza a la fresa hasta 1 ó 2 mm de ella . 4? Conectar el avance y dar la pasada dejando salir la fresa de 1 a 2 mm . Regular el tope de salida, si hay que dar varias pasadas. 5? Emplear el retroceso rápido y quitar la pieza después de parar la máquina . Si deben darse más pasadas, se continúa el ciclo a partir del punto 2 . Al igual que en el planeado con fresa frontal, antes de soltar la pieza y dar por terminado el trabajo, habrá que hacer las verificaciones oportunas. En la figura 6.18 se representa un proceso de planeado por fresado frontal. Gama de mecanizado Paralep(pedo Material :
Fase Denominación
Croquis
Utillaje
Control Tp Tc Tm
Planeado cara A
Fresa Regla 080,z-f0 A .R.S. 2calas
2
Planeado cara 8
Fresa, rodillo
3
Planeado cara C . dejar a medida de 59mm.
Fresa Pie de 2calas rey 1 rodillo
4
Planeado cara D, dejar a medida de 30mm .
Fresa 2calas rectificadas
Pie de rey
5
Desbaste cara E
Fresa
Escuadra
6
Planeado cara F
Fresa
7
Planeado final de la cara E, dejar a medida de 74 mm .
Fresa
28' t3" 2'
Escuadra 1,3" 5 -
2.4' 5*
2,6' 5'
1,2"
Fig. 6.18 Proceso de planeado de fresado frontal.
Tie pos totales en minutos
Pie de rey 2,1" 3 28' 12' 20'
173
6.1 .5
Planeado en ángulo recto
Es un caso combinado de los dos anteriores . En la figura 6.19 se puede apreciar cómo uno de los planos se obtiene con la parte frontal de la fresa y el otro plano 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 . 6.19A) y como planeado tangencial, cuando sucede lo contrario (fig . 6 .1913) . La fresa apropiada para cada caso habrá que elegirla según el tipo de pieza; podrá ser de disco de dos o tres cortes o bien frontal . Un caso particular es el fresado de planos a 90° pero convexos o exteriores ; para esta ocasión, se montan dos o tres fresas, como se muestra en la figura 2.21 A. Hay que procurar que las fresas laterales sean de dientes inclinados opuestos, para que trabajen en las mejores condiciones y las fuerzas axiales se contrarresten .
Fig . 6.19
6.2 Fig. 6.20 Fresado de ranuras : A, con fresa de tres cortes; B, con fresa cilíndrica de mango; C, veri ficación .
Planeado en ángulo : A, planeado frontal; B, planeado tangencial.
Fresado de ranuras o ranurado rectangular
Es una operación similar al caso anterior, pero aquí la fresa empleada, normalmente, es de tres cortes . Con ella se obtienen directamente tres planos en ángulo, formando una ranura rectangular (fig . 6 .20A) . También es frecuente emplear fresas de mango (fig . 6 .2013) . Una vez mecanizada la ranura se puede verificar con un calibre fijo (fig . 6 .20C) . 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 de otras dimensiones hay que obtenerlas en dos o más pasadas, desplazando la fresa; o bien, hay que recurrir a las fresas de disco de tres cortes ajustables en anchura (tema 2), por medio de arandelas de precisión de distintos espesores DIN 2084 (fig . 6.21) . 6.2 .1
Elección de la fresa
En cada caso habrá que estudiar la elección de la fresa, contestando a una serie de preguntas: 1 . ¿Fresa de disco o de mango? En algunos casos la respuesta estará supeditada a la forma de la ranura . Si debe tener extremos limitados por una forma concreta, habrá que emplear fresa circular (fig . 6.22A) o fresa de mango (fig . 6.2213) . Si no hay estas limitaciones, será preferible en general, la fresa de disco, por tener mayor rendimiento (fig . 6.22C) . En la figura 6 .22D puede verse uno de los sistemas de verificación .
Fig . 6.22A
Fig . 6.22 8
Fig. 6.22 C
2 . ¿Fresa de pequeño o de gran diámetro? Este problema sólo se presenta, lógicamente, en la fresa de disco; como punto de partida 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 . (fig . 6.23) . 3. ¿Fresa de paso fino o grande? ¿De diente recto o inclinado? Aquí, más que en el planeado, se presenta la dificultad de la evacuación de la viruta, ya que ésta queda atrapada en el hueco entre diente y diente (fig . 6.24) . Los materiales quebradizos se adaptan mejor al hueco, porque se rompen en fragmentos cortos, pero los de viruta larga y tenaz obligan al diente a una sobrecarga para deformar la viruta . Por esta razón, los materiales de viruta larga deberán fresarse con fresas de mayor paso . Según la dimensión de la ranura, el material arrancado no cabrá en el pequeño espacio de las fresas de paso fino, motivo por el cual se rompen las fresas al fresar ranuras muy profundas, si no se toman precauciones especiales (fig . 6 .24) . La industria está incorporando, cada vez más, en las fábricas y talleres, fresas de disco de plaquitas intercambiables para operaciones de ranurado (fig . 6.25A), evitando así las costosas fresas de acero rápido enterizas (sobre todo las de gran diámetro) . Para evitar el golpe brusco de la plaquita con la pieza, se colocan las plaquitas inclinadas (fig . 6.25A) haciéndose así el contacto con la pieza de manera progresiva . Esta disposición facilita también la salida de la viruta, lo que permite un mayor avance, pero fuerza la viruta contra una de las paredes laterales, lo que puede ocasionar mayor rozamiento . En el caso de fresas de mango es aún más aconsejable el diente inclinado o helicoidal, pero a condición de que el sentido de la hélice favorezca la salida de la viruta . En la figura 6 .2513 se presenta un diagrama para calcular el ángulo (3 de inclinación de la plaquita . Dentro del área rayada A el ancho de la ranura y la expansión lateral de la viruta limitan el fresado de ranuras profundas en una pasada cuando se utilizan fresas delgadas
E
10 11 12 13 14 15 16 17 18 10
20
a v
6.2 .2
40 50
vc 60 ó a 70
W vi
ELMEa
Fig. 6.25A
ama
Sujeción de la fresa
Esta operación no presenta mayor dificultad que el planeado . Sin embargo, hay que conseguir ciertamente un centrado lateral lo más perfecto posible ya que el cabeceo en la fresa de disco o el balanceo en las de mango daría lugar a una ranura de dimensiones mayores que las de la fresa . Si se trata de fresas de disco de gran diámetro y, sobre todo, de dientes muy espaciados, es muy aconsejable montar volantes reguladores . El gran momento que producen estas fresas deberá ser contrarrestado por la fricción de los casquillos separadores, ya que las chavetas serán en general insuficientes . Por la misma razón, el sentido de la tuerca de apriete debe ser tal que tienda a apretarse durante el trabajo. 6 .2 .3
Fig. 6.24
Ancho de la ranura en mm Iplaquita de 11 mm)
30
Fig. 6.258
Fig. 6.23
Elementos de corte
En este tipo de fresado es particularmente importante el avance, pues de él depende la cantidad de viruta arrancada y, por tanto, la mayor o menor facilidad de su evacuación ; reducirlo excesivamente puede llevar a embotamiento prematuro del filo de la fresa . La velocidad de corte también tiene su importancia, ya que el contacto excesivo de la fresa con la pieza y la viruta puede provocar calentamientos peligrosos . Esto es particularmente importante en las fresas de disco de un solo corte. La profundidad de pasada viene dada por las propias dimensiones de la ranura . En algunos trabajos de gran profundidad de fresado, podrá dividirse la operación en dos o más pasadas. 175
6.2 .4
Ranurado propiamente dicho
En esta operación, la refrigeración tiene más importancia que en el planeado, ya que, como acaba de decirse, la manera peculiar de trabajar la fresa encerrada entre las paredes de la pieza, con grandes superficies de contacto, produce gran cantidad de calor que, de no eliminarlo y mantener la temperatura entre ciertos límites, puede ser causa de dilataciones que produzcan atasco y rotura de los dientes de la fresa o la fresa misma . Si el material admite lubricación, podrá emplearse un chorro de aire a presión que además de enfriar favorezca el desprendimiento de la viruta y su evacuación . El reglaje de la fresa es de particular interés también en esta operación, ya que la situación de la ranura así como su profundidad, suele ser de capital importancia . Por esta razón habrá que realizarlo con la mayor atención . También habrá que decidir si el fresado se hace por trepado o en oposición . La respuesta, como siempre, es que si la máquina dispone de un dispositivo antijuego, es preferible el sistema por trepado, pero si no lo tiene deberá hacerse en oposición . El proceso a seguir será distinto, según que se trate de ranurado con fresa de disco o de mango . 6.2 .4 .1
Fig. 6.26A
Fig. 6.2613
Fig. 6.26C
Ranurado con fresa de disco
Si la ranura tiene entrada y salida para la fresa, no se presenta ningún problema especial ; téngase en cuenta lo indicado en el planeado . Si la entrada o salida están limitadas, habrá que tomar precauciones especiales : 1 ' Ante todo hay que situar la fresa en posición correcta para lograr la forma de la entrada y el tope de fin de carrera para asegurar la longitud de la ranura . Si el plano de la ranura determina el radio de la curva o limita las longitudes del fondo y del exterior, lo primero que procede es emplear una fresa de diámetro apropiado que corresponda al acotado en el dibujo . 2a. Si la fresa no tiene sistema antijuego, hay que evitar en todo momento el efecto de trepado y eliminar el juego en el sentido necesario, en el momento de situar la fresa en posición . 3' Para el final de carrera no conviene fiarse del disparo automático que no suele ser muy preciso, ya que pequeñas variaciones en el fresado pueden hacer que disparen antes o después de lo previsto . Para evitar estos inconvenientes, se gradúa de manera que actúe un poco antes de llegar a la posición final y, una vez que se ha disparado, se acaba el recorrido a mano, ayudándose del tambor graduado o de las reglas de precisión (si las tiene) para finalizar el recorrido. Si la fresa es del ancho correcto, una sola pasada será suficiente (figura 6 .26A) pero si no es así y no se dispone de fresa regulable en anchura, se soluciona el problema haciendo la ranura en dos o tres pasadas. En estos casos es preferible elegir una fresa no demasiado próxima al ancho definitivo, sino que sea, al menos, un milímetro menor, para evitar así que la pasada de repaso sea demasiado pequeña . Si se prevén dos pasadas, se ajusta la posición de la primera (fig . 6 .2613), de manera que una de las caras quede ya terminada y, a continuación, se desplaza la fresa o la pieza (fig . 6.26C) hasta el ancho de ranura deseado. Si, por el contrario, se prefiere dar tres pasadas, para lograr acabados más uniformes en las dos caras de la ranura, la fresa se coloca centrada para la primera pasada y seguidamente se desplaza, primero hacia un lado y luego hacia el otro (fig . 6 .26 D) . En estas pasadas de repaso es cuando hay que prestar atención para comprobar que el limitador de carrera se dispare en el lugar preciso, puesto que al encontrar la fresa menor resistencia, tiene tendencia a seguir embragando por algo más de tiempo . 6 .2 .4 .2
Ranurado con fresas de mango Cuando se haya elegido este sistema, ya sea por voluntad o por exigencias de la forma de los extremos de la ranura, hay que tener en cuenta algunos detalles : Fig. 6.26D
1 . Entrada y salida libre. Este caso presenta un problema cuando la profundidad de pasada es muy grande, ya que habrá que tener en cuenta el 176
gran momento flector que se produce y que será tanto más notable cuanto mayor sea la profundidad de la pasada (fuerza de corte) y más larga la distancia del corte de la fresa a su asiento. Debe cumplirse en todo caso : Mf
":~
Oz adm .
siendo (ver tema 5 de Tecnología 2. 1 Máquinas Herramientas): Wxx
= momento resistente de la sección del mango en la parte más peligrosa que, por ser normalmente redonda, vale : Wxx
_
rr ' d3 32
M, = momento flector producido por la fuerza de corte, que vale para el caso más general (fig . 6 .27) Mf =F,-x Oz adm.
Fig. 6.27 Esfuerzo de corte con fresa de mango .
tensión de trabajo admisible para la herramienta, generalmente de acero de gran resistencia . Teniendo en cuenta el trabajo de torsión, las posibilidades de choque y que, además, el cambio de sentido de actuación es constante, se puede suponer un valor de 30 a 35 kgf/mmz . La resiliencía de estos aceros templados es muy pequeña, de manera que una sobrecarga brusca puede romperlos fácilmente .
Naturalmente, la fuerza de corte F, es proporcional a la profundidad de pasada y a la resistencia específica de corte, por lo cual en materiales de gran resistencia específica habrá que trabajar con mayor cautela . En algunos casos se procede a un desbaste escalonado que puede hacerse con fresa de menor diámetro y longitud y, luego, repasar con otra de diámetro adecuado, o bien, con la misma fresa, repasar los dos costados . En el caso de tener que repasar, hay que considerar el sentido de giro, para trabajar por trepado o en contra del avance, según se desee, y que además, por razones de uniformidad, conviene hacer las dos caras por el mismo procedimiento (fig . 6.28) . 2 . Entrada y salida cerradas . Si no se puede iniciar la ranura con toda la profundidad por no tener entrada, se puede proceder de alguna de las maneras siguientes : a) Si es posible, se hace una entrada con una broca de poca punta (figura 6 .29A) y de diámetro algo menor que el ancho de la ranura . Con una fresa del mismo diámetro de la broca se repasa el agujero hasta la profundidad de la ranura (fig . 6.29B), se da una pasada de desbaste a toda la ranura (fig . 6.29C) y, finalmente, se repasan fas dos caras de la misma (fig . 6.29D) .
Fig. 6.28
Fig. 6.29A
Fig . 6.29D
Fig . 6.29 B
Fig . 6.29 C
b) Para pequeñas profundidades y anchuras, si el cabezal de la máquina y el portapinzas son de calidad, se puede emplear la fresa definitiva . Pero, si no se cumple esta condición, es preferible emplear una fresa de menor diámetro y, al final, dar unas pasadas de repaso a las caras laterales, procediendo de la siguiente manera : Al hacer contacto, conectar el automático y proseguir profundizando hasta llegar a una pasada aceptable . Una vez al final de la carrera, invertir el sentido 177 12 .
Tecnologia 2.2 .
Máquinas Herramientas
39
del avance e ir dando nueva profundidad . Al llegar al punto inicial, invertir el sentido de avance y proceder igualmente, las veces que haga falta, hasta llegar a la profundidad deseada . En el fresado de la ranura de la figura 6.30, habrá que dar una pasada final, de parte a parte, sin variar la profundidad . Si se ha empleado fresadora o mandril en malas condiciones, los extremos tenderán a quedar como se muestra en la figura 6 .31, defecto que se corrige con unas pasadas laterales, si se ha empleado una fresa de menor diámetro . Sin embargo, esto no suele ser necesario cuando el proceso señalado más arriba ha sido bien ejecutado ; para ello hay que dar las pasadas de forma progresiva y con el avance en marcha, nunca a pieza parada . Este es el procedimiento que se emplea para hacer chaveteros para lengüetas. Una cuestión muy importante, al trabajar con fresas de pequeño diámetro, es hacerlo con la velocidad adecuada . En la práctica hay tendencia a trabajar con poca velocidad, ya que el número de revoluciones necesario es muy grande . Instintivamente se trabaja con menos revoluciones de las necesarias y la consecuencia es que la fresa se rompe con facilidad. 6.2 .5
Fig.
6.31
Aspecto de un chavetero defectuoso .
Fresado de ranuras especiales
Las ranuras reseñadas o ranuras rectangulares son las más corrientes pero también se emplean otros tipos, como se muestra en la figura 6 .32. La realización de algunas de ellas no difiere en nada de lo explicado para las rectangulares. La dificultad está solamente en la fresa empleada, que deberá ser de forma apropiada, según los casos . La ranura más característica es la llamada de T (fig . 6 .33A) y su mecanizado se realiza en dos fases, como se muestra en la figura 6 .33 B y C . En la primera se hace una ranura del ancho del cuello y de profundidad igual a la total de la ranura o un poco menos (fig . 6.33B) . Para ello se puede emplear una fresa de disco de tres cortes o una de mango . Finalmente, se hace la base con una fresa especial para estas ranuras (fig . 6.33C), que ha de centrarse perfectamente respecto a la primera.
A
B
Fig . 6.32
c Fig. 6.33 Mecanizado de una ranura en T : A, forma de la ranura ; B, primera fase; C, segunda fase y sistema de centrado .
Otra ranura muy empleada es la que se hace para montar lengüetas redondas. Para su mecanizado se emplean unas fresas apropiadas (fig . 6.34A) . Hay que tomar precauciones especiales para evitar el trepado de la fresa, porque dada su construcción resultan muy débiles y se rompen fácilmente . Evítense, con todo, los avances muy pequeños, ya que la fuerza específica de corte aumentaría, y con ella el peligro de rotura . Las ranuras de perfil especial suelen hacerse con fresas de perfil constante, dando la penetración en sentido vertical . La verificación del chavetero puede hacerse como se indica en la figura 6.34 B . 178
Fig . 6.34 rificación
6 .3
Ranura para chaveta circular: A, forma y fresa empleada; B, sistema de ve-
Fresado de árboles acanalados UNE 18 072 y UNE 26014
Los árboles acanalados se obtienen a partir de una pieza cilíndrica, practicando en ella las ranuras o canales apropiados . Los árboles que se construyen actualmente están normalizados . En la figura 6.35 se muestran algunos de los más frecuentes, según UNE 18 072 . Para grandes series se fabrican con fresa madre (ver tema 7) ; pero en la fresadora universal lo corriente es hacerlos de alguna de las maneras siguientes : 1. 2.
6.3 .1
De una sola pasada con fresa especial de diente destalonado . Con fresas normales de disco.
Fig . 6.35 nurado .
Fresado con fresa de forma
Se reduce, en este caso, a emplear la fresa apropiada (fig . 6.36) . Las dimensiones deben corresponder a las dadas por las fórmulas siguientes : a =
360° z
sen a, =
r =
a2 =
_ b 2r
D-2A, 2
a 2
1h=2r-sen a2 H=h-2At-sen
á 2
Estas fórmulas se deducen fácilmente de la figura 6 .36 y en ellas: z b At D
r h a a l y a2 H
número de nervios o de canales ancho del nervio altura del nervio diámetro exterior del árbol radio del fondo de las ranuras ancho en el fondo de la ranura ángulo de la ranura medido entre los flancos de los nervios según figura ancho en la cresta de la ranura
Fig. 6.36
179
Fresado de un eje ra-
La fresa deberá tener un ancho algo mayor que el calculado H, para lograr un perfecto acabado de los flancos de los nervios . Una vez montadas la fresa y la pieza, se centran igual que para hacer una ranura rectangular . Para que todas las ranuras tengan la misma longitud, convendrá emplear el tope de fin de carrera . Hay que comprobar el ancho b, que es la dimensión fundamental . Fig. 6.37A
Fig. 6.378
6.3 .2
Cuando no se dispone de fresa apropiada, pueden lograrse resultados aceptables y aun mejores que con aquélla, empleando varias fresas . Los procedimientos pueden ser varios según la disponibilidad de fresas existentes . 1 . Con dos fresas de tres cortes (fig. 6.37A) y con una de radio (fig . 6.37C). Se colocan en el árbol portafresas dos fresas de igual diámetro de tres cortes, separadas precisamente por b mm . Si el trabajo es de precisión, convendrá comprobar la cota b tomando como patrón un eje de muestra para que no quede menor de la tolerancia exigida. También hay que realizar los cálculos y comprobar que la fresa no sea demasiado ancha y estropee los nervios contiguos . Para evitar este inconveniente lo ideal sería emplear dos fresas angulares como las de la figura 6.37 B . Una vez montadas las fresas, se centran y se da la pasada para que quede una pequeña canal de s mm de altura 0,2 a 0,5 mm (UNE 26 014) . Hechas todas las ranuras, se cambian las fresas por otras (fig . 6.37 C), cuyo radio coincida con el del fondo del árbol. Se centra dicha fresa y seguidamente se dan las pasadas, comprobando que el diámetro d quede dentro de la tolerancia establecida ya que en él debe ajustar el cubo correspondiente (fig . 6.37 D) ; lo mismo puede decirse de la dimensión b. A los árboles que han de ir templados y rectificados se les dejará un sobremetal para el amolado de los flancos y del fondo (ver tema 16) . Se deja para el tema 7 el fresado de los árboles estriados con diente triangular. 6.4
Fig. 6.37C
Fresado con varias fresas
Fresado de acoplamientos de dientes
Los acoplamientos o embragues de dientes son principalmente de dientes rectos (fig . 6 .38A), dientes triangulares (fig . 6.381) y trapeciales (fig . 6.38C) .
Fig . 6.37D
Fig. 6.38 Embragues de dientes. A, de dientes rectos; B, de dientes triangulares ; C, de dientes trapezoidales .
6.4 .1
Acoplamiento de dientes rectos
Para tallar un acoplamiento como el de la figura 6 .39A, lo primero que hay que elegir es la fresa de tres cortes de un ancho algo inferior al valor de h deducido de la figura 6.39A y que vale : 360
a - -
2
180
Suelen ser de dientes impares y así coinciden las caras de dientes opuestos (fig . 6.3913) y con la misma pasada se hacen los flancos derecho e izquierdo de esos dientes diametralmente opuestos . El reglaje consiste en hacer que una de las caras de la fresa quede perfectamente centrada y coincidente con el plano diametral de la pieza (fig . 6 .39C) . Al hacer este posicionamiento téngase en cuenta que la fuerza de corte de la fresa no tienda a aflojar el plato universal del divisor. El sentido de giro de la manivela del divisor, para pasar de un diente a otro, debe ser tal, que el juego del aparato no sea favorable a esa misma fuerza de corte (fig . 6.39C) . Si el embrague fuese de número de dientes par (cosa poco frecuente) (fig . 6.39D) habrá que hacer el reglaje de la fresa, primero, para un flanco (fig . 6 .39E) y mecanizar todos los dientes a este lado ; luego, se centrará la otra cara de la fresa (fig . 6 .39F) y, en esta segunda pasada, se comprobará que el ancho de los dientes y de los huecos sean iguales (o ligeramente mayores los huecos) . En la figura 6.39G puede verse un proceso completo para el tallado de un embrague de diez dientes . Si, una vez colocado el aparato divisor en la posición vertical (fig . 6 .3913), la pieza quedase demasiado alta, de manera que no pueda pasar por debajo de la fresa, se cambia la posición horizontal, se bloquea la mesa y se trabaja con el movimiento vertical de la ménsula.
Fig. 6.39C
Fig. 6.39E 6.4 .2
Fig. 6.39D
Fig. 6,39 F
1 Fig. 6.39 G
Fig. 6.39 B
2
Acoplamientos de dientes triangulares y trapeciales
En el caso de acoplamientos de dientes triangulares o trapeciales el proceso de fabricación es el mismo y sólo varían los reglajes y el tipo de la fresa a emplear. En la figura 6 .40A se muestran las peculiaridades de los embragues de diente para arrastre en un sentido y desembrague automático en sentido contrario . Las fórmulas que se utilizan para los cálculos y reglaje son :
1101
Fig. 6.39A
[12a]
4
Para los de diente truncado (fig . 6.40B), en las fórmulas [111 y [121 las alturas son las del triángulo base sin truncar: H = b . cotg ( ~ sen a, _
_H
D
At = H - ( 2 g cotg r3 ) siendo :
[11 b] [12 b] [13]
g = ancho de la cabeza de la cresta y fondo de los dientes y, por tanto, el ancho de la punta de la fresa At = altura real del diente en el diámetro exterior de la pieza
Fig . 6.40 C
En la figura 6.40 C y 6.40 D se muestra el montaje y fresado de los mismos . Los embragues de las figuras 6.41A y 6.4113 se emplean para transmitir en ambos sentidos y en conexión rápida . Las fórmulas para determinar sus dimensiones y el reglaje de la pieza son : a =
360-2 z
Y 2
[141
[151
y para los truncados
Fig. 6.40D
Fig . 6.41A
At = H - (g - cotg (3)
[161
Los valores b, At y al se calculan con las fórmulas [101, [111 y [121 . En la figura 6.41C se muestra la disposición del divisor para el fresado de estos embragues . Una variante del acoplamiento de diente trapecial es el de la figura 6 .42A, de características constructivas parecidas a las de diente rectangular . Las fórmulas características son : 360°
[141
a - 2 . z b = h - tgp sen a2 --
1171
b
[181
2r
al=a- a2 g=r , sen al -
[191
1 _b
[201
2
siendo : g = ancho para determinar la anchura máxima de la fresa recta para el des-
baste o vaciado
Empleando el sistema de trabajo que se muestra en la figura 6.4213 el reglaje
de la fresa se hace de manera que : H = R -
b2
(fig . 6 .4213) . El sentido de
trabajo indicado es el apropiado para evitar que el plato se afloje .
Fig . 6.42A unílTi .'I'~' mu
Fig . 6.4j B
Para fresar los flancos se gira la mesa un ángulo í3 (fig . 6.42C) . El reglaje de la fresa se hace de manera que hagan contacto las aristas de las piezas y de la fresa, como muestra la figura . En esta posición, se ajusta el tambor de la fresa a cero, se eleva la mesa hasta que la fresa quede por debajo de la pieza (fig . 6.42B) y finalmente se hace avanzar la mesa en la medida h. Blocadas la mesa y carro transversal, se efectúa el fresado de los flancos diametralmente opuestos . Si se dispone de una fresa trapecial de ángulo igual a 2 (3, se puede hacer el fresado sin necesidad de inclinar la mesa . 183
Fig . 6.41 C
6 .5
Mortajado
Se llama así a la operación de obtener ranuras o perfiles mediante una rramienta de movimiento rectilíneo healternativo, similar al cepillado (fig . 6 .43) . Para realizar este trabajo en la fresadora hay que transformar el movimiento circular del árbol principal en movimiento rectilíneo por medio de un accesorio adecuado . La herramienta debe volver sobre sí misma repetidamente hasta la forma y dimensiones de la ranura obtener 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 6.44A y B se presenta la hembra y el macho de un eje cónico con dientes en forma de V y las fórmulas para su cálculo: z
Cos ag
Fig . 6.43
i
[21
as = 360°
[221
b=C-as
[231
_ 60° al = 3 2z
[241
(3=90-a
[251
zi
tg a4 = Cos al - cotg
y
i
p 1
_C
[261
[271
2
sen aZ = tang a, - cotg y l sen a4
[281
L=RZotga
[291
At = icos a3
[301
siendo : z = número de dientes real zi = número de dientes imaginario correspondiente al perfil complementario C = ángulo del hueco del diente a = ángulo del cono exterior At = altura del diente en la parte mayor b = ángulo de la entalla para la hembra
perfil complementario
Fig, 6.44A 184
Fig. 6.448
En las figuras 6.44C y D puede verse su realización práctica . En la figura 6 .45 se muestran varios trabajos típicos que pueden realizarse 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 en exceso con este tipo de trabajos, para los cuales no está expresamente proyectada .
6 .6
Taladrado y mandrinado
Ya se ha definido y estudiado en cursos anteriores el trabajo de taladrado y las máquinas especialmente diseñadas para realizarlo . En la fresadora también se puede realizar esta operación, si bien la maniobra es más lenta que en aquéllas ; se suele emplear el taladrado como operación previa al mandrinado . El mandrinado quedó definido en el punto 2 .5 diciendo que es la operación por la cual se mecanizan o tornean interiores por medio de herramientas simples, también estudiadas en el mismo apartado . Un caso particular es el llamado punteado o trazado de centros con precisión . Es un trabajo propio de las máquinas llamadas 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 mandrinado de precisión en esos mismos agujeros o bien de otros ya desbastados en procesos anteriores . Para puntear se emplean unas brocas cortas y perfectamente guiadas, semejantes a las que se emplean para hacer puntos de centrado (fig . 6.46) . Para la localización exacta de un punto se emplea, en general, el sistema de coordenadas (tema 2) .
6 .7
Otros trabajos en la fresadora
Ip
~1~~~~UO~III~I .N
Fig. 6.45 Trabajos de mortajado: A, cruz, B, ranura sin salida, C ;` `> engranaje interior D, estriado trían- °" gular,- E, eje nervado.
Como ya se dijo al principio, la versatilidad de la fresadora es tal que prácticamente se pueden realizar en ella todo tipo de mecanizados con mayor o menor productividad . Entre ellos están el tallado de engranajes o ruedas dentadas, el tallado de levas y el fresado de herramientas . Estos tres mecanizados por su gran importancia y por sus particularidades, se estudian por separado en los temas siguientes .
CUESTIONARIO 6.1 Planeado . Tolerancias de medidas, de forma de posición, etc. 6 .2 Planeado con fresa frontal . Peculiaridades, ventajas y proceso. 6.3 Planeado con fresas periféricas. Peculiaridades, ventajas, limitaciones y proceso . 6.4 Planeado en ángulo recto . Casos y manera de resolverlos . 6.5 Fresado de ranuras : con fresas de disco; con fresa de mango . Procesos . 6.6 Fresado de ranuras especiales . 6.7 Fresado de árboles . 6.8 Fresado de acoplamiento de dientes. 6.9 Mortajado en la fresadora. 6.10 Taladrado y mandrinado en la fresadora, 185
Fig. 6.46
EJERCICIOS A REALIZAR Problema 1 Se desea mecanizar las piezas de las figuras 6 .47 a 6 .52 . Determinar : - Las tolerancias de fabricación que se consideren apropiadas de acuerdo con la finalidad de cada pieza . - Los cálculos necesarios para su mecanización . - El material más conveniente . - Los factores de corte, de acuerdo con el material elegido y el tipo de fresa a emplear . - Los sistemas o instrumentos de verificación necesarios . -- Los accesorios que se han de emplear . - El proceso más racional para su fabricación .
Fíg. 6.47
Vgos
55 ± 0,05
luz
E, ~~iAME
Sección A9
25
Fig. 6.48 Fig . 6.49
Sección CD
Fig . 6.50
Fig. 6.51
Fig. 6.52 186
b
Tema 7. Tallado de ruedas dentadas
OBJETIVOS - Ser capaz de hacer el tallado de las ruedas dentadas más usadas . - Saber hacer los cálculos previos y la preparación de la máquina. EXPOSICIÓN DEL TEMA La fresadora universal no es la máquina ideal para tallar ruedas dentadas porque su productividad es muy pequeña comparada con la que se logra en las máquinas dentadoras propiamente dichas . La fresadora universal se empleará para tallar ruedas dentadas cuando se trate de trabajos unitarios o cuando no se pueda disponer de máquinas dentadoras . 7 .1
Ruedas dentadas de módulo
Para el estudio de dimensiones, partes fundamentales y utilización de las ruedas dentadas, como elementos de transmisión, se remite al lector al tema 30 de la Tecnología del Metal 1.2 y al tema 7 de la Tecnología Mecánica 2. 1. En este apartado sólo se recuerdan las fórmulas necesarias para la realización práctica en el taller. 7 .2
Magnitudes dimensionales y datos constructivos 1.
Para engranajes de dientes rectos
- Diámetro exterior. Si la rueda no lleva ninguna corrección, el diámetro torneado debe ser :
Los datos para el fresado que deben aparecer en el plano de taller son: - número de dientes (z) - módulo normal (m) - altura del diente . Para dientes normales
2.
Para engranajes de dientes helicoidales :
- Ángulo de la hélice y sentido (derecha o izquierda para las ruedas helicoidales (ji) 18 7
- Paso helícoidal:
H =
n - d tg (3
d = diámetro primitivo La forma del perfil del diente, si no se especifica nada, se entiende que corresponde a la evolvente de perfil normal para ángulo de presión de 20° . Se recuerda que el perfil normal varía con el número de dientes de la rueda, y que sólo se obtiene la forma correcta, si la fresa de disco coincide con ella, o bien, por medio del tallado por generación con fresa madre, cremallera o engranaje, realizado en los distintos tipos de máquinas dentadoras . 7 .3
Número de la fresa
Cuando se emplean fresas de disco, se necesita una fresa distinta para cada módulo y número de dientes . Esto resulta económicamente prohibitivo y, en consecuencia, se limita el número de fresas a un juego de 8, para cada módulo inferior a 9, y a un juego de 15 fresas para cada módulo mayor . En la tabla 7.1 A se reseñan los números con que van marcadas las fresas y el número de dientes de las ruedas que con cada una se puede tallar . Es natural que, con esta fresa, la forma del hueco de los dientes sea igual para todas las ruedas talladas con la misma fresa; de donde se deduce que, a lo sumo sólo una de ellas tendrá la forma correcta y las demás serán aproximadas . Las ruedas con perfil exacto son las que aparecen en primer lugar, y las otras serán tanto menos exactas Tabla 7 .1 A Juegos de fresas de disco de módulo para tallar ruedas dentadas de dientes rectos y helicoidales Cantidad de dientes de la rueda
N.° de la fresa
1 1 3/2 2 2 '/ 4 2 3 /2 3 3'/ 4 3'/, 3 3 /4 4 4 3/4 4 1 /1 4 3 /4 5 5 3 /4 '/s 5 3 /4 6 6 '/4 6 'li 6 3 /4 7 7 3 /4 7 3 /2 7 3 /4 8
188
Juegos de la cantidad de fresas 8 15 26 (Módulos (Módulo (Módulo 9) >9 > 20) hasta 20) 12 y 13 14- 16 17-20
21 -25
12 13 14 15 y 16 17 y 18 17 y 18 19y20 21 -22 23-25
26-34
26-29 30-34
35-54
35-41 42-54
55- 134
55-79 80 - 134
135 - cremallera
135 - cremallera
5 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 y 25 26 y 27 28 y 29 30y31 32-34 35-37 38-41 42-46 47-54 55-65 66-79 80- 102 1103- 134 135 - cremallera
cuanto más se alejen de la primera . Así, las ruedas fresadas con la fresa n° 5 sirven para ruedas de 26 a 34 dientes y, de ellas, la que resulta de forma exacta, es la de 26 dientes y sólo aproximadas las de 27, 28, . . . 34 dientes . Para ruedas helicoidales no hay que elegir la fresa correspondiente al número real z que tiene la rueda, sino el que corresponde al número de dientes imaginario (fig . 7 .2A), dado por la expresión :
[4j
En los países anglosajones suelen numerarse en sentido inverso : la número 1 es para ruedas de 135 dientes en adelante, y la de 8 para ruedas de 12 y 13 dientes . En la tabla 7 .1 B puede verse la equivalencia a milímetro del sistema inglés diametral pitch . Las ruedas de precisión o que han de girar a gran velocidad, conviene tallarlas por procedimientos de generación, para evitar los errores de forma y división . Para facilitar la elección de la fresa de módulo, en el tallado de ruedas helicoidales, se puede emplear el diagrama de la figura 7 .213 .
Tabla 7.1 B Diametral pitch 1 1 1 2 2 2 2 3 3 4 5 6 7 8 9 10
1/
z 3/4 1/, 1/ i 3 /4 1/
z
Paso Pulgadas
MM
3,141 2,513 2,094 1,795 1,570 1,396 1,256 1,142 1,047 0,897 0,785 0,628 0,523 0,448 0,392 0,349 0,314
79,795 63,837 53,197 45,597 39,397 35,465 31,917 29,016 26,598 22,799 19,949 15,959 13,299 11,399 9,974 8,867 7,981
Módulos ingleses
Módulo
Diametral pitch
25,40 20,32 16,93 14,51 12,70 11,29 10,16 9,24 8,47 7,26 6,35 5,08 4,23 3,63 3,17 2,82 2,54
11 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 36 40 48 60 80
Paso pulgadas 0,285 0,261 0,224 0,196 0,174 0,157 0,142 0,130 0,120 0,112 0,104 0,098 0,087 0,078 0,065 0,052 0,039
I
mm 7,254 6,646 5,700 4,986 4,432 3,990 3,627 3,325 3,068 2,850 2,659 2,494 2,217 1,994 1,661 1,331 0,998
Módulo 2,31 2,12 1,814 1,587 1,411 1,270 1,154 1,058 0,977 0,907 0,847 0,794 0,705 0,635 0,529 0,423 0,317
Fig. 7.2A 189
7.4
Tallado de ruedas cilíndricas de diente recto
Según lo que se acaba de decir, se deduce que el tallado de estas ruedas puede hacerse con fresa de módulo, diente a diente, o con fresa madre por generación simultánea de todos los dientes . 7.4 .1
Fresado con fresa de disco
Fundamentalmente, el proceso es similar al fresado de ranuras equidistantes sobre piezas circulares, descrito en el tema anterior . En este caso las ranuras son los huecos de la rueda dentada, que dan lugar a la formación de los dientes . Para no caer en repeticiones inútiles y a la vez no dejar ningún detalle específico del sistema, se enumeran a continuación las distintas operaciones del proceso : 1.
Preparación de la máquina
- Elección de la fresa. Se elige ésta según el módulo y número de dientes de la rueda a dentar, de acuerdo con la tabla 7 .1 A . Se monta la fresa en su eje correspondiente, procurando que el empuje de avance sea contra el aparato divisor (ver tema 2) . Seguidamente se comprueba el centrado radial y el cabeceo . - Montaje del aparato divisor. Una vez colocado sobre la mesa, se escoge el plato de agujeros y se regula la manivela para que responda a la relación : M
K z
(tema 5)
Si ocasionalmente hiciese falta, se debe montar el sistema diferencial . - Montaje de la pieza. La pieza se monta, ya directamente en el divisor (fig . 4 .40) o, lo que es más frecuente, con un mandril o torneador (fig . 7.3A) . Es muy importante que la pieza quede firmemente unida al torneador, de manera que no pueda deslizarse axialmente y, menos aún, pueda girar sobre sí misma . 190
Comprobar el perfecto centrado radial de la pieza, tanto de la parte exterior como del agujero, así como el cabeceo . - Reglaje de la fresa. Es muy importante el centrado de la fresa respecto a la pieza (fig . 7 .3 B y C) ya que de él depende que el diente quede simétrico Después o no . v por lo tanto atip PI trahain arontahlc ___,_ rpct . .....,..eltp .., ......h . .....w n v nn . .v . Después -!e uui centrar la fresa se bloquea el carro transversal . Para dar profundidad se hace contacto con la fresa sobre la pieza y se coloca el tambor del vertical a cero . Retirada la fresa, se da la profundidad adecuada . Bloquear el carro vertical o ménsula. - Reglaje de la máquina. Reglar el número de revoluciones de la fresa de acuerdo con la relación : n = 1000 v, n , d
Fíg. 7.38
(tema 3)
Reglar el avance : an = aZ - z o bien : amin = az - z - n - Si se va a emplear lubricante comprobar que existe cantidad suficiente en el depósito y que el sistema funciona . - Girar el aparato divisor en el sentido en que se van a hacer las divisiones para evitar posibles juegos, ajustar las alidadas y bloquear el eje principal . 2.
Fig. 73 C
Fresado
- Conectar el motor principal y el equipo refrigerador . - Aproximar la fresa a la pieza y conectar el automático del avance ; dar la pasada (fig . 7 .3 D) y, al salir la fresa, regular el tope disparador del automático . - Retroceder rápidamente a mano o con el retroceso rápido (fig . 7 .3E) . Tal vez sea conveniente hacerlo con la fresa parada, si hay peligro de que la fresa deje marcas en el dentado. - Desbloquear el eje del aparato, girar la manivela y colocar en posición las alidadas . Bloquear el aparato . Conectar el avance y repetir tantas veces como dientes tiene la rueda . - Hechos dos huecos o dientes, comprobar su espesor (ver tema 30 de Tecnología del Metal 1.2) para que no resulte mayor que el teórico . Si es preciso, se hace la corrección en la profundidad de pasada .
Fig. 7 3D
EJEMPLO RESUELTO Problema 1 Calcular los datos para tornear y fresar una rueda dentada de diente recto de z = 38 y módulo 4 . El tallado se realizará en una fresadora de paso del husillo de la mesa 6 mm y constante del aparato divisor 40 .
Fig. 7.3E
Solución:
Para tornear se necesita saber el diámetro exterior de =(z +2)m=(38+2) x4 =160 mm
Para fresar lo primero que se necesita saber es la altura del diente : h=2,25m=2,25x4 =9 mm
eje del divisor
Fig . 7.4
Las vueltas del aparato divisor se calculan así: M 7 .4 .2
K z
- 40 - 20 19 38 1-= 1_38 19 20 40
etc.
Fresado con fresa madre de tornillo sin fin El principio en que se basa el tallado por generación es el de suponer que la rueda a dentar tiene los dientes hechos y que está engranado con la herramienta como si ésta fuera la otra rueda del engranaje (fig . 7 .4) . Bajo estas condiciones de funcionamiento, la fresa se abre camino en la pieza a tallar, generándose el hueco necesario para que el engrane se haga sin dificultad . En la figura 7.5A se muestra el esquema del haz de evolventes como curvas creadas por un haz de tangentes que son los flancos pertenecientes a una cremallera o a un tornillo sin fin de dientes trapeciales que se desplazan en la dirección s. De la figura se deduce que: Pb=p - cosa siendo a = ángulo llamado de presión y que en las ruedas dentadas normales de módulo vale a = 20°.
En la figura 7 .5B se muestra cómo las distintas posiciones relativas del perfil de la cuchilla conforma o crea el perfil de los flancos del diente .
Fig. 7.5A
Fig . 7.58
7 .4 .2 .1
Cadena cinemática para el tallado con fresa madre La figura 7 .6 representa la cadena cinemática de enlace entre el eje portafresas y el eje portapiezas, que en este caso es el eje principal del aparato divisor . Las ruedas de recambio se calculan con la siguiente relación : [4A] 192
en la cual : K = constante del aparato divisor z = número de dientes de la rueda a dentar z, = número de dientes de la rueda colocada en el eje de la fresadora (o el producto de ruedas conductoras) z2 = número de dientes de la rueda colocada en el eje que mueve el tornillo sin fin del aparato divisor (o el producto de las ruedas conducidas) Según el aparato divisor empleado, se colocan una o más ruedas intermedias para que el sentido de giro de la pieza sea el correcto . La deducción de la fórmula [4A] se obtiene con sólo aplicar la ley de transmisión . Según la figura 7 .6, entre el eje de la fresa y el eje de la rueda a dentar, debe cumplirse : zf , nf = z*n
(a]
en la cual : Zf nf z n
número número número número luciones
de dientes o entradas de la fresa ; en general es una de revoluciones de la fresa de dientes de la rueda a dentar de revoluciones de la rueda a dentar e igual al número de revodel eje principal del aparato divisor
Y en las ruedas de recambio debe cumplirse : =
z2
.
ns
En la cual : zi y
2 = ruedas de recambio colocadas respectivamente en el eje de la fresa y en el eje que mueve al tornillo sin fin del aparato divisor n, = número de revoluciones del tornillo sin fin del aparato divisor Z
Además, según el esquema : zR-n=z s . n s siendo z
R = número de dientes de la corona sin fin
De donde : n5 =
zR
n zs
= K - n
fc] 193
13 .
Tecnologia 2.2.
Máquinas Herramientas
ya que
(constante del aparato divisor) De la [a] se tiene
sustituyendo este valor y el de [c] en [b] resulta : z, . z ~ n
= z 2
.
Zf
K . n
simplificando y despejando : [4 B] En general la fresa es de una sola entrada, es decir, que zf = 1 y, por tanto, la fórmula [4B] queda reducida a la [4A], escrita anteriormente, y que era lo que se quería demostrar . En las fresadoras de cabezal universal, la fresa se monta en el extremo de dicho cabezal . Con frecuencia la relación entre el eje de salida y el de entrada no está en la relación 1 : 1 . Así, en el de la figura 7.7, sabiendo que los subíndices son los números de dientes de cada rueda, se tiene: R
Fig. 7. 7
=
Z20 ' Z26
= 20 x 27 zz 0,903 01 26 x 23
Z27
' Z23
y, por tanto, entre el eje n, de la fresa y n, de la máquina existe esa misma relación : n1 n
R -_
y
nf = n, R
Volviendo a las relaciones anteriores : nf = z n [a] z, n, = z2 ns [b'] ns = K n [c]
relación de generación relación de transmisión en las ruedas de recambio relación de aparato divisor
zf
Sustituyendo en [a] el valor de n, se tiene : Zf'
n -'
R
=z-n
[a']
Despejando n, resulta: z - n - R zf valor que llevado a [b'], juntamente con el valor de ns de [c], se obtiene : zi 194
z~n~R Zf
=z2 - K-n
Simplificando y despejando se tiene finalmente K .
_z l z2
Si R = 1 7 .4 .2 .2
y zf =
-
z
zf
[4c]
R
1, casos frecuentes, la [4C] se transforma en la [4A] .
Fases para el fresado con fresa madre
Las fases para el fresado de ruedas dentadas con fresa madre serían éstas: 1.
Preparación de la máquina
- Montaje del aparato divisor especial. Este aparato suele ir equipado con un sistema de ruedas de recambio con las cuales se enlaza el eje del aparato y el husillo de la mesa (fig . 7 .6) . Para no tener que desengranar las ruedas en la maniobra manual de la mesa, suele llevar un embrague de dientes (fig . 7.6) . Estas ruedas de recambio deben proporcionar un avance adecuado para que el espesor de viruta cortado no resulte excesivamente pequeño, ni demasiado grande . Como la rueda va girando, cada vuelta entera que da, presenta el diente tal como quedó en la anterior y, por tanto, la pieza debe avanzar contra la fresa un valor : a n = az .
zf
siendo : a, = avance por diente de la fresa (0,1 mm) zf = número de dientes de la fresa que suele ser de 9 a 14 El husillo de la mesa deberá dar, para cada vuelta de la rueda a dentar, nh vueltas; o sea :
siendo : h = el paso del husillo en las mismas unidades de a Como debe cumplirse la ley de transmisión se tiene: zd '
nd = zh ' nh
Despejando y sustituyendo los valores de [A] y [B] : z d= zh
nh nd _zd zh
= h 1
-
=
az-zf
h
aZ - zf
h
en la cual : zd zh
= número de dientes de la rueda colocada en el eje del divisor. Suele ser siempre la misma número de dientes de la rueda colocada en el husillo de la mesa
Como se desprende de la fórmula, el avance sólo depende del avance por diente de la fresa, del número de dientes de ésta y del paso del husillo de la mesa ; no influye para nada el número de dientes de la rueda a dentar . Si el aparato no lleva esta posibilidad habrá que seleccionar el avance de la mesa con este mismo criterio . 195
EJEMPLO RESUELTO
Problema 2 Calcular las ruedas de recambio para la división automática y para el avance, si se ha de fresar una rueda de acero de dientes rectos de z = 60 y m = 3 . Se emplea una fresa madre de una entrada y de 12 dientes, un aparato divisor de K = 40 y una rueda para el automático de avance z d = 24 . El husillo de la mesa tiene 6 mm de paso . Solución: 1.
Tren de división . Aplicando la fórmula 14A1 : z,
_ K _
2.
40 60
z
zz
_ 2 3
_
20 _ 30
60 90
etc . . . .
Tren de avance . Aplicando la fórmula 15) : h
zh
En la cual az se puede tomar 0,1 mm, z f = 12 y h = 6 mm Sustituyendo estos valores en la fórmula se tiene zd
__
0,1 x 12 6
zn
_
1,2 6
_
12 60
_
24 120
Si no se dispone de la posibilidad de montar este tren y la fresadora tiene el sistema de avance en mm/vuelta del eje principal, el avance habrá que seleccionarlo de la siguiente manera : Para una vuelta de la pieza el avance debe ser de : a = a,-z f =0,1 x 12=1,2mm Pero para que la pieza dé una vuelta, la fresa debe dar 60 vueltas ; por tanto, el avance por vuelta de la fresa será : a" _ 60
1-2 60
= 0,02 mm/vuelta de la fresa
Como se ve, resulta muy pequeño y seguramente no dispondrá la fresadora de él . Habrá que avanzar a mano o bien conectando el automático con intermitencias de manera que se aproxime al avance teórico .
El aparato quedará montado al unirlo al tren de división ?' Z2 ble cardán y el eje telescópico .
por medio de la unión do-
2 . Montaje de la fresa . La fresa se monta generalmente en un árbol portafresas largo provisto de chaveta entre dos soportes lo más próximos posible .
Fig. 7.8A
3. Montaje de la pieza. La pieza se monta normalmente entre el punto del aparato divisor y el del contrapunto . Como quiera que la pieza ha de girar de una manera continuada, aunque lenta, y los esfuerzos de corte son considerables, habrá que engrasarlos previamente con grasa consistente . El arrastre también hay que asegurarlo, para que no se produzca ningún deslizamiento ni se obstaculice la carrera de la fresa . Para que la fresa no talone hay que inclinar la mesa (fig . 7 .8A) o el eje del cabezal (fig . 7 .8 B) de modo que la hélice de la fresa quede alineada con la dirección de los futuros dientes . El ángulo ¡i en que hay que inclinar la mesa, viene grabado en la fresa madre y, si no fuera así, se calcula a partir de su diámetro exterior, por la fórmula : f
(d e - 2,5 m n ) en la cual : (i = ángulo de la hélice de la fresa con la perpendicular al eje de = diámetro exterior de la fresa m = módulo normal zf = número de entradas de la fresa
Fig. 7.88 196
Una vez inclinada la mesa se centra la fresa aproximadamente . Como quiera que los dientes centrales trabajan más que los extremos, puede paliarse en parte este inconveniente colocando la fresa descentrada, unas veces hacia un lado y otras hacia otro . Para dar la profundidad de pasada, se pone en movimiento la máquina y se aproxima la fresa hasta que haga contacto ; en ese momento se pone a cero el tambor del husillo vertical . Es conveniente que dé, al menos, una vuelta com pleta la rueda a dentar y así se puede comprobar, por una parte, el centrado de la periferia y, por otro, si la división es correcta, ya que es muy fácil contar las ligeras señales que deja la fresa. Finalmente, se hace retroceder la fresa, se da la profundidad de pasada y se bloquea el carro vertical y el transversal . 4.
Fresar
- Se conecta la máquina, prevío ajuste a las revoluciones necesarias, y el sistema de lubricación, si procede . - Se aproxima la fresa a la pieza y se conecta el sistema de avance . - Se deja salir completamente la fresa de la pieza. - Se para la máquina y se desmonta la pieza . Nunca debe retrocederse la fresa sobre la pieza si antes no se ha quitado la pasada . En la figura 7 .9 se muestra una fresadora universal haciendo un dentado con fresa madre .
Fig. 7. 10A
7.4 .2 .3
Ruedas de cadenas
El tallado de estas ruedas se hace igual que las ruedas de diente recto . El cálculo teórico de las dimensiones puede verse en el apartado 7.7 de Tecnología Mecánica 2.2 Máquinas Herramientas . La finalidad de la operación consiste en ejecutar ranuras iguales y equidistantes, perfiladas mediante fresas adecuadas, con el fin de obtener ruedas dentadas para cadenas de rodillos y silenciosas . 1 . Características de las ruedas dentadas para cadenas. Los datos constructivos de las ruedas dependen de los relativos a la cadena . Las cadenas utilizadas para la transmisión del movimiento continuo entre dos ruedas son las articuladas de rodillos simples (fig . 7.10A y B) o gemelos (fig . 7 .10C), y también las silenciosas, constituidas por plaquetas en forma de doble triángulo (fig . 7.10D), unidas y articuladas por medio de pernos y bujes. Las cadenas y los rodillos pueden ser simples, con una sola hilera de rodillos, o con dos o tres hileras de rodillos (fig . 7.10E) . Las dimensiones de las cadenas dependen del paso entre un elemento y el sucesivo, que generalmente se expresa en pulgadas .
Fig. 7. 108
Fig. 7.10C
Fig . 7. 10E
2.
Fig. 7. 10D
Elección de la fresa A) Para cadenas de rodillos simples. Las cadenas de rían de perfil según el número rodillos simples vade dientes (fig . 7,10F), y en su construcción se utiliza una serie de cinco fresas, a saber: n° 1, para ruedas con z de 8 a 9; n° 2, para ruedas con z de 10 a 11 : n° 3, para ruedas con z de 12 a 16; n° 4, para ruedas con z de 17 a 29 ; n° 5, para ruedas con z de 30 en adelante . B) Para cadenas de rodillos gemelos. Para la construcción de rodillos gemelos se utiliza una de cadenas fresa de la forma indicada en la figura 7.10 C, cuyo perfil varía con el paso y el número de dientes de la rueda. C) Para cadenas silenciosas . Las cadenas silenciosas con los costados inclinados tienen un perfil simétricos y rectilíneos (fig . 7 .10D), ligeramente chaflanados en los vértices . Para su construcción se emplean a las de la figura 7 .10G . Sus fresas similares dimensiones varían con el número de dientes de la rueda por tallar .
Fig . 7. 10 F Perfil de las fresas para rueda de cadena . 1, de 9 a 12 dientes; 2, de 13 a 19 dientes; 3, de 20 dientes en adelante .
3.
1 . Elegir la fresa adecuada, y montarla bien centrada sobre el eje sas, con el soporte lo más portafrecercano posible . 2 . Colocar el divisor sobre la mesa de la fresadora, y el mandril portaengranajes, entre las puntas del divisor . 3. Determinar los factores de corte, y poner a punto el visión de la rueda por tallar . divisor para la di4. Centrar la rueda con el eje de la fresa (fig . 7 .10H). 5. Rozar el engranaje con la fresa en movimiento, y bloquear versal . el carro trans-
Fig . 7. 10 G
Fig . 7, 10H
Método de trabajo
6. Efectuar la prueba práctica de la división . 7. Levantar la mesa de un valor igual al diámetro del rodillo, bloquear el carro vertical, y ejecutar el primer diente (fig . 7 .101) . 8. Fresar el segundo vacío, diametralmente opuesto al primero Si el número de dientes fuese (fig . 7 .10J). impar, se fresa el más próximo al ra 7.10K) . opuesto (figu9. Colocando dos rodillos de diámetro igual a los de la cadena en los vacíos terminados, medir el diámetro exterior con el micrómetro (fig . 10 . Si es necesario, efectuar 7 .10J y K) . las oportunas correcciones, y proceder al fresado de todos los vacíos .
Centrado y contacto .
Fig. 7. 10/
Nota . El control del diámetro finas (fig . 7 .10K). Ésta es la medidainterno se puede efectuar con un calibre de puntas más importante en este tipo de ruedas .
Fig . Z loj
Fig . 7 10K
EJEMPLO RESUELTO Problema 3
Calcular una rueda de cadena de rodillos gemelos, siendo 20 mm la distancia entre los centros de los pernos de un eslabón, 12 mm la distancia entre los centros de los rodillos gemelos, 10 mm el diámetro de los rodillos y 40 el número de dientes. Solución :
Aplicando las fórmulas 35 y 40 del apartado 7.7 .1 .3 de Tecnología 2.1 : a
t9 (f =
- 180 0 - 180 0 = 40 30' z 40
sen a _ B + cos a A dP =
A sen j3
sen 4° 30' = 0,0491 = 2° 50' 12 + cos 4° 30' 20 =
20 = 405 mm sen 2° 50'
Para verificar la rueda una vez terminada : d;=dp -10=405-10=395 mm d e = dp + d = 405 + 10 = 415 mm para dientes pares 7.5
Tallado de ruedas cilíndricas de diente helicoidal
Lo mismo que las ruedas de diente recto, las de diente inclinado o helicoidal se pueden tallar con fresas de disco o con fresa madre. Como es sabido, una rueda helicoidal es aquélla cuyos dientes son segmentos de una hélice de paso H (fig . 7.11 A) . También puede compararse a un sector de un tornillo de varias entradas, de paso H, cuyos filetes son los dientes de la rueda . Se emplean principalmente para transmitir el movimiento entre árboles que se cruzan, aunque también sirven en el caso de árboles paralelos. Un engranaje helicoidal tiene un elevado grado de recubrimiento, desde luego superior al dentado recto, lo que se traduce en una mayor capacidad transmisora y en una marcha más suave y regular. Sin embargo, la inclinación del diente produce una componente axial de la fuerza de empuje que debe ser absorbida por rodamientos axiales, lo cual obliga, casi siempre, a montajes más costosos y complicados. Los esfuerzos axiales pueden equilibrarse empleando ruedas dentadas de doble espiral . - Paso normal y paso circunferencial. En estos engranajes, el paso o distancia entre dos dientes consecutivos, puede tomarse de dos maneras : perpendicularmente al eje o perpendicularmente al diente; en el primer caso el paso se llama circunferencial o aparente y en el segundo, normal (fig . 7.11 B) . La relación entre ambos se puede establecer fácilmente a partir del triángulo contenido en la figura citada : Pn Pl~
= cos
Como se sabe, el módulo de una rueda dentada es el cociente de dividir el paso por n. Por lo tanto, el módulo correspondiente al paso circunferencial es el módulo circunferencial y, por extensión, el correspondiente al paso normal es el módulo normal . - Paso helicoidal y ángulo de inclinación . El paso helicoidal H es el paso de la hélice que genera los dientes de la rueda y el ángulo de inclinación (3 es el que forma el diente con el eje de giro de la rueda (fig . 7.11 C) . Las fórmulas que permiten el cálculo dimensional de estos engranajes se encuentran en el Tema 7 de la Tecnología Mecánica 2.1 Máquinas Herramientas . 199
H
Fig. 7. 11 A
Fig. 711B
Fig. 7. 11 C 7.5 .1 1.
Fresado con fresa de disco
Preparación de la máquina
- Elección de la fresa.
Según el módulo y el número de dientes imaginario z
se determina el número de la fresa en la tabla 7.1 A. El montaje de la fresa se hace igual que para las ruedas de diente recto. En algunos casos, para inclinaciones muy grandes, puede ser que haya que colocarla en el extremo del árbol para que la mesa no toque en la columna de la máquina . Si se emplea el cabezal universal tipo Huré o el de platinas perpendiculares, el montaje se hace al aire (ver tema 1) . 2 . Colocación del aparato divisor. Hay que colocarlo en el extremo de la mesa para enlazar el eje que mueve al plato de agujeros (fig . 1 .10A y tema 5) con el husillo de la mesa por medio del tren de ruedas calculado con la fórmula [4) (tema 5) : zZ
H
en la cual : z, = rueda colocada en el husillo de la mesa zz = rueda colocada en el aparato divisor y las intermediarias necesarias para que el eje del divisor gire en el sentido de la hélice . Preparar el disco de agujeros según la relación : K M = - ([21 del tema 5) z 3. Disposición de la mesa. Inclinar la mesa (fig . 1 .10 B) o el árbol del cabezal para que el eje portafresas quede con la inclinación (3 respecto al de la rueda a dentar . Si se emplea cabezal Huré las fórmulas para la inclinación son : sen
á = 2
(90 - ó) =
sen ! 2 sen a
([31) del tema 1) ([41 del tema 1)
Naturalmente, tanto si es la mesa como el eje portafresas, hay que dar la inclinación en un sentido u otro, según sea a derecha o izquierda el sentido de la hélice (figs. 1 .10C y D) . 4. Montaje de la pieza. Generalmente la pieza se coloca entre puntos . Durante el trabajo la pieza debe girar sobre el punto fijo ; por consiguiente, el apriete no debe ser excesivo y además habrá que lubricarlo . 5 . Reglaje de la fresa. Una vez montada la fresa hay que centrarla respecto a la pieza . Para ello se pone en marcha la máquina y se va aproximando la fresa a la pieza subiendo el carro vertical . Para que el contacto se haga en la 200
parte más alta se mueven alternativamente el carro vertical y se desplaza el transversal . En el momento que se haga un leve contacto, al desplazar el transversal, esa será la posición exacta para la fresa. En ese momento se bloquea el carro transversal, se coloca el tambor del vertical a cero y se retrocede la pieza hasta que la fresa quede libre para dar la pasada . Esta operación se realizará mejor con la fresa parada . Hecho esto se toma la profundidad de pasada : h = 2,25 m . Se gira el aparato divisor como para pasar a otro diente . En este caso recordar que como el eje debe girar durante la operación no hay que bloquearlo . También debe quedar libre el plato de agujeros para que al girar arrastre la manivela . 6. Reglaje de las velocidades de corte y avance . Si se ha de refrigerar, comprobar la cantidad del refrigerante y el funcionamiento del sistema y colocar las palancas de la velocidad y avance previamente determinadas . 7. Fresar. Aproximar, a mano, la fresa contra la pieza. Al hacer contacto, conectar el automático, y regular el tope de disparo para que la fresa salga completamente de la pieza . 8. Retroceso de la mesa . Esta operación es de gran importancia y puede hacerse de dos maneras distintas, a saber:
- Primer procedímiento. Se para la fresa y se inicia el retroceso a mano, observando atentamente la posición de la fresa que, seguramente, no coincidirá exactamente con la ranura abierta. Si la diferencia es pequeña, tal vez pueda salvarse girando la fresa a mano y colocándola en una posición favorable; es decir, que el hueco entre diente y diente de la fresa quede en la vertical . Si en esta posición no roza con los flancos del vano, se lleva a cabo el retroceso . A continuación se hace la división en el aparato divisor y se repiten las pasadas y retrocesos en la misma forma hasta el último diente . - Segundo procedimiento . Cuando el procedimiento anterior no sea posible, porque la fresa se desplaza mucho debido al juego en la cadena cinemática, al finalizar la pasada se procede de la siguiente forma :
A. Se desbloquea el carro vertical . B. Se baja la ménsula una o dos vueltas completas . C. Se retrocede la fresa ; ya no hay peligro de que la fresa toque a la pieza . D . Se vuelve a dar la profundidad de pasada . Para que esta operación sea más fácil, antes de bajar la ménsula, se pone el tambor a cero y así se puede volver con seguridad a la posición primitiva . Dada la importancia de esta operación, que influye directamente en el espesor del diente, es aconsejable colocar un comparador de reloj en la mesa antes de desbloquear el carro vertical y, al volver a bloquearlo, el comparador debe estar en la misma posición . E. Se hace la división . F. Se da la nueva pasada y se repite el ciclo hasta terminar con el último diente . EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 4
Se dispone de una fresadora cuya mesa tiene un husillo de 5 mm de paso, y un aparato divisor de constante 40 . Se debe tallar una rueda dentada helicoidal de 26 dientes, módulo normal 2,5 y ángulo helicoidal 30° . ¿Qué cálculos se deben hacer y cómo hay que disponer la operación, si el tallado se realiza con una fresa modular de disco? Solución : Se hallará, en primer lugar, el diámetro primitivo.
d =
z-m cos ¡3
_
26x2,5 cos 30°
= 75,05 mm
El diámetro exterior de = d + 2 m = 75,05 + 2 x 2,5 = 80,05 mm medida que servirá para tornear el engranaje. 20 1
Se hallará también la profundidad del diente para el fresado At = 2,25 x 2,5 = 5,625 mm
A continuación se necesita el paso helicoidal para el tallado de la hélice : H=
n
d
- 3,1416 x 75,05 _ 3,1416 x 75,05 = 408,4 t9 30° 0,57735
tg l1
Halladas las dimensiones del engranaje, se pasa a los cálculos de la fresadora. La fresa que hay que emplear dependerá del número de dientes imaginarios : ~ 40 dientes Z' cosa ¡1 - cosa 30° - 0,8663 0,6495 Se deberá escoger, pues, la fresa n° 6 que corresponde de 35 a 54 dientes (tabla 7 .1) . Para el cálculo del disco de agujeros del aparato divisor se tiene: K _ _ 40 _ 20 Z 26 13
7 13
21 , etc. 39
Se pasará a continuación a calcular las ruedas que se han de colocar en la lira : ZI Z2
= K
H
h _ _ 40 x 5 _ 200 _ 2000 _ 500 408,4 408,4 4084 1021
al ser el número 1021 primo se deberá emplear un paso aproximado, acudiendo a las fracciones continuas
_ 0 _ 1 2 47 1 0 . 1 ; 23
49 243 24 ' 119
Tomando la reducida 49/24 e invirtiéndola, resulta: ?3 z2
1021 500
= 24 - 3 x 8 - 24 x 24 - ruedas de la parte de la mesa 49 7 x 7 28 x 42 - ruedas de la parte del divisor
7.5 .2
Fresado de ruedas helicoidales con fresa madre Como se acaba de ver, la operación de fresado de ruedas helicoidales con fresa de disco, resulta entretenida y lo que es peor, no es fácil obtener ruedas de calidad aun empleando las mejores técnicas . Las razones son : 1 ' El perfil de la fresa, como se dijo para las ruedas de diente recto, no es casi nunca exacto . 2' Por el sistema o proceso de división y maniobra difícilmente quedarán todos los dientes iguales. Estos defectos pueden evitarse empleando el sistema de generación o tallado con fresa madre.
Según se deduce al examinar la figura 7.11 D, la relación ?' para estos z2 casos debe ser tal que no sólo produzca el número de dientes de la rueda deseada, sino que ha de generar la hélice durante el tallado . Para ello hay que hacer que la rueda gire la fracción de vuelta ± x mientras la fresa avanza en el valor a.
Fig. 7. 11 D 202
Como se muestra en la figura 7.12, el valor de x será positivo cuando la fresa y la pieza tengan la hélice en el mismo sentido (las dos derechas o las dos izquierdas), y será negativo, cuando las dos hélices sean de distinto sentido (una derecha y otra izquierda) . Supóngase que la fresa es de una sola entrada, la rueda a fresar tiene z dientes, el aparato divisor de constante K y que, por cada vuelta de la rueda a fresar, la mesa avanza en una magnitud a. En una rueda que tuviera una longitud igual al paso helicoidal H (fig . 7.13) para que la fresa pasase del punto A al B, la pieza debería dar
(+l Fig.
7 12
I-I
(-1
H ± 1 vueltas. a
(+
Correcciones de giro según el sentido de la hélice.
Fig . 7.13
Re/ación entre avance axial y giro .
H . Z vueltas .
Mientras tanto la fresa dará
a Por tanto, la relación de vueltas entre la pieza y la fresa es :
a Mientras tanto, la relación entre la pieza (eje del divisor) y el tornillo sin fin
es K; es `decir, que el eje del tornillo sin fin debe girar K (
H ± 1) vueltas . De
a donde la relación de transmisión en las ruedas de recambio será : zi
.
zl =
.
( a
z2 . K(
a
±
11
y, por tanto :
H - . z a
z2
simplificando: _z, _ z2
K(H±a) H - z
(7 A]
Si la fresa tuviese zf entradas, la fórmula sería : z,
z2
__
K-zf(H±a) H
z
[7 B]
Y si la fresa estuviera montada en un cabezal similar al de la figura 7 .7 y cuya relación entre el eje de fresa y el de la fresadora fuese R, se tendrá la fórmula general : zl z2
- -K -
-
-zf ( H ± a) H - z -
f7 C]
203
Como se ve, estas fórmulas son similares a las [4A] [4B] y [4C], desarrolladas para las ruedas dentadas rectas . Para que la cadena cinemática quede completa, hay que enlazar el eje del divisor con el husillo de la mesa según la siguiente relación :
En la figura 7.14 se muestra la cadena cinemática completa . Así como en el tallado de las ruedas de diente recto el avance podía ser continuo o intermitente, en el tallado helicoidal el avance debe ser continuo, de manera que no debe utilizarse el embrague de dientes que suele llevar el aparato divisor y habrá que asegurarse de que no se puede desembragar durante la operación .
Fig. 7. 14 7 .5 .2 .1
1.
recto .
Fases para el fresado con fresa madre Montaje de la fresa . Igual que se explicó para las ruedas de diente
2. Montaje del aparato divisor. Exactamente igual que para ruedas de diente recto, colocando las ruedas de división y las de avance, calculadas según las fórmulas anteriores . Comprobar que las ruedas intermediarias en uno y otro tren producen el sentido de giro deseado.
3.
Inclinación de la mesa o del cabezal universal. Como se dijo para el dentado recto, la fresa debe colocarse de manera que no talone en los dientes que se van obteniendo . Si se llama a al ángulo de la hélice de la fresa y (i al de la hélice de la rueda a fresar, el ángulo de inclinación de la mesa y respecto al eje de la máquina será (fig . 7.15) para los varios casos posibles de acuerdo a la tabla 7.16 .
Así, si se tiene que fresar una rueda de 25° derecha con una fresa de 4° 13' derecha, la inclinación del ángulo y valdrá : y=a+(3=25° +4° 13'=29° 13' Si la fresa fuese izquierda : y = a-(3 = 24 0 60'-4° 13' = 20 0 4T 204
Fig. 7.15 Tabla 7.16 Fresa
Rueda Derecha
Izquierda
Derecha y= f3+ a
Izquierda
Cuando haya duda en el proceso a tallar, lo mejor es actuar de la forma siguiente : Se inclina la mesa o el cabezal a la derecha o a la izquierda, según los casos, el valor a para hacer que la hélice de la fresa que va a hacer contacto con la pieza quede en la misma dirección del eje de la pieza (como para tallar una rueda de diente recto) y, a' partir de ahí, se inclina a derecha o izquierda la inclinación de la hélice de la pieza. Los otros reglajes y maniobras son exactamente iguales al tallado de ruedas rectas . Hay que tener en cuenta que el avance, una vez iniciado el tallado, debe ser constante y sin interrupciones .
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo
5
En una fresadora universal cuyo husillo mide 6 mm de paso, dotada de un divisor de constante 40, se quiere fresar un piñón helicoidal de 30 dientes, módulo 3 y paso helicoidal de 558 mm tallado a la izquierda. La fresa madre utilizada tiene la hélice a la iz quierda, una entrada y un ángulo de 3° 30' . El avance de la mesa por vuelta del piñón es de 2 mm . Calcular . - El tren de ruedas necesario para hacer la división de los dientes. - El tren de ruedas para obtener el avance . - La inclinación de la mesa .
205
Solución: z,
_ _
z2
K (H + a) H' z
40 (558 + 2) 558 x 30
_
40 x 560 558 x 30
_
40 x 280 _ 32 x 35 279x 30 31x 27
32 x48 x40 31 x72 x24
tg Í3
= n
H
. d = n H
z - m" cos ¡3
_zd
__ _a
zh
h
sen ¡3 =
_ _ 2 _ 24 6 72
n ' z ' m _ 3,14 x 30 x 3 --- = 0,506; ¡i = 30° 26' H 558
y=a+¡3=300 30'+30°26'=33°56'
7 .6
rÚ ÍIrÍ`l%'! Fig . 7. 17
Fig. 7. 18 Diferentes tipos de visinfines : A, cilíndrico y rueda helicoidal; B, cilíndrico con rueda cóncava ; C, tornillo visinfín globoidal.
Un visinfín o tornillo sin fin es un tornillo de una o varias entradas, puesto de tal modo que pueda engranar discon una rueda dentada o de visinfín (fig . 7.17) . Los ejes de la engranaje rueda y el visinfín generalmente se cruzan en ángulo recto. Puede considerarse el sistema de visinfín-rueda como un caso particular de engranaje entre dos ruedas helicoidales, una de las cuales tiene uno o muy pocos dientes . Sin embargo, para el mejor funcionamiento se puede modificar algo la forma del visinfín o la rueda, y, de este modo, se da lugar estas tres combinaciones (figs . 7 a una de .18A, B y C) . Il? Engranaje de visinfín cilíndrico con rueda cilíndrica helicoidal . 2° Engranaje de visinfín cilíndrico con rueda de diente cóncavo . 3° Engranaje de visinfín globoidal '. El primer caso es un caso particular de los engranajes helicoidales . bargo, el visinfín y la rueda presentan Sin empoca superficie de contacto y por ello sólo valen para pequeñas potencias . En el segundo caso, los dientes de la rueda se hacen curvos, con en el eje del visinfín . Esta forma consigue centro que el contacto entre la rueda y fín sea mucho mayor y, por tanto, se el visinpueden transmitir potencias mucho mayores. La limitación de los dientes se hace corrientemente como se ve en la o bien como en la figura 7 .19 B . figura 7 .19A En el tercer caso, la forma que se modifica es la del visinfín, se adapte a la de la rueda . Da haciendo que mucho contacto entre los dientes, pero se utiliza poco, salvo en la dirección de los automóviles, por ser su construcción sólo con máquinas especiales . factible 7.6 .1
Fig . 7. 19 Formas de la rueda : A, achaflanada; B, centros redondeados .
Rueda y tornillo sin fin
Empleo de los engranajes de visinfín . Relación de transmisión
Un tornillo sin fin puede considerarse como un engranaje cuyo número dientes coincide con el de entradas o de hilos del tornillo . Como éste es muy escaso, la relación de transmisión siempre z,/z 2, es, en general, muy pequeña, que traducido en términos vulgares lo significa que el sin fin debe dar muchas vueltas para que la rueda gire una revolución completa . De ahí el empleo de este mecanismo para transmitir el movimiento de árboles veloces a árboles lentos, instalando el visinfín como muy elemento conductor y la rueda como elemento conducido . El mecanismo de visinfín debe estar muy bien ejecutado y disponer de cación abundante porque trabaja por lubrirozamiento ; aún así su rendimiento es bajo . El movimiento sólo puede transmitirse del sin fin a la rueda y no al revés, menos que el ángulo de la hélice a sea menor que el ángulo de rozamiento . Como consecuencia de su particular forma de trabajo, el visinfín está sometido a fuertes presiones axiales que suelen recibirse en cojinetes de bolas de rodillos cónicos (fig . 7 .20) . o
Fig. 7.20
' 206
Llamado también de tornillo hiperbólico .
7.6 .2
Material
Como los engranajes de visinfín tienen mucho rozamiento, es importante el material que se emplea y el acabado de las piezas, sobre todo del visinfín . El visinfin se hace de acero, y si la pieza es de alguna responsabilidad, de acero cementado, templado y rectificado . La rueda se hace generalmente de bronce al menos dientes y corona y, algunas veces, de fundición . 7 .6 .3
Forma del visinfin
El visinfín correspondiente al sistema de evolvente es un tornillo (a derechas o a izquierdas) cuyo filete tiene forma trapecial. El ángulo de los flancos es el doble del ángulo de presión normalmente de 40° y de 29° o 30° en los antiguos . No se piense, por ello, que la forma del filete es igual a la de la rosca trapecial ACME o DIN, pues varían el paso y la altura del filete, como se ve en las figuras 7.21 A y B . El diámetro total dt del visinfín se toma en las ruedas de dientes cóncavos igual al diámetro exterior de la fresa madre que servirá para tallar la rueda, disminuido en 0,5 - mn', o sea, en el doble de la holgura en el fondo del diente (fig . 7 .22) . Observaciones. Si hay libertad para fijar las dimensiones del visinfín, conviene darle un diámetro total de unos 15 módulos. En las ruedas de diente recto no hay relación alguna entre el diámetro de la fresa y el del visinfín y éste se elige arbitrariamente o según la distancia entre centros . 7.6 .4
Fórmulas referentes a los engranajes de visinfín
Se dan aquí las fórmulas necesarias para el tallado sin desarrollar el cálculo completo ya que se hizo en el apartado 7.11 .4 de Tecnología Mecánica 2.1 . Se supone que, cuando el fresador deba tallar algún engranaje de visinfín, en el dibujo deben estar ya calculadas las dimensiones más importantes o que se presten a diversas soluciones . Las fórmulas más empleadas son las que siguen . No se procederá a su deducción, por ser semejantes a las de los engranajes helicoidales, de las cuales son un caso particular .
Fig. 7.21 Proporciones delperfil de rosca en un visinfín : A, para ángulo de presión a = 20', B, para ángulo de presión 15°.
Fórmulas comunes a tornillo y rueda
diámetro del visinfín
mn - z, [sen (3 = dp m = C _
son :
[101
mn cos ¡f
[111
Dp +d p
[121
2
Las proporciones del filete para engranajes normalizados de 40° (fig . 7.21 A), Ángulos de los flancos a=40° Profundidad del filete
rh
-2,25
I
[1 A1
mn1]
[2 A1
Anchura en el fondo del vano gf=0,66m,
1
[3 A]
' O en 0,32 m, para engranajes no normalizados antiguos 207
Fig. 7.22
Ancho en la parte externa del vano 2,30 - mr,
[4 A:
Las proporciones del filete para el ángulo de 30° antiguo, son (fig . 7.21 B) ; Ángulo de los flancos
-30-~
[1 B]
Altura del filete h = 2,16
z
[2 B]
Anchura en el fondo del vano 9r
[3 B]
Anchura en la parte exterior del vano : 2,11 - m~
[4B]
Para el tornillo : [13] dp = dt - 2 m
[141
DP =my z2
[151
D9 =D p +2m
[161
Para la rueda:
El diámetro total máximo (Dt) dependerá del tipo de rueda . En estas fórmulas : h gf (3 m z, d mc C DP H, zZ D9 D,
= profundidad del diente = anchura en el fondo del diente = ángulo de inclinación de la hélice del tornillo y de la rueda = módulo normal = número de entradas del tornillo sin fin = diámetro primitivo de tornillos visinfín = diámetro exterior del tornillo visinfín = módulo circunferencia¡ o aparente = distancia entre centros = diámetro primitivo de la rueda = paso helicoidal del visinfín (avance por revolución) = número de dientes de la rueda a tallar = diámetro exterior de la rueda tomada en el plano medio de la garganta = diámetro exterior máximo de la rueda
Observaciones. En los engranajes de diente cóncavo el diámetro primitivo DP y el total Df no son los mismos en el centro que en los bordes (fig . 7 .23); se entiende en estas fórmulas que el diámetro primitivo es el que corresponde al plano medio de la rueda; al diámetro total en el plano medio de la rueda se le denomina diámetro de garganta Dg. El ancho de la rueda B se toma de 6 a 10 módulos según los casos. Normalmente no se toma como dato el ángulo ¡3 y se deduce el diámetro del visinfin, sino viceversa . 208
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 6 Calcular las dimensiones de una rueda y su tornillo visinfín con los siguientes datos: z, = 40; z, = 1 ; m = 4; diámetro de la fresa visinfín de que se dispone, 60 mm . Solución : 1.
Cálculo de las dimensiones del tornillo visinfin - Diámetro exterior del tornillo sin fin: d,=60-(0,5x4) =58 mm Diámetro primitivo : dp =d,-2m =58- (2x 4) =50 mm Altura del diente : h=2,25x m =2,25x 4=9mm Ángulo de inclinación (3 de la hélice: m z, sen (3 = dp
= 4 x 1 50
= 0,08 ; luego ¡f = 4e 35'
Módulos circular o aparente : m`
4 4-0128 0,9968 =
cos (3
- Paso de la hélice : H, 2.
= Ti -
m, - z, = 3,1416 x 4,0128 x 1 = 12,6066
Cálculo de las dimensiones de la rueda - Diámetro primitivo: Dp = mr
« zZ =
4,0128 x 40~ 160,51 mm
- Diámetro de la garganta: D9 = mn - zZ
+
2m,, = 160,51 + (2 x 4) z 168,50
El diámetro Dt y demás datos para tornear la rueda suelen venir acotados en el plano del taller . - La distancia de centros es muy interesante para poder verificar la pieza sobre la misma máquina antes de quitarla, y es igual a: C _ Dp + dp - 160,51 + 50 = 105,26 mm 2 2
Fig. 723
- El radio de la garganta (fig . 7.23) es igual a: r=
7 .7
2
__mn =
-4=21 mm
Tallado de ruedas helicoidales para tornillo sin fin
Según se ha visto, las ruedas helicoidales para . tornillo sin fin deben ser talladas con fresas que tengan las mismas características que el tornillo con el cual van a engranar (fig . 7.24A) . Nunca deben ser talladas con fresas de me nor diámetro que el del tornillo sin fin. Si la fresa es mayor, a pesar de no ser un tallado perfecto, puede funcionar sin mayor inconveniente . Pero lo ideal será que la fresa tenga el mismo diámetro primitivo; el . mismo número de entradas y el mismo sentido de la hélice . 209 14.
Tecnologia 22
Máquinas Herramientas
Fig. 724A Posición de la rueda y tornillo para iniciar el fresado.
Cuando esto no sea posible, se puede hacer un desbaste con la fresa disponible y proceder al repaso con una cuchilla que tenga las características del tornillo sin fin. En la figura 7 .2413 se muestra una cuchilla preparada para el tallado de una rueda helicoidal y en la figura 7.24C la forma de trabajo .
Fig . Z248 Herramienta con el perfil adecuado para tallar ruedas cóncavas.
7 .7 .1
Fig. 7.24 C
Proceso de fresado de la rueda
La rueda cilíndrica es exactamente un engranaje helicoidal corriente y como tal se talla pero, como ya se ha dicho, de ordinario no se utiliza, por desgastarse rápidamente . Para rueda de diente cóncavo se puede hacer una construcción aproximada o una construcción exacta . 1 . Construcción aproximada . Consiste en tallar diente a diente con una fresa ordinaria de módulo, pero dando el avance en profundidad . Para suplir la inexactitud conviene dejar algo más de holgura que de ordinario . Si el mecanismo no está sometido a grandes esfuerzos, esta construcción puede servir ; el visinfín no toca la rueda sino en puntos extremos, pero, por desgaste, termina asentado pasablemente . Como es lógico, este sistema no es aconsejable . 2. Construcción exacta . El procedimiento exacto no se puede conseguir más que por generación . Se puede, en este caso, tallar la rueda en desbaste con algo menos de profundidad por el procedimiento aproximado y luego hacer el tallado por generación, lo cual ahorra desgaste de la fresa madre que tiene un valor económico elevado . La preparación de la fresadora se hace como para las ruedas de diente recto con la sola diferencia que la inclinación de la mesa debe ser cero ; es decir, los ejes de la rueda a dentar y de la fresa deben tener la misma posición que tendrán la rueda fresada y el tornillo sin fin . Una vez preparada la fresa, el aparato divisor y el tren de división, pero sin ruedas para el avance (ya que la penetración es vertical), se coloca la fresa perfectamente centrada respecto al centro de la rueda . Se bloquea la mesa y el carro transversal . Puesta la máquina en marcha se va profundizando hasta que la fresa hace contacto en la parte más profunda de la garganta . En este momento se pone el tambor de la fresa a cero y se prosigue el avance vertical hasta alcanzar la profundidad total. Se deja que la rueda dé un par de vueltas en esta posición, se verifica la distancia entre centros y se retira la fresa verticalmente. Se para la máquina y la operación está terminada . Si en vez de fresa se emplea cuchilla, se procede de la misma manera . Si el desbaste se hace con una fresa de menor diámetro que el tornillo sin fin y, más aún, si es de mayor diámetro, habrá que suspender la operación de desbaste con suficiente antelación para que después la herramienta pueda repasar todo el flanco de uno y otro lado . 3. Otro método . Por último, se puede emplear otro proceso. Este consiste en desbastar primero con fresa de módulo como en el caso anterior; después se deja loca entre puntos la rueda a tallar y se pone en el portafresas una fresa madre, que tenga desde luego el mismo diámetro del visinfín aumentando en el doble la holgura de fondo de diente . Se va acercando con cuidado la rueda a la fresa hasta que se toquen y entonces se da marcha a la fresadora y se va subiendo la mesa muy poco a poco hasta dar toda la 210
profundidad necesaria. La fresa madre, que tiene forma de visinfín, irá arrastrando en su movimiento la rueda y dándole su forma debida . Este último procedimiento no es de alta garantía, pero ejecutado con precaución puede dar buenos resultados en algunos casos .
Nota. Se ha supuesto en este capítulo, en varias ocasiones, que el diámetro del visinfín se podía elegir arbitrariamente y que se adaptaba a las fresas de que se pudiese disponer . En algunas ocasiones, y siempre en los trabajos de gran serie, sucede lo con trario y entonces será necesario construir una fresa ex-profeso para el trabajo de que se trate, con las dimensiones adaptadas a la pieza que se necesite fabricar. 7 .7.2
Fresado del tornillo sin fin La construcción del tornillo sin fin es simplemente un caso particular de
construcción de roscas . De ordinario se hará en el torno, pero también se puede hacer en la fresadora . El fresado del tornillo sin fin en la fresadora tiene particular interés cuando se trata de módulos grandes y, más todavía, si a esto se añade el que sea de varias entradas . Se pueden emplear fresas de discos normales o fresas-cuchilla de mango (fig . 7.25A) . Puede realizarse también con dos sistemas de montaje: uno similar al descrito para el fresado de ruedas helicoidales con fresa madre (fig . 7.2513) y otro con un aparato universal en el cual se puede eliminar el tornillo sin fin (fig . 7 .25 C), siendo entonces simplemente un tallado helicoidal de paso corto . Véase cómo se procede en cada uno de estos casos .
engranaje múltiplo del n .° de entradas del visinfin
Fig. 7 25A
lsilú~ I Ice-==~1 1
92
Fig. 7.258
Fig.
7.25C
7 .7 .2.1
Procedimiento para fresar con aparato divisor automático
Este procedimiento se suele emplear para tornillos de gran paso . Como se aprecia en la figura 7.2513 el montaje es similar al empleado para ruedas cilíndricas de diente inclinado . En general, no se podrá emplear con la mesa inclinada por ser mucha la inclinación de la hélice y, en este caso, habrá que inclinar el eje de la fresa . La fresa normalmente empleada es la de disco de perfil constante, o diente fresado de tres cortes isósceles o bicónica . También se puede emplear una fresa de mango o una cuchilla . El fresado se hace diente a diente . La división para cambiar de entrada se puede efectuar, si procede, empleando en el cabezal un plato divisor similar al descrito en el apartado 13 .14 de Tecnologia Mecánica 2.1 Máquinas-Herra mientas, para el torneado de tornillos de varias entradas, o bien, haciendo que la primera rueda del tren de avance colocada en el divisor sea de un número de dientes múltiplo del de entradas .
7 .7 .2 . 1 .1
Cadena cinemática
Si se emplea un aparato de constante K, llamando a al avance de la fres, en dirección de la hélice del tornillo para una vuelta de la fresa, en el tornillo sü fin, para fresar la longitud desarrollada de la hélice en una vuelta, le correspon de (fig . 7.26) :
Fig .
7.26
Desarrollo de la hélice.
Para una vuelta de la pieza, la fresa tendrá que dar : L
nf =
an
vueltas
Mientras tanto el tornillo sin fin del divisor debe girar K vueltas . Para un cabezal portafresas (fig . 7.7) de relación de transmisión R, la relación de transmisión para el tren divisor vale : z, , nf - R=z2 -K y despejando : zl
K
nf - R
z2
y sustituyendo el valor de n f de (a] i _ z2
K - an . Lh R
(18A)
K - an Lh
[ 18 B]
Si R = 1, la fórmula quedaría en : _z1
_
z2
El avance a se escogerá de acuerdo con el número de dientes de la fresa y el avance por diente según el tipo de fresa y material de la misma . Para calcular el tren de avance se tiene que : en una vuelta de la pieza la mesa debe avanzar el paso helicoidal H, de la pieza, para lo cual el husillo de la mesa deberá girar H' vueltas . h La relación de transmisión será : ?d
zh
H, h
(19A]
h = paso del husillo de la mesa
Para poder emplear el tren de ruedas con objeto de cambiar de entrada, la primera rueda colocada en el eje del divisor deberá ser múltiplo del número de entradas y así se podrá pasar de una entrada a otra . EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 7
Empleando el montaje de la figura 7.2513, calcular las ruedas necesarias para construir un tornillo sin fin de módulo normal 1,5 y 4 entradas con un ángulo ¡i = 7° 5p', y 212
dp = 44 mn, suponiendo que se realiza con una fresa isósceles de 30°, cuyo avance por vuelta es 0,1 mm . El trabajo se hace en una fresadora que dispone de un aparato divisor cuya constante es 40 y el paso del husillo de la mesa es de 6 mm . La relación de transmisión del cabezal es 1 : 1 . Solución: En primer lugar se calculan las ruedas que van colocadas en el divisor . Para ello hay que calcular primero el paso helicoidal : Según la fórmula (131 :
H,= u - mc . pero
de donde : H
u * mn
-
Z1
cos (3
Sustituyendo valores :
H,= 3,1416x 1,5x4 _ 3,1416x 1,5x4 =19,027 mm cos 7° 50'
0,99067
Por tanto, las ruedas necesarias son según [19A] : _Zd Z,,
_ H,
_
19,027
h
_
6
19027 6000
Desarrollada en fracción continua resulta : 3 19027
51
6000
1027 1
1
1027 1865
865 1
5
2
1
1713
1621 55 152
162 1 551 52
3
3
22
1
0
y las reducidas :
Si se elige la
_ 3
16
1
5
fi
19 6
111 35
241 76
352
6225
19027
111
1963
6000
se necesitan las ruedas : 76 24
no disponibles normalmente . Empleando las ruedas normales
H`
_
95 - , etc . 30
56 x 60 44 x 24
_ Z - -d- xh=
se obtiene un paso real :
56x60
x6=19,09
con los cuales se comete un pequeño error de : 19,09 - 19,027 = 0,063 mm . Si se quiere que la fresa no talone habrá que comprobar el ángulo de la hélice resultante con este paso real . No conviene utilizar la fórmula 113131, despejando el cos P, ya que al ser ángulos pequeños, las diferencias son enseguida muy grandes, como se comprueba en este caso : cos (3 =
n-mn -Z,
nx 1,5x4
H,
19,09
= 0,9874
de donde /3 = 9,10° ; o sea casi 2° de más, aparentes . 213
Conviene emplear fórmulas para (3 en función del seno o de la Por ejemplo, si partimos de la tangente . fórmula : sen /3 = mn - Zt dp se tiene : sen (i = 1, ~ 4 = 0,1363 de donde P = 7,83 0 = 70 50' 15"
es decir, no hay ninguna diferencia apreciable en la práctica . Seguidamente, se calculan las ruedas para colocar en la fresadora y divisor (fórmula (18131) : hacer girar el Zt _ K-an Zz Lh Se calcula antes el desarrollo Lh para la fórmula (171 : Lh -
- 19,09 Ht 140 mm sen (i 0,1363 -
Seguidamente se aplica la [18131 :
segunda entrada
Zt _ 40 x 1 - 2 = 2 x 4 _ 24 x 4 _ 24 x 24 Zz 140 7 28 x 1 28 x 12 28 x 72 A veces, debido al valor de Lh, es difícil hallar ruedas apropiadas . Por de la diferencia entre el valor teórico a y el real, obtenido con ruedas eso, si el valor es muy grande, se puede admitir aproximadas, no el resultado como correcto . Recuérdese que a se comprueba empleando la expresión : Zt - Lh an _ ZZ -K
tercera entrada
cuarta entrada f- 1_ 7 A~ .~.Í \ it .Xe
Fig. 7.27 Sistema de ruedas de engranaje para pasar de una entrada a otra. A, marcado de la rueda conductora; B, montaje para hacer la primera entrada; C, D y E, disposiciones para efectuarla segunda, ter cera y cuarta entrada.
7.7 .2 .1 .2 - Proceso de trabajo - Se monta la fresa (fig . 7.25 B) inclinando el cabezal un ángulo ¡3 . - Se monta el aparato divisor a ser posible con plato divisor . las ruedas intermediarias Se colocan necesarias para que los giros sean acordes con los resultados que se pretenden . - Centrada la fresa y reglada la altura, se procede a dar la primera Si el módulo es muy grande pasada . se puede hacer en dos o tres pasadas . - Terminada una pasada, se baja un poco la mesa y se retrocede do el sentido de giro . invirtien- Para hacer una nueva entrada, si se emplea un plato divisor (fig . 5 .14A), se desblocan las dos platinas y se gira en un ángulo d - 360° , siendo z el z número de entradas . Si no se dispone de este tipo de plato, se deberá colocar la primera rueda de manera que sus dientes sean múltiplo del número de entrada y entonces se señala un diente (fig . 7 .27A) de la primera rueda y dos de la compañera (figura 7 .2713) . Se desembragan los engranajes y manteniendo fijos los de se gira el eje del divisor la mesa, hasta que coincida el diente previamente señalado en él . Se vuelven a engranar los engranajes y en este momento se está en condiciones para empezar la segunda entrada (fig . 7 .27C). - Se repiten estas operaciones hasta terminar con la última ras 7 .27D y E) . entrada (figu214
7.7 .2 .2
Proceso para fresar con aparato divisor universal en el que se pueda eliminar el tornillo sin fin
Se emplea principalmente para tornillos de poco paso . El esquema de montaje es el de la figura 7.25 C . Se emplea un aparato en el que se pueda eliminar el tornillo sin fin por medio de un eje excéntrico que se desgrana a voluntad (fig . 5.6) . La cadena cinemática, como se muestra en la figura, se reduce a unir el husillo de la mesa con el eje del divisor de tal manera que mientras el eje del divisor, y con él la pieza, dan una vuelta, la mesa avanza una magnitud igual al paso helicoidal Hr del tornillo . La relación de transmisión será : Zd '
1
= Zh '
HS h
siendo h el paso del husillo de la mesa ; de donde : _ zd _H i zh h
[19 B]
La fresa puede ser de disco o de mango no afectando en nada el número de vueltas de la misma . Para módulos grandes se puede hacer en varias pasadas . Para tornillos de varias entradas se hace la división de la manera indicada el caso anterior, es decir, por medio de un plato divisor o con la rueda múltien ple del número de entradas colocada en el eje principal del aparato. EJERCICIO RESUELTO
Ejemplo 8
Construir el tornillo visinfín del problema anterior y en la misma fresadora pero minando el tornillo sin fin del aparato divisor . Solución : zd
z,,
H1 h
eli-
_ 56x60 44 x 24
Obsérvese que el cálculo es igual que para el tallado por generación, pero en este caso el movimiento hay que darlo a mano por medio de la manivela del aparato divisor. Por esta razón la fresa está obligada a trabar bruscamente, provocando vibraciones que pueden perjudicar el acabado del filete . Para suavizar en parte este defecto se aconseja quitar alternativamente : primero, el flanco derecho y, luego, el izquierdo. En consecuencia, se puede deducir que es mucho más perfecto el sistema de generación, aunque suponga más dificultades de cálculo y montaje. 7.8
Engranajes cónicos
Los engranajes cónicos tienen por objeto transmitir el movimiento entre árboles que se cortan . Lo mismo que los dientes de los engranajes cilíndricos estaban construidos sobre un cilindro imaginario primitivo, los engranajes cóni cos lo están sobre un imaginario cono primitivo. Se derivan, pues, de las ruedas de fricción cónicas, sustituyendo por superficies dentadas las superficies de rozamiento . Los conos correspondientes a dos ruedas cónicas que engranan entre sí, deben tener el vértice común para que puedan engranar . Por ello, resulta que un engranaje cónico no puede engranar con otro cónico cualquiera, aunque tengan los dos el mismo sistema de dentado y el mismo módulo ; sino que cada rueda puede engranar solamente con el piñón para el que ha sido calculada. 7 .8 .1
Tipos de engranajes cónicos
Los engranajes cónicos pueden ser de diente recto y de diente curvo. Los dientes rectos tienen, generalmente, una dirección que pasa por el vértice. 215
Trataremos aquí de los engranajes de diente recto convergente en el centro por ser los más corrientes . 7 .8.2
Elementos de un engranaje cónico En un engranaje cónico conviene distinguir Cono primitivo, que es el cono según el cual(fig. 7 .28) : se verifica la tangencia de los engranajes cónicos . Cono total o exterior, que es aquél en el Cono de fondo es aquél sobre el cual se cual están inscritos los dientes . apoyan los dientes . Conos complementarios o conos de que son los conos que limitan los dientes por la parte externa e referencia, interna .
Fig.
Fig . 7. 29
7.28
Nomenclatura de las partes principales de un engranaje cónico .
El valor en grados de estos ángulos se representa por las letras : apl , para la mitad del ángulo del cono primitivo del piñón (ángulo primitivo del piñón) . a p , para la mitad del ángulo del cono primitivo de la rueda (ángulo primitivo de la rueda). ae, para la mitad del ángulo del cono total del piñón (ángulo de la cara del piñón) . aE, para la mitad del ángulo del cono total de la rueda (ángulo de la cara de la rueda) . y, para la semidiferencia entre los ángulos de los conos totales y primitivos . Su valor es igual para la rueda y el piñón El valor en grados del semiángulo de y se llama ángulo de addéndum. los conos complementarios es igual al complemento del semiángulo del cono primitivo El ángulo que forman los ejes de los engranajescorrespondiente . cónicos se representa por la letra E (fig . 7 .29) . Es evidente que en las ruedas cónicas el diámetro va variando progresivamente desde un extremo al otro de los dientes ; igualmente sucede al paso y al módulo ; por tanto, en el engranaje existirá el diámetro primitivo mayor, el diámetro primitivo menor, el módulo mayor o módulo interior, etc . Por ello, y para o módulo exterior y el módulo menor entenderse, cuando se dice el módulo, diámetro primitivo, etc ., del engranaje cónico sin especificar cuál, se entenderá siempre que se trata del módulo o diámetro mayor . Para otros elementos, no expresados arriba, se emplea la misma notación que en los engranajes rectos . 7 .8.3
Relación entre las dimensiones de un par de engranajes cónicos Las principales relaciones que ligan un par de engranajes cónicos son las siguientes : Si el ángulo de los ejes es recto : z, t9 apl -_ Z2
216
(20 A]
tg ap -- z2 z,
[20 B]
Si el ángulo de los ejes es agudo u obtuso : tg ap , =
sen
F
(20 C)
z , + cos a zt
tg ap =
sen e
?'
z2
+ cos s
(20 D1
Y en los dos casos: E
tg y
_=
= a p, + a p
2 sen ap
-_ 2 sen ap,
z2
zt
120 El,
Para la relación que existe en un par de engranajes rectos ver apartado 7.11 .6 de Tecnología 2. 1 Máquinas Herramientas . El espesor de la corona se suele hacer de las mismas dimensiones que en los engranajes rectos . Y respecto a esto, téngase muy en cuenta que el cono complementario no sólo es el límite del diente, sino también el de la corona (fig . 7 .30 A) . El número de dientes de los engranajes cónicos no debe ser menor, en general, de 24 . 7.8 .4
Perfil de los dientes
El perfil de los dientes, tomado en un plano perpendicular a la generatriz) es igual que en un engranaje recto, cuyo número de dientes no sea el del número real que tiene el engranaje cónico, sino el resultado de la fórmula 1211 . EJEMPLOS RESUELTOS Ejemplo 9
Calcular un par de engranajes cónicos de dientes rectos con las siguientes condiciones : s = 90'; z2 = 80; z, = 30 ; m = 6 Por ser a escuadra los ejes de los piñones, se emplea las fórmulas (20A1 y 120131 : 30 = tg a p = , = 0,375; ap = 20° 30' z2 80 a p, + a p = 90°, de donde : ap = 90° - 20° 30' = 69° 30' En ángulo de la cabeza del diente según la fórmula 120 EI : 2 2 sen - a tg y = ° _ z2
sen 69° 30' -_ 0,02341 ; y = 1° 20' 80
ae = ap + y = 20° 30' + 1° 20' = 21° 50' aE =ap +y=69°30'+1°20'=70°50' '
Más exactamente, sobre el desarrollo del cono complementario .
21 7
Fig. 7 30A
Observando la figura 7 .32 : z 2 =6x 80=480
Dp =m
i 4s ,
d p =m
z,=6x30=180
d e = m (z, + 2 cos ap, ) = 6 (30 + 2 x 0,93667) = 191,24 D e = m (z2 + 2 cos ap) = 6 (80 + 2 x 0,35021) = 484,2 Valor de los semiángulos de los conos complementarios del piñón = 69° 30' . Valor de los semiángulos de los conos complementarios de la rueda = 20° 30' . Resulta el engranaje de la figura 7 .3013 . Ejemplo 10 Calcular los mismos engranajes del problema anterior, suponiendo que el ángulo de los ejes vale 50° 20' . Los datos de que se dispone son : = 56° 20' ;
E
22
= 80; z, = -30; m = 6
Por ser el ángulo de los ejes agudo, se empleará para calcular ap y ap las fórmulas f20C1 y 120D) . -,
v,
sen ? + cos 1
-
sen 56° 20' 80
E
30
=
+ cos 56° 20'
, 083228 266 + 055436 , . . .,
= 0,25839
ap = 14° 30' sen ?'
z2
-
E
+ cos
30
E
80
sen 56° 20'
-
+ cos 56° 20'
083228 , .375 + 0,55436 0
= 0,8955
ap = 41 ° 50' Como comprobación :
+
E
tg y =
= ap
2 sen aP z2
ap = 14° 30' + 41 ° 50' = 56° 20' _
2 sen 41° 50' 80
_ 2 x 0,66697 = 0,01667 80
de donde : y = 1°
ae = ap + y = 14° 30' + 1 ° = 15° 30' aE = aP + y = 41' 50' + 1 ° = 42° 50' d e = m (z, + 2 cos ap, ) = 6 (30 + 2 cos 14° 30') = 191,61 mm De = m (z 2 + 2 cos ap) = 6 (80 + 2 cos 41° 50') = 488,94 mm Semiángulo de los conos complementarios del piñón : 90° - aP, = 90° - 14° 30' = 75° 30'
Fig . 7. 30 C
Semiángulo de los conos complementarios de la rueda : 90° - ap = 90° - 41 ° 50' = 48° 10' Resulta el engranaje de la figura 7 .30C . 7 .8 .5
Fresado aproximado de ruedas cónicas de diente recto En la fresadora universal no se pueden tallar ruedas cónicas más que de una manera aproximada, que sólo se podrá utilizar para mecanismos de pequeña velocidad . La razón es muy sencilla : estudiando la figura 7 .31 se observa que la forma del diente de la parte interior es de distinta dimensión que la exterior, aunque de formas semejantes ; es, por consiguiente, imposible hacer con una 218
fresa de perfil constante la forma y tamaño distinto que en cada punto del diente se necesitan. Si la longitud del diente es pequeña, las diferencias de tamaño y forma serán menores y, por consiguiente, también serán menores los errores cometidos. Por esta razón, cuando se proyectan engranajes cónicos, que se han de tallar con fresa de forma en la fresadora universal, se harán de la menor longitud de diente posible . La relación (T) de la longitud del diente (B) con el módulo (m) mayor se hacen menores que la normal para las ruedas cilíndricas . Si para las ruedas cilíndricas se toma como normal rP = B z 10, para las m ruedas cónicas se aconseja tomar rp 6. Los procedimientos que suelen emplearse para el fresado de estas ruedas cónicas son varios . Seguidamente se exponen cuatro de los más empleados . Sólo sería posible un tallado perfecto para ruedas de plato, ya que entonces los flancos serían rectos como los de una cremallera . 7 .8 .5 .1
Fig.
Tallado con dos fresas normales
Las fresas que se emplean en este sistema deben corresponder al número de dientes dado por la fórmula [211 que es la forma que tendría un engranaje circular de dientes rectos, pero de dp diámetro primitivo dp = , como se deduce de la figura 7 .32 y de mócos a p dulos correspondientes a los módulos exterior e interior respectivamente . El módulo interior se calcula por la fórmula : [221 en estas fórmulas módulo interior m = módulo exterior B = longitud del diente en mm y = ángulo de la cabeza del diente, igual a la diferencia entre los semiángulos de los conos exterior y primitivo zi = número de dientes ideal al que corresponde la forma del diente z = número real de dientes de la rueda a fresar a p = semiángulo del cono primitivo c
circunferencia de base
línea de presión
i.
~
a~ a _ 6
b W
c
I
fr
. ~r
v
a a
Oc
perfil de los dientes en los conos complementarios interiores
perfil de los dientes en los conos complementarios exteriores
Dp
linea de presión
circunferencia de base Fig .
7.32
qr
v
7.31
Es muy posible que ni el módulo de la parte exterior, ni por supuesto el calculado para el interior, sean módulos normales, lo cual supone un problema que sólo podrá solucionarse aproximadamente eligiendo fresas de los módulos inmediatamente inferiores normalizados, o preparando una fresa especial a propósito . Para el fresado se procede según el orden de operaciones que se indica a continuación : 1 ° Montar la rueda a fresar de manera que la periferia del cono exterior quede horizontal (fig . 7 .33A) . 2° Montar la fresa correspondiente al módulo interior y número de dientes imaginarios, centrarla y registrar la altura del diente . [23A] Si la fresa no es exactamente la correspondiente al módulo calculado por la fórmula [221 se emplea, de todos modos, ese valor calculado por la fórmula [23A) . 3° Se fresan todos los dientes y en toda su longitud . 4° Se inclina el divisor de manera que ahora quede horizontal la generatriz del cono primitivo (fig . 7 .338) . 5° Con la misma fresa y ajustando la altura h, calculada por la fórmula [23A], en la parte correspondiente al interior del diente se repasan los dientes sólo centro de la fresa coincida o rebase ligeramente el cono complementariohasta que el interior (figura 7 .33 B) . Si la fresa fuese de módulo menor que el teórico m; de la fórmula [221, se dan dos pasadas desplazando la mesa a ambos lados para lograr un ancho necesario al módulo mi . 6° Se cambia la fresa por la correspondiente a la parte externa del diente, es decir, de módulo m y z; dientes y se centra respecto a la ranura abierta en la operación anterior y se registra en altura para que en la parte exterior sea de : h = 2,25 m
Fig. 733D
[23 B]
7° Se fresa cada uno de los dientes hasta que el centro de la fresa coincida con el cono complementario exterior (fig . 7 .33C) . Si tampoco en este caso la fresa corresponde exactamente al módulo exterior, se repasarán los dos flancos con ajustes semejantes a los realizados en la parte interior para lograr el grueso del diente correspondiente . 8° El material que queda entre las formas de diente en los dos extremos y en el fondo, se termina a mano o a máquina, uniendo por rectas los puntos homólogos de esas dos formas externas . Estas rectas deben concurrir en el vértice común de los conos (fig . 7 .33D) . Esta última operación es la más laboriosa y delicada y de ella depende en gran parte la calidad del dentado . Es un procedimiento lento y poco empleado .
Fig. 733A
Fig. 7.33B
7.8.5.2
Fíg. 7.33 C
Método de rotación del divisor con una sola fresa
El orden de operaciones es el siguiente :
1 ° Se elige la fresa correspondiente al m ; con z ; como dientes y se monta bien centrada sobre el eje portafresas . 2° Se inclina el divisor de forma que la generatriz de cono interior o de fondo quede horizontal (fig . 7 .34A) .
220
kv,
NIFS
VALVA
0
MELA~y
Fig. 734C
Fig. 7.348
3? 4? 5? hacia la 6°
Preparar el divisor para la división correspondiente al número de dientes . Colocar un engranaje centrado con relación a la fresa (fig . 7 .3413) . Fresar todos los dientes, que resultarán paralelos en el fondo, y más anchos parte externa, debido a la diferencia de altura (fig . 7 .34C) . Señalar la posición del índice sobre el disco del divisor y girar hacia delante 90 0 los espacios correspondientes al ángulo w° = z 7? Desplazar ligeramente el carro transversal para colocar la fresa como indica la figura 7 .34D y quitar el material correspondiente al triángulo 0-1-2 . 8? Llevar la posición primitiva sobre el disco el índice (quitando la holgura) y desplazar los mismos espacios hacia la izquierda . 9? Fresar el flanco de la izquierda como se indica en la figura 7 .34E y quitar la cantidad de material correspondiente al triángulo 0-3-4 . 10° Con una fresa correspondiente al módulo de la parte exterior del diente, se podrá controlar la exactitud obtenida y, eventualmente, proceder a las necesarias correcciones . También se puede desplazar transversalmente la mesa de la fresadora y obtener los mismos resultados que si se gira el divisor .
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 11
¿Cuántos espacios deberán desplazar el índice en los dos sentidos para corregir los dientes de una rueda cónica recta de 45 dientes, si la constante del aparato divisor es 40? Solución :
M
-
K z
_
40
_ _ 8 -
24 espacios
45
9
27 agujeros del disco
Para hacer la corrección angular : w° -
90 0 45
- 2-
Empleando la fórmula (6131 del tema 5 : M
- _ a° - _ 2° K° 9°
6 espacios 27 agujeros de disco
Es decir, después de haber efectuado el corte de los huecos del diente en la posición central (fig . 7 .3413), se deberá hacer en todos los huecos una pasada con el índice del divisor desplazando 6 espacios hacia la derecha, y luego volver al centro y desplazar otros 6 espacios hacia la izquierda .
7 .8 .5 .3
Tallado completo con dos fresas
Para este procedimiento se emplea una fresa normal con el tamaño y forma correspondiente al módulo interior y al número de dientes z ; . 22 1
Fig. 7.34D
1° a 5.° Con ella se realizan estas operaciones igual que en el primer procedimiento (fig . 7 .35A) . Las operaciones siguientes se realizan con una fresa especia/ que tenga la forma correspondiente a la exterior del diente pero más estrecha, de manera que pueda pasar, por la ranura realizada con la otra fresa (fig . 7 .3513) . 6° Se inclina el aparato de manera que la periferia del cono interior quede paralela a la mesa (fig . 7 .3513) :
F-
aP -
yl
(241
siendo y; el ángulo del pie del diente . 7° Se gira el aparato junto con la mesa un ángulo w, que vale (fig . 7 .35C) :
[251 También se puede girar el eje principal del divisor, de manera que el efecto producido sea idéntico . Este procedimiento tiene el inconveniente de que las evolventes de la rueda giran y la forma lograda con la primera fresa puede ser modificada por la fresa especial . 8° Sea uno u otro el sistema empleado en la operación anterior, se centra la fresa especial respecto a la ranura abierta desplazando el carro transversal y se hace contacto por el flanco que se va a trabajar . Seguidamente, se fresan todos los flancos de un mismo lado . 9° Se gira el aparato con la mesa (o el eje principal) en sentido contrario, para fresar los flancos opuestos y después se centra la fresa . 10° Se fresan todos los flancos de ese lado, con lo cual el engranaje queda terminado (fig . 7 .35C) .
Si no se dispone de una fresa especial se puede afilar una herramienta de dos cortes o de uno solo y se trabaja con el aparato vertical .
sin fresar
Fig . 7 35 C 222
uno de los lados fresados
ambos lados fresados
7.8 .5 .4
Tallado con una sola fresa especial
Se emplea una fresa igual a la empleada para retocar los flancos en las operaciones 8 y 10 del proceso anterior . El aparato divisor se coloca sobre una placa que puede oscilar sobre un eje que coincida con la proyección de la cúspide del cono de la rueda a fresar (fig . 7 .36) ; la oscilación debe ser igual a 2 w° y se puede lograr por medio de una excéntrica . Estas oscilaciones deben ser de frecuencia suficientemente pequeña para que el cambio de tallado de un flanco a otro no repercuta en la calidad del acabado.
Fig. 7 36 La rueda a dentar se coloca de manera que la generatriz del cono interior quede paralela a la mesa . Antes de proceder al dentado definitivo convendrá hacer una prueba para asegurar que la oscilación de la placa es la necesaria y que el hueco que abre la fresa es el correspondiente, tanto en la parte interior como en la exterior . Este procedimiento tiene el inconveniente de tener que disponer de la placa oscilante, pero tiene la ventaja de ser mucho más rápido que los procedimientos anteriores ; será, pues, aconsejable para medianas o grandes series y si no se dispone de talladora especial . 7.9
Fig. 7.378
Dentado de cremalleras
Aunque la cremallera no responde exactamente al concepto de rueda dentada, se coloca en este apartado, tanto por su ejecución, como por ser un elemento semejante a las ruedas dentadas, puesto que no deja de ser una rueda de radio infinito . Pueden darse dos casos: tallado de cremalleras para ruedas cilíndricas de diente recto (fig . 7.37A) y cremalleras para engranar con ruedas cilíndricas de diente helicoidal (fig . 7.3713) . 7 .9 .1
Fig . 737A
Fig . 737C
Cremallera de diente recto
La línea primitiva de una cremallera es tangente a la circunferencia primitiva del engranaje (fig . 7 .37C) . A la altura de la línea primitiva la anchura del vano debe ser igual a la del diente . El paso y la altura del diente de la cremallera deben ser iguales a los del engranaje correspondiente y sus dimensiones se calculan igual (ver apartado 7.11 .5 de Tecnología 2. 1 Máquinas Herramientas) . Si los dientes han de engranar con una rueda de perfil evolvente, los flancos son rectos (fig . 7.37 D) . La inclinación del perfil de los flancos es la correspondiente al ángulo de presión que tiene como valor 20 ° . 223
Fig. 737D
Para cremalleras de presión con ángulo de ataque de 20° (Norma UNE 10016 resulta : Profundidad del diente : h. = 2,25
[261
p ---n - m
[271
Paso de la cremallera :
Ángulo de los flancos : 2a=40°
[281
Anchura de la cabeza del diente = 0,843 m
[291
Anchura en el fondo del vano = 0,661 m
[301
Altura de la cabeza del diente : 0
[311
Altura del pie del diente : b l2,25 m 7 .9 .2
[321
Cremallera de diente inclinado
En estas cremalleras hay que distinguir entre el módulo normal m y el módulo circunferencia¡ o lineal m, y sus correspondientes pasos pn y pa, que se calculan como los engranajes helicoidales . El ángulo del perfil debe medirse en un plano normal a los dientes (fig . 7 .38) . Fórmulas principales : ion
=
Tr .
Pa = n . ma
=
mn
n ' mn cos i
h=2,25m Fig. 7.38
[331 [341
[351
7.9 .3
Tallado de cremalleras de diente recto Para cremalleras cortas éstas se pueden colocar paralelas al eje del carro transversal y hacer el desplazamiento de un diente a otro con el tambor del husillo transversal . Para mayor precisión se puede colocar un comparador que verifique el recorrido (fig . 7.39A) . Para cremalleras más largas, o cuando se dispone de aparato divisor para cremalleras (tema 5), se coloca la cremallera paralela al husillo de la mesa (figura 7 .3913) . En este caso la fresa se coloca en el eje orientable del aparato universal. desplazamiento para la división
desplazamiento para la división
movimiento de avance
Fi9. 7 39A
Fig. 7.398
Para que no pegue dicho cabezal contra la cremallera, el diámetro de la fresa debe sobresalir de la parte más baja del cabezal. Se evita este inconveniente empleando una fresa bicónica no isósceles (fig . 7 .39C) o bien empleando una fresa de mango (fig . 7.3913) . El paso de un diente a otro se hace por medio del divisor o del tambor graduado tal como quedó explicado en el tema 5 . El recorrido de división será siempre [361 7.9 .4
Tallado de cremalleras para ruedas helicoidales
Si se trata de cremalleras cortas se pueden hacer las divisiones con el carro transversal y el avance con la mesa . Para ello habrá que colocarla sobre la mesa de manera que forme con el husillo de la mesa el ángulo (3 de la hélice, es decir, que el diente quede en la misma dirección de la dirección de avance para que la fresa no talone (fig . 7 .40A) y por consiguiente respecto al husillo transversal formará el ángulo (90-¡3) y el recorrido para pasar de un diente a otro será de pn = n * mn Para piezas más largas puede colocarse alineadas respecto al husillo de la mesa e inclinar ésta para que el diente quede alineado con el husillo del transversal (fig . 7.40 B) . El giro de cambio deberá ser tal que la mesa avance en un valor de pa
=
n - mn cos (3
Fig. 7.39D
La fresa a emplear puede ser la misma que para las cremalleras para ruedas cilíndricas de diente recto.
Fig. Z40A Fig. 7 40 B EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 12 Se ha de tallar una cremallera de dientes inclinados que tiene un m = 5 y 20° de inclinación del diente con respecto a una cara de la misma. La cremallera se coloca a lo largo de la mesa y paralela al eje de la misma ; la mesa tiene un husillo de paso de 6 MM . Calcular : a) Las características de la fresa a emplear. b) Disposición de la mesa de la fresadora suponiendo que el eje de la fresa, que va montada en el cabezal, es paralelo a la mesa cuando ésta está a cero . c) En el supuesto que se emplee un plato de agujeros para hacer la división indicar el giro a dar a la manivela . d) El error que se comete en el paso lineal . e) Altura total del diente . Solución : a) El ángulo del perfil de la cremallera puede ser de 30° ó 40°, ya que el problema no especifica con qué tipo de rueda ha de engranar . 225 15 .
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
b) La mesa se debe inclinar 20° hacia la izquierda o hacia el sentido de la cremallera la derecha según se; que en el plano de tallar debe estar especificado . c) El desplazamiento de la mesa para hacer la división es : pa
1 'm
_ 3,1416x5 _ 3,1416x5 cos 200 = 16,716 mm 0,93969
cos ¡3
Por consiguiente, el giro de manivela necesario para hacer la división es : M
pa
=
16,716 _ 16,716 _ 1393 6 6000 500
__
h que, si se emplean las fracciones continuas, se escoge la fracción : M = d)
e)
39 1 16,17614
_ 2
El error del paso será :
1 ;2 22 espacios 14 28 círculos de agujeros
e-pc -p,=
16,7142=0,0018 mm
La altura total del diente :
A, = 2,25 ' m = 2,25 x 5 = 11,25 7 .10
Engranajes, interiores
Así se llaman los engranajes cuyas circunferencias primitivas son interiormente (fig . 7 .41 A) . tangentes 7 .10 .1
Fórmulas para el mecanizado
En estos engranajes el piñón tiene exactamente la misma forma que los engranajes exteriores . Las dimensiones de la rueda se calculan como en los res, menos el diámetro interior, engranajes exteriocuyo valor lo da la fórmula : Fig.
Z41 A
di
=
lz-2)Z
1371
La distancia entre centros se halla mediante una cualquiera de las fórmulas :
17C = ? F2
C -
zi
Dp - d P 2
138A1
138 B 1
Una rueda dentada interiormente no puede engranar con otra samente ha de engranar con igual ; forzoun piñón y éste ha de ser precisamente de diente exterior . Entre rueda y piñón de proporciones normales, es preciso menos, una diferencia de 15 que haya, al dientes; de lo contrario, éstos se van de engranar, debiendo interfieren y priacudir, para remediarlo, a trazados y dimensiones especiales . 7.10 .2
rueda
piñón perfil rueda exterior perfil rueda interior Fig.
7.418
Forma de los dientes
La forma de los dientes es tal que el hueco de uno de ellos el perfil macizo de los dientes es igual que de un engranaje exterior del mismo número de dientes, salvo la holgura en el fondo (fig . 7 .41 B) . Sin embargo, en esta clase de engranajes se prefiere generalmente el cicloidal al de evolvente . perfil Aunque los engranajes interiores se hacen generalmente de los hay de dientes helicoidales, diente recto, pero se utilizan muy poco por su fabricación . la dificultad de El tallado de los engranajes interiores es un caso particular del mortajado . 226
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 1
Calcular los datos necesarios y hacer el proceso correspondiente para tallar un engranaje de módulo 3 y 30 dientes por medio de una fresa ordinaria de módulo . Los datos que faltan los puede completar el alumno . Problema 2
Se desea construir un engranaje helicoidal cuyos datos son : z = 40; m = 5; (i = 35 ° 20: Calcular el resto de las dimensiones para construir el engranaje y efectuar los cálculos necesarios para el tallado en una fresadora con paso del husillo de la mesa de 6 mm y aparato divisor de constante 40 . Problema 3
Calcular los datos necesarios para construir la rueda helicoidal del problema anterior, por el sistema de generación de fresa madre, en la misma fresadora . Problema 4
Se quiere transmitir el movimiento entre dos ejes paralelos que distan entre sí 75 mm, y para ello se emplea un engranaje cilíndrico de dientes helicoidales . Sabiendo que el piñón tiene 20 dientes y la rueda 35 y que son del módulo m = 2, calcular . - El ángulo de la hélice de la rueda y del piñón . - El diámetro exterior de la rueda y piñón. - Altura del diente . - El plato de agujeros apropiado para realizar la división en el tallado de los dientes (constante K = 40) . - El tren de ruedas a colocar entre mesa y divisor para tallar la rueda y el piñón . - Las características de las fresas a emplear para tallar la rueda y el piñón. - El proceso a seguir para tallar uno de los dos engranajes . Problema 5
Calcúlese las dimensiones para tallar, por generación, una rueda y un tornillo visinfin con los siguientes datos: z, = 1 ; zI = 60 ; m = 3; diámetro de la fresa madre, 80 mm . Determinar las ruedas para el montaje por generación . Problema 6
Realizar los cálculos necesarios para fresar un juego de piñón y rueda cónico recto de 32 y 50 dientes, módulo 4, con una longitud de diente de 30 mm y los ejes dispuestos a 90° . Indicar el proceso más conveniente para tallarlos en una fresadora universal ordinaria . Problema 7
En una fresadora de paso del husillo de la mesa 6 mm se desea tallar una cremallera de diente recto que ha de engranar con un piñón de z = 20 y m = 4 y ángulo de 20° . Calcular todos los datos necesarios para su mecanización . Problema 8
En la misma fresadora del problema anterior, se desea construir una cremallera de dientes inclinados, que ha de tener m = 3 y la inclinación del diente con respecto a un lateral de la cremallera ha de ser de 15° . El tallado se hace orientando la cremallera en el sentido longitudinal de la mesa . Calcular todos los datos necesarios para mecanización de la cremallera . Calcular también los datos para tallar la misma cremallera, pero con la diferencia de que en vez de girar la mesa para dar el ángulo del diente, se inclina directamente la cremallera sobre la mesa .
Tema 8.
Tallado de levas
OBJETIVOS - Conocer los procedimientos que se emplean para el tallado de levas de tambor y levas frontales de pendiente constante, así como de levas de espiral en la fresadora universal.
EXPOSICIÓN DEL TEMA
pivote
varilla
8 .1
desarrollo
-1 O° Fig. 8. 1
90 0
1600
En el apartado 7 .8 de Tecnología Mecánica 2.1 Máquinas Herramientas, se han estudiado las excéntricas y levas como elementos de máquina . En dicho apartado se describen sus características geométricas y sus funciones cinemáticas . En este tema sólo se estudia el mecanizado de algunas de ellas que puede ser realizado sin accesorios especiales en la fresadora universal .
270°
360 0
Leva de tambor
La leva de tambor (fig . 8 .1) tiene una ranura que sirve de apoyo a un rodillo o pivote unido a la varilla o empujador . La ley de movimiento de esta varilla determina la forma de la ranura . El tallado de dicha ranura es el problema mecánico que se pretende resolver en este apartado . En la figura 8.2 se muestran varias levas de tambor de complejidad diversa .
Fig. 8.2 Levas de tambor con distintas curvas características. A 8 C D E. 228
En la figura 8.3 se representa una leva que consta de una ranura formada por dos ramas simétricas y cuya varilla tendrá un recorrido uniforme de ida y vuelta . La ranura está formada por dos tramos de hélice, de paso H, uno de ellos a la derecha y el otro a la izquierda, unidos entre sí para lograr en cada vuelta del tambor un recorrido de vaivén de H 2 El problema de mecanizado se reduce a construir en la periferia del cilindro o tambor una hélice de paso H, como se estudió en el tema 5 . 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 .
hélice derecha
EJEMPLOS RESUELTOS
hélice derecha
Ejemplo 1
Se tiene que tallar una leva como la de la figura 8.3, cuyo recorrido debe ser uniforme y de vaivén e igual a 40 mm . La fresadora empleada tiene el husillo de la mesa de paso, p = 6 mm y la constante del aparato divisor es K = 40 . Solución :
H=80
1 ° Habrá que calcular el paso real de la hélice . Si para a = 180° de giro del tambor, la varilla debe recorrer h = 40 mm ; para el giro de un grado el recorrido sería de h y para una vuelta entera del tambor, es decir a
para 360° :
a
en ella : H = paso de la hélice en mm h = recorrido de la varilla en mm a = giro del tambor durante el recorrido h. Para el caso presente : H
_ 360 h - 360 x 40 a 180
= 80 mm
Las ruedas se calculan por la fórmula 4 del tema 5: _ z, z2
p - K _ 6 x 40 _ 240 _ 120 _ 90 _ 60 _ 72 H 80 80 40 30 20 24
Se tendría que colocar una rueda intermediaria para hacer la hélice en un sentido y dos intermediarias para el sentido opuesto. Lo ideal sería disponer de un divisor que llevase un sistema de inversión de giro sin necesidad de hacer este cambio de ruedas . 2° Se monta la pieza en el aparato divisor universal, al aire o entre puntos según sea la pieza . 3° Se monta en el eje principal de la fresadora una broca de diámetro algo menor que el ancho de la ranura y se hace con ella un par de agujeros situados sobre dos generatrices opuestas del tambor y de profundidad adecuada (fig . 8 .4), y a una distancia igual al desplazamiento de la varilla Fi . Puede hacerse también con uno solo de estos 2 agujeros .
Fig . 8.4
SecciónA-A
SecciónB-B
229
Fig . 8.3
4° Se sustituye la broca por una fresa de mango de cortes múltiples y se centra respecto a uno de los agujeros anteriores . En esta operación está el éxito del trabajo, ya que debe lograrse el centrado sir que haya juegos u holguras en la cadena cinemática, desde el husillo de la mesa hasta el eje principal del aparato divisor, y, por consiguiente, de la pieza . Colocar a cerc el tambor del husillo de la mesa . Si las características de la fresadora, de la fresa y de la misma pieza lo permiten, se podrá hacer la ranura de una sola pasada ; si no, habrá que hacerla en varias pasadas . En el primer caso la fresa deberá ser de diámetro igual al ancho de la ranura ; si se van a dar varias pasadas, será mejor desbastar con una fresa de menor diámetro para poder dar una pasada de acabado a toda la ranura . 5° Centrada la fresa y con la máquina en marcha, se conecta el automático de la mesa y se desconecta al llegar la fresa al otro agujero, o cuando la mesa se ha desplazada H mm, cosa que puede comprobarse por el tambor de la mesa ya que para ello se puso 2 a cero en la operación anterior . Si han de darse varias pasadas, se retira la herramienta de la pieza y se retrocede a mano o con retroceso rápido hasta algo más allá del inicio de la ranura, para poder eliminar los juegos de la cadena cinemática . Se vuelve a centrar la fresa y se da la pasada siguiente . Así se suceden las pasadas necesarias hasta finalizar el desbaste de la ranura . Se cambia la fresa por la definitiva y se da una sola pasada a toda la ranura . 6° Para mecanizar el segundo tramo de leva se invierte el sentido de giro de la hélice (quitar o añadir una rueda intermediaria), se vuelve a centrar la fresa y se dan las pasadas como en la operación anterior y, con la última pasada, queda terminada la leva . Ejemplo 2 Se desea fresar una leva de tambor según el croquis de la figura 8 .5. En ella se tienen las rampas siguientes : AB. BC. CE. EF FA .
Durante 30° de giro, debe Durante 120° de giro, debe Durante 30° de giro, debe Durante 90° de giro, debe Durante 90° de giro, debe
recorrer recorrer recorrer recorrer recorrer
20 40 20 80 0
Solución : 1 ° Cálculo de los pasos de cada hélice Aplicando la fórmula [11 se tiene : Para la AB.: 360 h Hi - -a
Fig . 8.5
360 x 20 30
= 240 mm
mm . mm . mm . mm . mm .
Para la BC: 360 x 40
=120 mm
H2=-120 Para la CE.360 x 20 30
H, =
= H, = 240 mm
Para la EF. H4
_
3 60 x 80
Para la FA :
2°
= 320 m m
90
H S = 0 mm .
Cálculo de las ruedas
para H, = H, : _ z, _ z2
p - K H,
z, z2
p - K H2
_
6 x 40 240
40 40
24
6 x 40 120
40 20
64 32
_
24
para H 2 :
para H 4 : z, z2
_
p - K
_
6 x 40
H4
_
6 x 10
320
80
_
24 32
Para los pasos Hr, HZ y H3 se colocarán una o dos intermediarias, y para el H4, una más o una menos para que gire en sentido contrario . 3° Se hace un taladro en F. 4° Se coloca y se centra la fresa, se da la profundidd y se hace girar el divisor sin rueda alguna en 90°, con lo cual se fresa la rampa FA, de avance 0 . Si K = 40, habrá que dar con la manivela del divisor : M =
90 K°
=
9
= 10 vueltas
5°
Se colocan las ruedas para la rampa AB, es decir, el juego 2 4 y una vez cen24 trada la fresa y eliminados los juegos, fresar la rampa AB. Se comprueba el desplazamiento con el tambor de la mesa o también con el giro de la manivela y plato de agujeros, que deberá dar : M =
3 9
= 3 1 9
B, rampa de paso Hl
C, rampa de paso H 2
Al no ser un número de vueltas exactas no es válido este sistema, sino de una manera aproximada . El desplazamiento de la mesa será el eficaz . 6° Se cambian las ruedas para hacer la rampa HZ y se centra la fresa eliminando juegos . A continuación se fresa, controlando el desplazamiento de la mesa y el angular . 7° Se cambian las ruedas para hacer la rampa H3 . Se centra la fresa, se eliminan los juegos y seguidamente se fresa . 8° Se vuelve a cambiar las ruedas para la rampa H4 . Como el sentido de la hélice es distinto del de las anteriores, habrá que colocar una rueda más o menos como inter mediaria para cambiar el sentido de giro . Después, se centra la fresa eliminando juegos y se fresa hasta coincidir con la ranura H5 fresada en primer lugar . En la figura 8 .6 queda resumido el proceso seguido y la progresión del trabajo después de cada operación . 23 1
D, rampa de paso Ha = Hr
_ E, rampa de paso H,
Fig. 8.6
8 .1 .1
Leva frontal o de campana La leva frontal es una variante constructiva de la leva de tambor . La guía para el rodillo, o leva propiamente dicha, está labrada en la cara frontal de un tambor hueco (fig . 8.7). La ejecución o mecanizado es más sencilla ya que en vez de hacer una ranura sólo hay que fresar una superficie . La única precaución a tener en cuenta para el centrado de la fresa y la eliminación de holguras, además de las indicadas en las de tambor, es que la generatriz de la herramienta que realiza la superficie debe estar alineada según el radio (fig . 8.8) ; es decir, la fresa debe quedar perfectamente centrada respecto al centro de giro de la leva .
Fig . 8.7
8 .2
Fresado de levas de disco
Este tipo de leva es muy utilizado en máquinas de todo tipo : maquinaria textil, de imprenta y también en máquinas herramientas, destacando su aplicación en los tornos automáticos . Sus formas pueden ser muy variadas, pero las que interesan en este apartado son las que se emplean para lograr desplazamientos de la varilla con movimiento uniforme (fig . 8.9).
90. Fig . 8.8
desplazamiento de vaivén uniforme
wc
Fig. 8.9
carrete de' hilo eje con movimiento uniforme
eje con movimiento uniforme
- Leva de espiral de Arquímedes completa . La curva directriz empleada en este tipo de levas es la espiral de Arquímedes . En la figura 8.10 se muestra una leva de espiral completa . La diferencia de los radios extremos R, Ro se llama paso de la -espiral y se representa por H :
12AI - Leva de espiral de Arquímedes incompleta . En la mayoría de los casos, las levas de disco, al igual que las de tambor, suelen tener una, dos o más ramas formadas por espirales incompletas (fig . 8.11 A, B y C) . En este caso el paso de cada una de estas espirales será :
00
q0 o
siendo :
H = (R, - Ro) 360 ru
[2131
R, y Ro = radios de los extremos de la espiral w, = ángulo central abarcado por la espiral (fig . 8.11 A) .
Si se llama h a la diferencia R, - Ro la fórmula 12131 se transforma en la siguiente : Fig. 8. 10 Leva de espira/ de Arquímedes completa.
[2C] 232
Fig. 8. 118 Leva de espiral de Arquimedes incompleta de dos ramas.
Fig . 8.11 A Leva de espiral de Arquimedes incompleta de una rama.
Fig . 8. 11 C
Para el tallado de cada una de las espirales que configuran la leva, hay que dotar al aparato divisor de una cadena cinemática similar a la empleada para las ranuras helicoidales . Además, el eje divisor debe estar en posición vertical y la fresa centrada respecto a la línea de desplazamiento de la mesa (fig . 8 .12A) . Por esta razón se suelen emplear, en ocasiones, mesas circulares (fig . 8.12 B) con dispositivos de embrague para acoplar a voluntad las ruedas, e incluso, invertir el sentido de giro sin necesidad de añadir o quitar una rueda al tren de ruedas recambiables . Las ruedas de recambio deben hacer girar una vuelta a la pieza para el desplazamiento H de la mesa . El movimiento puede darse a mano, introduciendo el índice en el plato de agujeros y haciéndolos girar juntos (fig . 8 .1213) ; o dando el movimiento automático por medio de un cardán (fig . 8.12C) . Esto se logra aplicando la misma fórmula empleada anteriormente : z,
z2
=
p
H
K
(4 de tema 5)
Fig . 8.12A Detalle de la disposición del aparato divisor para el tallado de levas de espiral.
Fig . 8.12 B
EJEMPLOS RESUELTOS Ejemplo 3
En una fresadora cuyo husillo de la mesa tiene p = 6 mm y dispone de un aparato divisor de K = 40, se tiene que fresar una espiral de paso H = 45 mm . Calcular las ruedas necesarias . Solución :
z i _ p - K _ 6 x 40 _ 6 x 8 _ 2 x_8 _ 4 x 4 z2 H 45 9 3 40 x 20 30x5
40 x 100 30x25
72 x 64 32 x 27
etc .
Se colocarán las ruedas intermedias necesarias para que el giro sea el adecuado al sentido de la espiral; el montaje es similar al de la figura 8.12A . 233
Fig. 8.12 C
Ejemplo 4 En la misma fresadora se tiene que fresar un trozo de espiral para lograr un recorrido de 3 mm en 120° de giro de la leva . Solución : z,
p-K
zz
H
Ante todo, habrá que calcular el paso de la espiral completa, aplicando la fórmula 12C1 : 360-h, -
H-
360x3 120
W,
-9 mm
que sustituida en la 141 se tiene : z,
6 x 40 9
_
z2
40 x 100 30x5
_
_
2 x 40
40 x 100 15x10
3 _
_
2 x 40 3 x 1
80 x 100 15x20
_
_
4 x 20 3 x 1
128 x 100 24x20
_
_
4 x 100 3 x 5 112 x 100 21 x20
etc .
Como se ve, es difícil encontrar ruedas disponibles, a no ser que se emplee un tren de 6 ruedas . Este problema se presenta, con frecuencia, cuando se tienen que fresar espirales de paso pequeño . Una solución es inclinar el eje del divisor, como se explica en el apartado siguiente . 8 .2 .1
Fresado de levas de disco con el eje del divisor inclinado
Se emplea un aparato divisor universal con el eje inclinado en un ángulo a (fig . 8 .13) al igual que el eje portafresas, con lo cual se puede lograr que el recorrido de la herramienta en sentido radial de la pieza sea menor que el recorrido de la mesa en el mismo tiempo . arln,tnio
a.
~da
En efecto, según la figura citada se tiene que : sen a = en la cual : H = paso que tiene la espiral H; = paso ideal elegido para el cálculo de las ruedas y que siempre será mayor que H a = ángulo de inclinación del eje del divisor y de la fresa En la práctica suele interesar que el ángulo a sea lo más grande posible para que la longitud L sea pequeña . Proceso de cálculo: 1 ° Se trata de calcular las ruedas por el método general . Así, por ejemplo, en el caso anterior : x 40 _ p - K _ 6 z2 H 9 z,
=
100 x 128 etc . 24 x 20
Si no se dispone de ruedas, se reduce la fracción a otra de ruedas disponibles, de modo que la diferencia de la relación sea lo menor posible, ya sea con dos o cuatro ruedas . En el supuesto de que se emplee la relación : z,
z2
2°
-
100 x 86 24 x 24
(u otras similares)
Cálculo del paso real:
Con estas ruedas el paso real que se obtiene despejando H de la fórmula general será : H _ p . K . z2 _ z,
6x40x24x24 100 x 86
=16,43 mm
Tomando este valor como H; y aplicando la fórmula [3] se tiene: sen a = H = H;
= 0,5477 9 16,43
de donde a = 32,21° = 32° 12 Para este ángulo, según la figura 8 .13, y en el caso de que la espiral fuese completa, la longitud útil de la fresa debería ser:
H L
= tg a
L =
H
[4A1
de donde
tg a
[5A] 235
y para el caso de que la espiral sólo sea para un ángulo central cu < riores fórmulas se transforman 360 0 , las ante en éstas :
h i
L
y
= tg a
[4 Bi
[5131 y para el problema que se está resolviendo : L =
ht tg a
__
3
3
tg 32,21
0,6299
= 4,762
mm
con lo cual la longitud útil mínima necesaria será :
siendo : Lt = longitud útil mínima necesaria de la fresa en mm L = longitud calculada por la fórmula [51 en mm A = ancho del disco de la leva en mm El recurso de inclinar el eje del divisor se puede emplear les de paso distinto con las para hacer espiramismas ruedas . Lógicamente, valor del paso HL elegido y, por consiguiente, el del ángulo a, está limitado por la longitd / del cuerpo de la fresa y por el espesor A de la leva . En consecuencia, el paso Hi máximo, sí L ana, = I A, será igual a :
el
LEZ~~~
Ejemplo 5
Se tiene que fresar una leva de espiral compuesta por cinco la figura 8 .14 . ramas tal como la de Calcular las ruedas y los ángulos de inclinación para tallar cada una así como la longitud útil de la de las ramas, fresa si el disco tiene una anchura Las ramas están formadas cada de 25 mm . una así : 1 . De 0ó a 2 . De 60' a 3 . De 90~ a 4 . De 1200 a 5 . De 150 0 a 6 . De 1800 a 7 . De 2100 a 8 . De 270 0 a 9 . De 300 0 a
60~ ; desplazamiento radial, 90' ; no hay desplazamiento, 120'; desplazamiento radial, 150 0 , no hay desplazamiento, 1800 ; desplazamiento radial, 2100 , no hay desplazamiento, 270 0 ; desplazamiento radial, 300 0 ; no hay desplazamiento, 3600 ; desplazamiento radial,
movimiento uniforme _
Fig. 8.14 236
T reposo
180 °
hl = h = h3 = h4 = h5 = h6 = h7 = h-h9 =
10 mm 0 8 mm 0 5 mm 0 - 12 mm 0 - 11 mm
Solución : 1°
Calcular los pasos de cada una de las ramas espirales: 360 h,
Fii
.
w
360 x 10 -
360 h 3 _ x 8 360 H3 w3 120 - 90 _
HS
360 -h,
_
360 x 8
_
360 x 5
_
180 w5 - 150 H,
_
360 h,
360 x (- 12)
_
w,
30
= 96 mm
360 x 5 30
= 60 mm
_
360 (- 1 2) 60
_ _ 72 mm
_
360 (- 11)
_ - 66 mrn
270 - 210
_ 360 h, _ 360 x (- 11) 1-19 360 w9 - 300 2°
= 60 mm
60
60
Elegir las ruedas para el paso mayor, en este caso H3 = 96 z,
-
p-K
_
H3
z2
6x40
_
96
2x40 32
__ 80 ; a3°90'
32
3°
Calcular el ángulo de inclinación del divisor para cada una de las otras espirales :
1.
Para H, = H5 =60 mm :
sen a, 2.
, = H, = H
Para H, = - 72, habrá que poner o quitar una intermediaria : H
= H'
sen a, 3.
= 60 = 0,625 = 38,68° ; a, = as = 38,68° = 38° 40' 56" 96
H3
H;
72
=
3
96
; a, = 48,59° = 48° 35' 26" = 0,75
Para H, = - 66; con las mismas intermediarias que para H,. sen
= 0,6875 ; a g = 43,43 = 43° 25' 57"
Para hacer los tramos de paso cero, se desconectan las ruedas y se hace girar las vueltas necesarias para lograr los ángulos : w2 =w4 =w 6 =w,=30 0 4° Las longitudes de herramienta necesaria para cada rama son : Para los espacios H 2 = H 3 = H4 = H6 = H6 = 0, la longitud necesaria es el ancho de la leva A = 25 mm . 1.
Para h, :
_
L3
h,
_
tg a
10 tg 38;68
_
10 0,8006
=
12,49 mm
Lt =L,+A=12,49+25=37,49 mm 2.
Para h s : LS
-
hs tg a
-
5 tg 38,68
=
5 0,8006
= 6,25 mm
L, = L, + A = 6,25 + 25 = 31,25 mm 3.
Para h, :
L'
_
h, tg a
_
12 tg 48,59
_
12 10 ' 58 mm 1,1338 =
=L,+A=10,58+25=35,58 mm 23 7
4.
Para h9:
h9 _ 11 11 tg a - tg 43,43 - 0,9466 = 11,62 mm Lt, = L9+A= 11 ,62+25=36,62 mm Como la fresa será la misma para igual a la mayor de las L,, es decir, todas las ramas, deberá tener la longitud mínima Lr = Lr z 38 mm . Le -
8.2 .2
Fresado de levas con el eje vertical del divisor vertical En algunas ocasiones las levas espiral son en forma de ranura, en la cara frontal, como la de practicada la figura 8.15. Lógicamente, en estos casos, no podrá emplearse el método descrito de inclinar el eje del divisor y realizar el fresado de cada rama con habrá que las ruedas apropiadas para su paso exacto, manteniendo el eje en posición vertical (fig . 8.15A) . En la figura 8.158 verse una aplicación de este tipo puede de leva . 8 .3 FJg. 8.15
'"
Fresado de levas por copiado
Las levas de tambor o de disco que no puedan ser fresadas con los dimientos explicados, se pueden procehacer por copiado con montajes los de la figura 8.16, bien de forma tales como automática (fig . 8 .16A) o a mano, sensitiva . de forma Este sistema podría utilizarse para la realización de series de levas ya que se evitan los cambios de múltiples, ruedas, el posicionado y reglaje nueva rama de la leva . para cada
fig. 8.168 EJERCICIOS A RESOLVER Problema 1 Se desea construir una leva de tambor como la de la figura 8 .17 . Indicar : - El proceso a seguir para mecanizar la leva - Los cálculos efectuados para su construcción
Problema 2
Fig. 8.17
Hay que fresar una leva frontal o de campana, con las cotas que figura 8 .18. se indican en la - Calcular los pasos de hélice correspondientes a los arcos respectivos - Las ruedas para construir dichas . hélices. - El proceso a seguir para un correcto fresado de la leva .
238
Problema 3 En una fresadora que tiene 6 mm de paso del husillo de la mesa y que está equipada con un aparato divisor cuya constante es 40, y colocando el eje en posición vertical, se desea construir una leva plana compuesta por una rama de espiral de Arquímedes que se inicia en el grado 20, con un radio de 40 mm y que termina en el grado 55 . Calcular : - El paso de la espiral . - El tren de ruedas que hay que montar . - El error cometido en el paso, caso de no obtener ruedas apropiadas .
Problema 4 En una fresadora como la del ejercicio anterior y con el eje del aparato divisor en posición vertical, se desea construir una doble leva espiral interna como la de la figura 8 .19 . Una vez determinadas las dimensiones, hacer un proceso completo para el mecanizado de la leva, incluyendo todo el cálculo tecnológico que sea necesario . Problema 5 Se desea tallar una espiral completa de paso 95,35 mm sobre la misma fresadora del problema 3, colocando el eje del aparato divisor inclinado . Calcular : - El ángulo que hay que inclinar el eje del divisor y del cabezal de la fresadora . - La longitud mínima que ha de tener la fresa . - El tren de ruedas a colocar entre el husillo de la mesa y del divisor .
Fig . 8. 18
Problema 6 En una fresadora de las mismas características del problema 3, se desea construir una leva de 10 milímetros de espesor, compuesta por un tramo de espiral de Arquímedes, que empieza en el 30° con un radio de 55 mm y termina en el 44° con un radio de 71,7 mm . Disponiendo para su tallado de una fresa de vástago de 55 mm de longitud del cuerpo . Calcular : - El paso de la espiral . - La inclinación que hay que dar al divisor y al cabezal de la fresadora . - El tren de ruedas que hay que montar . - La longitud útil de fresado de la fresa . - La inclinación máxima que podría tener el eje del divisor y de la fresadora para aprovechar toda la longitud de la fresa .
90° Fig . 8. 19
Tema 9. Tallado de fresas
OBJETIVOS - Conocer las particularidades que presenta el tallado de las fresas más utilizadas en el taller mecánico . - Conocer los procesos de tallado para algunos casos particulares .
EXPOSICIÓN DEL TEMA Dado el alto rendimiento que se exige a las fresas, es comprensible que la preparación de las mismas se reserve a talleres o fábricas especializadas . No obstante, resulta interesante conocer de una manera general los problemas que se presentan en estas operaciones. Además, el presente tema servirá para llamar la atención sobre algunas peculiaridades que presentan estas herramientas, ya que al estudiar los procesos de realización se comprenderá más fácilmente sus características y se llegará a tener un conocimiento más profundo de las mismas, que será de gran utilidad a la hora de su utilización . 9.1
fig. 9.1
Tallado de fresas de forma de perfil constante
Ya se han estudiado sus características más importantes . La forma del perfil no se obtiene por fresado, sino por torneado en tornos especiales que se denominan destalonadores . No obstante, hay que realizar en la fresadora, antes del destalonado, el fresado de las ranuras o canales que determinan la separación entre diente y diente y que, además, dan lugar a la superficie de desprendimiento o ataque (figura 9 .1) . Estas ranuras sirven a la vez para dejar espacio a la viruta cortada. Para que el perfil se mantenga constante, la superficie de desprendimiento ha de estar en un plano radial (fig . 9 .1), de tal manera que el ángulo de desprendimiento sea igual a cero . La herramienta que se emplea para la realización de estas ranuras es una fresa cónica o bicónica (fig . 9.2).
A
Fig . 9.2
9.1 .1
Mecanizado de fresas de ranura recta o fresas . de disco con fresa cónica
El tallado de las fresas de disco (fig . 9.3A) no presentan ninguna dificultad, empleando fresas cónicas como la de la figura 9.2A . El proceso sería igual que para hacer ranuras equidistantes en una pieza cilíndrica ; sólo en el centrado de la fresa habrá que poner la mayor atención .
Proceso. Generalmente, el ranurado se hace entre las fases de desbastado del perfil del diente y la de destalonado del mismo . 1 ° Elección de la fresa apropiada y montaje de la misma en el eje portafresas . 2° Montaje del aparato divisor y reglaje de la manivela del disco de agujeros, de acuerdo con el número de dientes o ranuras a fresar . 3° Montaje de la pieza entre puntos . En general, se emplea un mandril o torneador con tuerca y chaveta, ya que suele ser el mismo utilizado para destalonar . Eliminar los juegos del divisor . 4° Reglaje de la fresa : a) Centrar la cara frontal plana de la fresa respecto al centro del disco a fresar (fig . 9 .3 B) . b) Hacer contacto en la periferia del disco (fig . 9.3C) . c) Dar la profundidad de pasada (fig . 9.3D) . 5° Fresar cada uno de los dientes (fig . 9.3E) . Téngase presente que el acero empleado para la realización de las fresas suele ser de alta aleación y de gran templabilidad, razón por la cual habrá que extremar la atención al elegir la velocidad de corte y el refrigerante, para evitar todo posible endurecimiento del material .
D
Fig . 9.3 Proceso de tallado de una fresa de disco de perfil constante .
9.1 .1 .1
Fresado con fresa bicónica
k¡
a
Si se emplea fresa bicónica como la de la figura 9.213, el proceso será igual salvo en el punto 4° ; es decir, en el reglaje de la fresa, que se hará como sigue: Como el ángulo de desprendimiento debe ser cero, hay que colocar la fresa desplazada lateralmente (fig . 9.4A) . De la figura se deduce :
c h = R - z
[2A] 241
16.
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
Fig. 9.4
pero como z = r . cos
E
[3],
al sustituir su valor en [2A] resulta : h .._ R
en ellas : x r R £ h
= = = = =
Z
.cos
E
desplazamiento lateral radio en el fondo del diente a fresar radio exterior de la pieza ángulo del filo de la fresa cortante (fig . 9 .4A) profundidad de pasada
Centrada la punta de la fresa y hecho el contacto con la periferia de la pie descentrar la magnitud x. dar la profundidad h .
a) b)
Tener en cuenta que estas operaciones hay que lo contrario el ángulo de hacerlas con precisié desprendimiento no resultaría ra 9 .4 B y 9 .4 C) . igual a cero (fig Todo esto es cierto si la fresa es perfectamente puntiaguda no suele suceder, habrá . Como es que tenerlo en cuenta y hacer las correcciones tunas ; a saber : opc Según la figura 9 .5, para un radio de redondeado e se tiene : x r + P
= sen d ;
x = (r+p)sen d
[f 9.5
sen i =
8 r + e
[7
también se tiene : h = R - z [8] ; pero z =cos d r de donde z = r * cos d, valor que sustituido en [8] permite hallar h : h=R-r-cos jó]
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 1
Calcular el valor de la profundidad de pasada h y el fresar unas ranuras para una fresa de forma (fig . 9 .3), sabiendo desplazamiento lateral para C = 0° en el caso de que que D = 70 mm, d = 46 la fresa empleada sea : mm, 1 .° Una fresa cónica puntiaguda como la de la figura 9 .2A . 2° La misma fresa con la punta redondeada con un radio P = 2 mm . Con 3 .° una fresa bicónica, 4° Con la misma fresa, F =como la de la figura 9 .213, F = 9° y arista puntiaguda . 9° y punta redondeada con radio Q = 2 mm . Solución .
1° Según la figura 9 .6A, el reglaje es inmediato : x = 0 ; 12 mm h = R - r = 35 - 23 = 2 .° Según la figura 9 .613, el reglaje es prácticamente ya que el redondeamiento es muy pequeño y la diferencia como en el primer caso, puede considerar en el centro . del punto de contacto se Prácticamente se tendrá :
242
x=0, h= R-r=35 -23= 12 mm
Fig. 9.6
El error cometido teóricamente será, según el detalle z, en la figura 9.613 h = R - y pero
Yr = cos d
es decir y = r - cos d y, a su vez, sen d =
r + e
Sustituyendo estos valores se tiene: sen d =
2 = 2 = 0,08 23 + 2 25
de donde d = 4,588560 y=r-cosd=23 x 0,996=22,926 mm h = R - y = 35 - 22,926 = 12,004 mm Prácticamente no hay error apreciable en este tipo de trabajo 3°
Según la figura 9.6C y aplicando las fórmulas [11 y [41 se tiene: x = r h=r
sen E = 23 x sen 9° = 23 x 0,156 = 3,598 mm cosE=35 -123x cos9°1=35-23 x 0,987= 12,28 mm 243
4°
Según la figura 9.6D y aplicando las fórmulas de [51 a [91 se tiene : sen il =
8 = 2 = 0,08 ; r+p 23+2
4,588°
d- £ - p =9°4,588°=4,412° x=(r+p) serró= h = R - r cos ó = (23+2)-sen4,412°=25x 0,0769= 1923 35 - 23 x cos 4,412 = 35 mm - 23 x 0,4916 =, 12,192 mrr Como puede comprobarse por los resultados, esta última corrección es importante . 9.1 .2 Tallado de fresas madre
Al observar la figura 9.7 se comprende que, para tes trabajen con el que las dos aristas mismo ángulo de incidencia, cortanque conforman los es necesario que las dientes sean helicoidales, ranuras con un ángulo de la al complemento del que hélice igual tiene la hélice de los dientes . Ahora bien, como estas fresas suelen tener gran altura a su diámetro, resulta de diente respecto que la hélice de los dientes donde se mida . es distinta según el diámetro
EJEMPLO RESUELTO
Ejemplo 2
¿Cuáles son los ángulos de la hélice en los de una fresa madre para diámetros engranajes de módulo m = 3, si exteriores, medio e interior 70 mm y tiene una su diámetro exterior es de = entrada?
Solución;
Según la figura 9.7, para el diámetro primitivo : tga =
p nd
cosa Pero
244
= tg
pn Z cosa
rr
cr =
d
_cos pz a n d
p ' z = sen a _ Ti -d
Pn _ IT - mn
luego: n . mn . sen a = Tr - d
sen a =
Z
mn . d
Z
3 = 3 = 0,048 ; a = 2,75 0 = 20 45' 70 - 7,5 62,5
Para el diámetro exterior : sen ae = m
Z
de
= 3= 0,024857142 ; ae = 2,456 = 20 2T 70
y para el diámetro interior : sen a; _
mn z 3 3 _ _ 3 = 0,05454 _ d; d - 7,5 62,5 - 7,5 55 a ;=3,12°
30 T
Si se calcula el paso para cada uno de los diámetros resultará también distinto . Así para el diámetro primitivo: H=
n-d _ n-62,5 = n-62,5 =4085 mm tg a tg 2,75 1 0,048 Para el diámetro exterior : n' de n-70 He = _ _ n-70 tg ae tg2,4561 0,04289
= 5127 mm
y finalmente, para el interior : H n ' d; _ n - 55 - n 55 = tg a; tg 3,12 0 0,05454
= 3169 mm
Naturalmente sólo puede tallarse con un único paso, es decir, que si se toma el paso del diámetro primitivo, que es lo normal, se tiene que: H =
n-d tg a
sen a =
[101
d
El proceso para el fresado puede ser éste : 1 ° Elegir la fresa y montarla en el eje portafresas . Siempre se emplea una fresa bicónica o de botón . 2° Montar el aparato divisor : a)
Calcular las ruedas para la hélice con la fórmula conocida :
b) calcular las vueltas de la manivela para pasar de un diente a otro ; empleando la fórmula : m
K z
Convendrá elegir un círculo de agujeros lo mayor posible; así el esfuerzo en el pivote de la manivela será menor. 3° Montar la pieza a) Montar entre puntos ; eliminar juegos . b) Hacer señales de referencia sobre la pieza para el centrado de la fresa (fig . 9.8). 4° Girar la mesa a la derecha o a la izquierda según el sentido de la hélice y en un valor igual al ángulo de la hélice a . 5° Hacer contacto con la fresa en la señal de referencia . 245
Fig. 9.8 Procedimiento para el marcado de trazos de referencia para el centraje de la fresa .
6°
Desplazar la mesa lateralmente en el valor (fig . 9 .9) .
f1 Calcular el valor x con la fórmula 111 o la [5[31, según puntiaguda o con redondeamiento que la fresa si . (Si se emplease fresa de botón no haría ófal(gincr la mesa y habría que desplazarla en el valor x) . 7° Dar la profundidad de pasada h, calculada con la según sea la fresa puntiaguda fórmula (41 la o redondeada . 8° Fresar cada uno de los dientes .
Fig. 9.9 Montaje para el tallado de las ranuras de una fresa madre y desplazamiento lateral corregido .
9 .2
Las fresas empleadas para planear son las de diente recto y las de dient helicoidal (tema 2) . Tanto en unas como en otras, el ángulo de desprendimiento valor positivo . En algunas suele tene ocasiones, también puede ser de valor cero, y poca veces se hace negativo . El ángulo de incidencia suele una vez templada y obtenerse por amolado revenida la fresa . Con todo, puede hacerse también po fresado . Es frecuente, en estas fresas, hacer una especie talonado del diente con una de desahogo o des fresa distinta de la empleada lo de desprendimiento . para hacer el ángu Seguidamente se explica la manera de tallar estas fre sas según los casos más frecuentes . 9 .2 .1
Fig, 9. 1o
Tallado de fresas cilindricas de planear
Tallado de fresas de planear de diente recto y ángulo cero de desprendimiento
Es un caso similar al descrito para las fresas de forma La fresa empleada puede con diente recto . ser cónica o bicónica y el reglaje se hace exactamente como se ha explicado en los apartados 9 .1 .1 y 9 .1 queda esquematizado el reglaje .1 .1 . En la figura 9 .10 efectuado : Para fresar el ángulo de incidencia se procede como sigue : 1 o. Si se dispone de fresa cónica de ángulo igual al problema alguno ya que el de incidencia, no hay reglaje es inmediato : a) Se centra la fresa a tallar, de manera que la miento quede vertical (fig . 9 .11A) superficie de desprendi. b) Se hace contacto con la pieza y se da la profundidad la superficie de hasta lograr que desprendimiento y la de incidencia formen la arista de corte . c) Se fresa cada uno de los dientes . 2° Si no se dispone de la fresa con el mismo se puede solucionar el ángulo que el de incidencia problema con cualquier otro tipo de fresa, con tal sea capaz de fresar una que superficie plana . Algunos de los a) Que la fresa disponible sea casos posibles son : una fresa cónica de tinta al ángulo de incidencia ángulo o pendiente dis; es decir, que y :91' A (fig . 9 .11 B) . b) Que se disponga de fresas frontales o cilíndricas (fig . 9 primer caso, como se muestra .11 C) . Para el en la figura 9 .11 B, tanto hay que disponer la cara si y > A como si y < A, de formando un ángulo respecto vertical de modo que ± d =desprendimiento y _ A. a la Para el segundo caso, como se muestra en la figura 9 ser igual al ángulo de .11 C, el ángulo d debe incidencia : d = A . En la figura 9 .11 C se muestra claramente el tipo dé fresa empleada . posicionamiento para cada Sea cual sea la fresa hay que disponer el ángulo d a partir de desprendimiento . de la superficie Para hacer el desahogo de las fresas que lo necesiten, mente como se acaba de se procede exactaexplicar para el fresado de la superficie de incidencia, cambiando solamente el ángulo A de incidencia por (fig . 9 .11 D) . el ángulo d de desahogo
246
9.2 .2
Tallado de fresas de planear con diente recto y ángulo de desprendimiento positivo
El problema y la solución es similar al caso anterior ; sólo el reglaje de la fresa debe hacerse de modo distinto según sea e[ tipo empleado, y que, en cada caso, es como sigue: 1 . Con fresa cónica puntiaguda . Según la figura 9.12A, el reglaje queda reducido al posicionamiento de x, y de la profundidad h y cuya deducción es la siguiente : = sen C
R de donde:
x=-
R - senC~
[13A]
Para la profundidad h: h = R - z
[14A]
= cos d
[15A]
pero
r de donde
z = r - cos á
[15131 247
Fig. 9.12
Previamente habrá que calcular : [161 De la fórmula [14A] y ; de la [1513] se tiene: [14131 EJEMPLOS RESUELTOS
Ejemplo 3 Calcular el valor de x y de h para tallar una fresa de planear de d = 70, C = 14°, si se emplea diámetro D = 90, una fresa cónica (fig . 9 .12A) .
Solución: 1 ° Con fresa puntiaguda :
De la 113A] se tiene
x=R-sen C=-' .sen14°=45x 0,2419= 10,88 mm 2 De ;la [161 :
de donde d = 18,11248
sen '.ó = x = 10,88 = 0,3108 r 35
De la [14131 : h = R - r - cos d = 45 -35 - cos 18,11 ° = 45 - 35 x 0,9505 = 45-33,2675= 11,73 mm 2° Con fresa redondeada de redondeado Q = 2 mm Según la figura 9.1213, se tiene que el valor de x es el mismo que en el caso anterior . Si el centrado se hiciese respecto al punto más bajo del redondeado se tendría: x1 = x-Q
[13131
De la misma figura 9.1213, se tiene que h= R-z
114A1
z+Q Z cosó r + e
[17A]
z=(r+e)-cosó-Q
[17131
Pero también :
de donde A su vez :
sen ó =
x, r + Q
[181
Sustituyendo el valor de [17131 en el [14A] se tiene : h=R+Q- (r+ Q) cosó 1
[14C)
Ejemplo 4
Calcular el valor de x, x, y h para la misma fresa del ejemplo anterior, pero empleando una fresa con redondeamiento en la punta de E = 2 mm . Solución:
El valor x es el mismo : x = 10,88 mm . x,=x-Q=10,88-2=8,88 mm sen d =
8,88 x, = 8,88 = 0,24 = r+Q 35+2 37
de donde ó = 13,88° y cos ó = 0,971 En la fórmula [14C] se tiene: h=R+Q-(r+Q) cosd=45+2-(35 +2)cos13,88°=47-37 x 0,971 = =47-35-918=11,08 mm . 2.
Con fresa bicónica y puntiaguda .
r
Según la figura 9.12C se tiene:
= sen a,
[19Aj
de donde : [198] Pero
02
= a, + £
[20] 249
m sen al = r
[211
y también m - = sen C R
[22A]
de donde m = R sen C Calculados los valores de 12213[, [211 con la 119131 . Según la misma figura se
[22 B]
y 1201
se puede calcular el valor de x tiene la conocida fórmula
También se puede escribir que
123A]
r de donde z=r
cos
a2
123 B I
valor que sustituido en [14A] se tiene : 114D1 EJEMPLO RESUELTO
Ejemplo 5 Calcular el valor de h y x para hacer la misma fresa de D = 90, d = 70 y C = 14° una fresa bicónica puntiaguda cuyo ángulo E = 9°,
con
Solución .La cota x se calcula aplicando las fórmulas siguientes :
122 B1
m=RsenC=45 xsen14 ° =45x0,2419=1088 mm
1211
sen al =
[201
a2
119 B I
m r
=
10 ' 88 35
= 0,3108 ; de donde a, = 18,11°
+ a = 18,11 1 + 9° = 27,11' ; valor que sustituido en x = r sen a2 = 35 sen 27,11 0 = 35 x 0,4557 = E,
Para hallar h se aplica la fórmula 114 D] : h = R - r cos a2 = 45 - 35 cos 27,11 3.
0
= 15,95 mm
= 45 - 35 x 0,8901 = 45 31,154 = 13,84 mm
Con fresa bicónica y punta redondeada con radio Q De la figura 9 .12D se desprende, como primer criterio a tener en cuenta, que el ángulo de desprendimiento C, el radio exterior R y el redondeado de la fresa Q, están relacionados según la siguiente ecuación : [23 A] 250
De la misma figura 9 .12D, resulta : h = R -z
[14A]
z = y - Q
[24 A]
pero
A su vez:
r + Q
= cos E
[25 A]
de donde y = (r + Q) cos E
[25 B]
que sustituido en la [24A] se tiene : z=(r+Q)cosE-Q
[24 B]
Llevando este valor a la [14A1 resulta, finalmente : 1 .
h = R+Q-(r+Q)cos
[14E]
También de la misma figura : r + Q por tanto : x=(r+e)senE
[26]
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 6
Calcular los valores de h, x y Q para tallar una fresa igual a la del ejemplo anterior, pero con una fresa bicónica de ángulo s = 9° . Redordemos que : D = 90 mm ; d=70mm ; C=14°. Solución : Aplicando las fórmulas [231 a [261 se tiene: Q=RsenC=45xsen14°=45x0,2419-- 10,88 mm h=R+Q-(r+Q) cose =45+ 10,88-(35+ 10,88) cos9° = 55,88 - 45,88 x 0,9876 = 55,88 - 45,315 = 10,56 mm Según la fórmula [261 : x = (r + Q) sen e = (35 + 10,88) sen 9° = 45,88 x 0,1564 = 7,17 mm Si hacemos el trazado a escala de estos resultados se observa que el valor de Q así calculado es muy grande y con él tiene que serlo el paso o separación entre diente y diente ; es decir, que la fresa tendrá muy pocos dientes, lo que puede ser un gran inconveniente para las fresas de diente recto . Se puede fresar, y así suele hacerse, con una fresa de radio Q menor y calcular el posicionamiento a partir del punto A, de la figura 9 .12E . 25 1
Para simplificar los cálculos, y dada la poca importancia que pueden tene algunos errores en estos tipos de fresas, se puede hacer que el centro del redor deamiento coincida con el radio OA (fig . 9 .12E) y así se obtienen las fórmula,,
z = y - (Y, + Q)
y a su vez:
Y R
[28 A
=cos(C+E)
y, por tanto y = R - cos (C + E )
[29
Siempre en la misma figura : Yi =cos(C+E) R-(r+Q) de donde Y, =[R-(r+ e)] cos (C+E)
[30 .-
Sustituyendo las fórmulas [291 y [301 en la 128AI se tiene : z=R-cos (C+E)-[(R-(r+ Q)) cos (C+E)+Q]= =R cos (C+E)-R cos (C+E)+(r+Q) cos (C+E)- Q z=(r+Q) cos (C+E)-Q
Valor que. sustituido en la [14A1 : h=R-(r+Q)cos(C+E)+~
[28 B]
[14F]
A su vez se tiene: Q = sen C R-r-Q
de donde
Q=(R-r- Q) sen C ; Q =(R-r)sen C - QsenC ;Q+QsenC=(R-r)senC Sacando factor común : Q( 1 +senC)=(R-r)senC Q
-_
(R - r) sen C 1 + sen C
[311
Finalmente : x = sen (C + £) r + Q
[32 A]
y de ella x=(r +Q )sen(C+e) 252
[32 B]
EJEMPLO RESUELTO
Ejemplo 7 Tallar una fresa con los mismos datos de la anterior pero empleando un radio de redondeado e en las condiciones que representan las fórmulas (311, [14F] y [32131 . Los datos son : D = 90 mm ; d = 70 mm ; C = 14° y e = 9° . Calcular e, h y x. Solución: De la fórmula [311 : _ (R - r) sen C _ (45 - 35) sen 14° _ 10 x 0,24192 _ 1,95 '95 z 2 mm 1 + sen C 1 + sen 14° 1 + 0,24192
e
Según la fórmula [14F] : h = R-(r+e) cos (C+e) +e=45-(35+2) cos (14+9)+2=45-37 x x cos 23° + 2 = 45 - 37 x 0,9205 + 2 = 47 - 34,058 = 12,942 mm ;z 13 mm y según la [32B1: x = (r + e) sen (C + c) = (35 + 2) - sen 23 = 37 x 0,3907 = 14,457 mm 9.2 .3
Tallado de fresas cilíndricas de planear de diente helicoidal con ángulo de desprendimiento cero
Las fresas y los procesos empleados son los mismos que los señalados en el párrafo 9 .1 .2, añadiendo lo dicho en el párrafo 9.2 .1 para la ejecución del ángulo de incidencia y el desahogo . EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 8 Calcular y explicar el reglaje y proceso de fabricación utilizados para tallar una fresa cilíndrica de las siguientes características : dm = 80 mm ; z = 11 ; C = 0° ; A = 5° ; ángulo de la hélice a = 30° . El resto de datos aparecen en la figura 9.13. Solución: 1°
Paso de la hélice :
H _ rr * dm _ 7r , 80 _ 3,14 x 80 = 435,5 0,577 tg a tg 30 1 2°
Ruedas : _ zi _ h ~ K _ 48 _ 6 x 40 _ _ 87 H 435,5 z2
_ 50 90
Con estas ruedas se obtiene una paso : H _ 90 x 60 x 40 = 432 mm 50 lo que supondría a su vez un ángulo de hélice media a, = 30° 18', admisible para este tipo de trabajo. 3°
La manivela para la división será : m =
Fig. 9.13
K 8 = - = 3 z 11 33
4 .° Si se emplea una fresa bicónica con un ángulo c = 9° el reglaje será : a) Si la fresa es puntiaguda, según la fórmula 111 se tiene 70 . x=r , sena=sen9 0 =35x0,156=5,47 mm 2 Por ser helicoidal, según la fórmula 1121 : x 5,47 5,47 xo cos a cos 0,866 30 1
= 6,32 mm
Por la fórmula 141 : 90 h = R - r cos c=-- - 35 cos 9° = 45 - 35 x 0,987 = 10,43 mm 2 b) Si la punta de la fresa fuese de redondeado notable ; por ejemplo que emplear las fórmulas [5131 a [91 :
e
= 3, habría
x = (r + p) sen d
pero sen (3 =
e
r+~
- -- 3
35+3
= 0,0789
de donde : (3= 4,52 ° yd=c-(3=9-4,52° =4,47° Sustituyendo en 15131 : x = (35+3)0,0789=2,99yx o =
2,99 0,866
= 3,45
h = R - r cos d = 45 - 35 x cos 4,47° = 45 - 35 x 0,9969 = 10,10 mm 9 .2 .3 .1
Tallado para fresa cilindrica de planear de diente helicoidal, con ángulo de desprendimiento positivo C > 0 En principio el reglaje es igual que para las fresas de diente recto hechas con fresas bicónicas (apartado 9 .2 .2), teniendo en cuenta que para el desplazamiento lateral el desplazamiento real debe x . ser x o = cos a El proceso a seguir podría ser el siguiente : 1. Elección y montaje de la fresa-herramienta . Procurar que el diámetro sea pequeño . 2° Montar el aparato divisor : -- Cálculo y montaje de las ruedas para el tallado de la hélice . - Cálculo del giro de la manivela . Elegir el mayor círculo de agujeros posible . 3° Montar la pieza entre puntos . A ser posible emplear torneador con tuerca y chaveta . Comprobar el centrado . 4° Trazar señales de referencia para el centrado de la fresa . 5° Girar la mesa un ángulo a, para lograr la inclinación de la hélice y que la fresa no talone . 6° Centrar la fresa con las señales de referencia . 7° Desplazar lateralmente la mesa . Recordar que el desplazamiento debe ser xo . Las fórmulas empleadas serán las de el apartado 9 .2 .2 .1 : x =r-sena2 a2=al+c sen a, = 254
m r
119131
m= R-sen C
122 B1
1201 1211
1121
8° Dar la profundidad de pasada h= R-r-cos a2
[14D]
9° Fresar cada uno de los dientes. 10° Fresar el ángulo de incidencia (ver n° 9.2 .1) según la fresa empleada . Con 11 0 la misma fresa u otra más apropiada fresar el ángulo de desahogo o destalonado. EJERCICIO A RESOLVER Problema 1 Calcular los datos necesarios para tallar una fresa cilíndrica de planear según los siguientes datos : d,, = 80; z = 11 ; C = 12°; A = 5° ; ángulo de desahogo A = 45°; ángulo de la hélice a = 30° . Los demás datos aparecen en la figura 9.14. 9.3
Fig. 9. 14
Tallado de fresas frontales
Las fresas frontales pueden ser de ángulo cero (fig . 9.15A) y de ángulo retrasado (fig . 9 .15 B) . Más raramente pueden tener ángulo adelantado (fig . 9 .15 C) .
Fig . 9.15 El tallado debe hacerse de manera que la faja de la superficie de incidencia sea casi uniforme . Esto se logra tallando los dientes con una fresa cónica de ángulo (3, e inclinando el eje del divisor un ángulo a (fig . 9.17) . El ángulo (3 suele ser de 60° para diámetros de 30 a 75 mm y de 50° para tallar fresas de 75 a 150 mm . De la observación de la figura 9 .16 se deduce inmediatamente que: ab
tgw=
;tg(3=
CD
ab
Diviendo ambas expresiones ordenadamente, resulta : tg w tg (3
_ ab ab
CE oa
tg w _ tg (i
C E oa
En el triángulo CDE se puede establecer : cos a =
A B OA
=
C E oa
'ya que AB =CEyOA=oa
cos a =
w =
tg w tg (3
[33]
Como se ve, w es función del número de dientes de la fresa a tallar ; o sea, 360 z
255
Fig . 9.16
Por su parte (i es el ángulo de la herramienta y, lógicamente, dato conocido . es siempre
un
EJEMPLOS RESUELTOS Ejemplo 9 Calcular y describir el proceso para fabricar una fresa frontal de faja debe quedar de 1,5 mm en la 19 dientes, si la parte más ancha . El diámetro de 100 mm y la fresa empleada exterior de la fresa es tiene un ángulo de 50° . El ángulo de retroceso y = 0, Solución 1. Colocar la pieza a fresar sobre un torneador al aire sujetado con tirante ajustando al cono interior del eje y (fig . 9 .17A) . 2° Trazar líneas de referencia para el centrado de la fresa (puede prescindirse de este trazado ya que el centrado de la fresa es fácil desde la Colocar la fresa y centrarla . periferia de la pieza) . 3° Inclinar el eje del cabezal en el ángulo a calculado con la fórmula i331 .
cos a =
t9 cu t9 (f
=
t9
360
19 tg 50
=
0,3433 1, 19175
= 0,288
de donde a = 73, 25° (fig . 9 .1713) . 4° Dar la profundidad de pasada . Se puede proceder de dos maneras : al Naciendo contacto con la fresa en el punto medio (fig . 9.17C) ; suele estar vaciada en ese punto, como quiera que recerá la obtención de la faja de se coloca encima un pequeño espesor e, que favoincidencia . Naturalmente, este procedimiento sólo será posible si no sobresale el torneador . bl Se hace contacto en la parte más alta de la pieza (fig . 9 .17D) y se da fundidad h calculada así : una proh R
= cosa ; h = R - cos a = 50 x cos 73,25 = 50 x 0,2882 = 14,41 mm
e
256
Fig . 9. 17 Proceso de tallado de una fresa frontal.
Será prudente dar un poco menos de profundidad y hacer un par de dientes, comprobando el ancho de faja resultante . Si la faja es excesiva, se da una nueva pasada con algo más de profundidad . Una vez logrado el ancho deseado se fresan todos los dientes con la misma profundidad . 5° Si la fresa debe llevar dientes periféricos, se procede como se explicó en el apartado 9 .2 .1 . Naturalmente, habrá que hacer coincidir las superficies de desprendimiento de los dos dientes; el frontal y el periférico . 6° Fresado de la superficie de incidencia . Para los dientes periféricos, si los hay, se procede como quedó explicado en el apartado 9.2 .1 . Para los dientes frontales, lo más sencillo es emplear una fresa frontal poniendo el eje del divisor vertical e inclinando el eje de la fresadora (fig . 9.17E) en el ángulo de incidencia A. Si la fresa es de diente retrasado, con un ángulo de retraso y, se procede de manera similar, pero teniendo en cuenta las siguientes particularidades : 1? El canal para hacer el ángulo de desprendimiento se hace con una fresa con ángulo f3 relativamente pequeño : (3 = 30° a 50° . Para esta primera fase habrá que descentrar la fresa en un valor: EZsen y
[341
2? El desahogo o destalonado se hace con una fresa de unos 60° a 70° . 3' Si la fresa debe llevar dientes periféricos, éstos deberán ser helicoidales, con un ángulo de hélice de 15° a 20°. Las fresas de disco de dos o tres cortes pueden considerarse como frontales para su tallado. 9.4
Tallado de fresas cónicas o bicónicas
Para lograr en el fresado que la faja de incidencia sea uniforme hay que hacerlo con una fresa cónica de ángulo (f, e inclinando el divisor un ángulo a (fig . 9 .18), de manera similar a lo explicado para las fresas frontales. De la figura citada se deduce : a = cPi -
E
[351
Quiere esto decir que se habrá de calcular previamente los ángulos T, y tg TI =
M B O ; OM M [ 11 OM MA R
= tg (3z [2A] ; OM = R - tg /3z (2131
siendo ¡3z el ángulo de la fresa a tallar . Como resulta que MB = 0'C' : 0' C' 0' B'
_
0' C' R
= cos w [3A] pero co
308Z
0'C'=MB=R-cosw[3131
257 7.
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
Sustituyendo los valores de la [3 B] y [2 B] en la [11 y dividiendo por R se tiene : _cos _ w t9 Ti = t9 ¡32
[36J
Por otro lado : sen cp 2
=
B
B
[41 , BN
=
C"G" , y, a su vez :
C G = BN =
C B,tg (f,
C" B" C" G"
= tg P l [5 A}
[5 B]
Según se aprecia en la misma figura : B' C" B" = C' B' ; C' 0' B'
_
C' B' R
= sen w[7 A] ; C' B' = R
sen w = C"B" [7131
Sustituyendo C"8' ; en la expresión 15131 por el valor hallado, se tiene: BN =
R - sen co
[5C
tg p,
A su vez : OM
sencp,=
0 B
[8A] ; OB=
MB sen T,
; OB=
R-cosw sen T,
[8 C1
A continuación, volviendo a la fórmula [41, se sustituyen los valores de 8N y 08 : R-senw sen cp 2
tg p,
=
R - sen co - sen 9, R-coscu-tgp,
R-cos w sen T,
Simplificando y haciendo
sen cu
cos w
sen cp 2
=
= tg w, se tiene finalmente : tg w - sen cP, tg p,
[37
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 10
Calcular el ángulo de inclinación del divisor para tallar los dientes de una fresa cónica de 18 dientes cuyo ángulo I'2 es de 65°, si se emplea para este trabajo una fresa cónica de ángulo (3, = 75°. Solución: Aplicando las fórmulas [351 a [371 se tiene:
tg Ti = 258
cos w _ tg 1'2
360 cos -18 tg 65
cos 20 2,1445
_ 0,9396 = 0,4382 2,1445
de donde cp, = 23,66° sen
cP2
-_
tg ca - sen
tg 20 x sen 23,66 - 0,3639 x 0,4382 = 0,0427 tg 75 3,73205
tg (fi
de donde T2 = 2,449° Finalmente :
a = (P, - (P 2 9 .5
=
23,66 - 2,449 = 21,21 ° = 21' 12'
Fresado de machos de roscar
Las ranuras de los machos de roscar deberían ser helicoidales, según lo que se dijo al hablar de las fresas de tallar engranajes o fresas madres . El ángulo de desprendimiento, por la misma razón, debería ser cero . Para lograr un trabajo en mejores condiciones se pueden tallar con distintos ángulos según los materiales . Para los casos generales suele emplearse una fresa de perfil circular . Las fórmulas empleadas suelen ser (fig . 2.19) las siguientes : R =
d, tg (Í1 - a) 2
tg a
[381
180
= S d,
(391
n
[401
[411
siendo : d, = diámetro interior de la rosca y n el número de ranuras La profundidad de pasada suele tomarse igual al radio de curvatura R de la fresa . EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 11
Hallar el radio de la fresa apropiada para ranurar un macho de M20 con cuatro ranuras. Solución : Aplicando las fórmulas propuestas y consultando las tablas de roscas para M 20, se tiene : d, ;z= 16,5 mm d 165 s=' =- = 4,125 mm n 4 tg a =
s = 4,125 = 0,25 ; de donde a = 14° d, 16,5 tg (3 =
R
=2
= tg (/3 - a) =
180 = 180 = 450 n 4 2
. tg (45° - 14°) = 8,25 x tg 31 =
= 8,25 x 0,6008 = 4,95 mm z 5 mm La profundidad de pasada sería h = R = 5 mm . 259
Aunque estas fórmulas dan valores aproximados, es suficiente para el fresado, ya que el ángulo correcto de afilado se obtiene posteriormente por afilado . 9 .6
Fresado de escariadores
El fresado de escariadores, ya sean de dientes rectos o helicoidales, es semejante al tallado de fresas cilíndricas de planear, explicado en los apartados 9.2 . EJERCICIOS A RESOLVER Problema 1 Se desea tallar una fresa de disco de perfil constante de 100 mm de diámetro, cuya altura de diente es de 12 mm . La fresa cortante es bicónica isósceles con un ángulo de punta de 30° y un redondeamiento en la misma de 3 mm de radio . Calcular los desplazamientos que deben darse . Problema 2 Calcular las cotas x y h necesarias para el tallado de una fresa cilíndrica de planear cuyo ángulo de desprendimiento debe ser de 8°, la altura del diente 12 mm y el diámetro 80 mm . La herramienta utilizada es una fresa cónica puntiaguda de 60° . Problema 3 Hay que tallar una fresa frontal de 10 dientes con una fresa cónica de 75° . Calcular la inclinación que hay que dar al eje del divisor . Problema 4 Calcular la inclinación que debe tener el eje del divisor para una fresa cónica de 60° y de 18 dientes, sabiendo que la herramienta tallar correctamente que se va a emplear es una fresa cónica de 70° . Problema 5 Calcular el radio de la fresa apropiada para ranurar un macho de M 16 con cuatro ranuras .
Tema 10 . Fresadoras especiales
OBJETIVOS - Conocer las características esenciales y las posibilidades de trabajo de las distintas clases de fresadoras .
EXPOSICIÓN DEL TEMA Bajo el título de fresadoras especiales, se pretende hacer un breve repaso de los tipos de máquinas de este grupo que poseen características diferentes de la fresadora universal y que han sido concebidas para ejecutar con rapidez y precisión una variedad más limitada de trabajos . A veces, por el contrario, aunque parezca paradójico, están dotadas de mayor versatilidad ; tal es el caso de las fresadoras de utillaje, por citar un ejemplo . 10 .1
Fig . 10.1
Fresadora vertical.
Fresadora vertical
Es una fresadora parecida a la universal, cuyo cuerpo o bastidor ha sido modificado, en su parte superior, de modo que presenta una curvatura hacia adelante que sostiene en su extremo el husillo principal, dispuesto verticalmente (fig . 10 .1) . Como se ve, es una máquina ideal para trabajos de planeado con fresa frontal o plato de cuchillas . Los órganos fundamentales de la máquina pueden verse en la figura 10 .2 . El movimiento principal se transmite desde el motor (8) a la caja de velocidades (6) en cuya salida se encuentra el piñón de ataque, que mueve el husillo (2) a través de una transmisión cónico-helicoidal (1) . A su vez, el motor actúa sobre la caja de avances (9), que es la encargada de mover la ménsula, el carro transversal y la mesa . La fresadora vertical del esquema tiene la particularidad de que el husillo es inclinable a uno y otro lado, según un plano vertical, gracias al sistema de ensamblaje del cabezal, que puede girar sobre una plataforma circular graduada para formar con la mesa un ángulo determinado . En algunas máquinas el husillo portafresas tiene desplazamiento axial, accionado por un volante y un mecanismo reductor . Hay fresadoras verticales cuyo cabezal no es inclinable (fig . 10 .3) . Con ello, lo que se pierde en versatilidad se gana en robustez . Obsérvese el sólido aspecto de la máquina de la figura citada, con el detalle de las dos columnas que mejoran el apoyo de la ménsula . La forma de la mesa no tiene por qué ser necesariamente prismática, sino que puede ser circular, montada sobre una plataforma del carro portamesa y que gira, movida por un motor propio, normalmente hidráulico . Estas fresado26 1
Esquema de una fresadora vertical. 1, ataque del eje principal,- 2, eje principal,- 3, mecanismo de avance de la mesa, 4, ménsula, 5, husíllo de traslación avances, 6, conos de poleas, 7, cadena transmisión avances, 8, motor 9, caja cambios para avances. Fig . 10.2
Fig . 10.3 Fresadora vertical de cabezal fijo Correa .
ras se emplean en la producción en serie, porque permiten un fresado continuo, sin tiempos muertos. En efecto, mientras dura el fresado de una pieza, el operario efectúa el montaje y desmontaje de otras piezas en el utillaje emplazado sobre la mesa giratoria . Una variedad muy notable de fresadora vertical es la de torreta que será estudiada como fresadora de utillaje . También existen fresadoras verticales de bancada fija y cabezal móvil que se desliza a lo largo de unas guías del montante . 10 .2
Fresadora de bancada fija
Llamada también fresadora-mandrinadora por su parecido evidente con aquélla, ha representado una pequeña revolución en la técnica del fresado . En efecto, con ella es posible realizar cualquier clase de mecanizado en desbaste o acabado, con factores de corte muy elevados y con un campo de trabajo muy superior a las fresadoras universales . Ello es debido fundamentalmente a la concepción distinta de los órganos de la máquina, en especial de las partes móviles, puesto que aquí la bancada (equivalente a la consola de la fresadora universal) es fija (fig . 10 .4) y el carro transversal es de anchura mucho mayor y además es rígido, sin partes giratorias, al revés de lo que ocurre en la fresadora universal cuya mesa puede pivotar sobre una plataforma para poder fresar ranuras helicoidales, por ejemplo. A continuación, se estudian sus partes más importantes.
Fig. 10.4 Fresadora de bancada fija Secrnu .
262
10 .2 .1
Bancada y montante
Son dos bloques de fundición aleada en forma de caja, fuertemente nervados, que se acoplan entre sí para constituir el cuerpo de la máquina. La bancada lleva unas guías templadas y rectificadas por donde se desplaza el carro portamesa . El montante tiene guías verticales para el cabezal, de modo que éste queda dispuesto perpendicularmente a la mesa . 10 .2 .2
Cabezal
Es un grupo monobloc que contiene el husillo portafresas y los trenes de engranajes necesarios para conseguir las diferentes velocidades de giro, con el motor acoplado por brida en la parte exterior . El movimiento vertical se obtie ne con frecuencia por medio de un motor independiente que mueve el husillo transmisor y éste mueve, a su vez, el cabezal al roscar en una tuerca que lleva atornillada . Para compensar el juego, existe el sistema clásico de contrapeso, sujeto con una cadena de rodillos, o bien, se puede usar un compensador hidráulico ; ambos se montan en el interior del montante . El husillo de la figura 10 .5 pertenece a una moderna máquina de esta clase. Se apoya por tres puntos : el delantero, naturalmente muy sólido, el trasero y el intermedio . Esta disposición le proporciona una notable rigidez dinámica . Para evitar los efectos del calentamiento excesivo lleva un sistema refrigerador compuesto por un intercambiador de calor, intercalado en el circuito hidráulico alimentado por una bomba de paletas calada en el mismo árbol motor. La nariz del mandril tiene un asiento de cono normalizado y chavetas frontales para acoplarle sin dificultad toda clase de fresas y el aparato vertical . Obsérvese el sistema de bloqueo rápido de la herramienta. En la parte superior del cabezal existen unas guías de cola de milano que permiten acoplarle un puente o carnero para poder trabajar con árbol portafresas horizontal con apoyo de luneta .
Fig.
10 .2 .3
10 .5
Husillo portafresas horizontal (Secmu).
Carros
En realidad sólo existe un carro, el transversal, que sostiene la mesa de la máquina y, a su vez, se apoya sobre la bancada . Si este apoyo no es suficiente, porque el recorrido de la mesa es considerable, se instalan unas guías auxiliares fuera de la bancada dotadas de apoyo cilíndrico (fíg . 10 .6) . El movimiento del carro y de la mesa puede ser manual o automático . En este caso la máquina dispone de una numerosa gama de avances y de una velocidad rápida de aproximación y salida ; a veces, incluso, existe variación continua entre ciertos márgenes por medio de motores acoplados a los husillos de traslación . Hay máquinas de esta clase que carecen de carro transversal (fig . 10 .7) y la mesa, de grandes dimensiones, se apoya directamente sobre la bancada, lo que permite el fresado de piezas muy pesadas y asegura al mismo tiempo una guía más precisa. Para compensar la ausencia del carro transversal es necesario descomponer el cabezal en dos partes ; la primera actúa de carro vertical y sostiene a la segunda, que no es más que un puente motorizado capaz de moverse transversalmente y, a la vez, dotar a la fresa de movimiento de corte . 263
Fig . 10.6 Posición de las guías auxiliares del carro transversal.
Fig. 10.7 Fresadora de bancada fija Zayer. 10 .2 .4
Empleo de la fresadora de bancada fija
Este tipo de máquina se emplea casi siempre para trabajos de producción ; o sea, que requieren un elevado volumen de viruta arrancada . También es ideal para mecanizar piezas grandes, debido a la amplitud de la mesa de trabajo, a la facilidad de acceso y a los recorridos largos que tienen los órganos móviles . Las fresas más empleadas son las frontales de dos cortes y los platos de cuchillas que se montan, tanto en el aparato universal, como directamente en el cono del husillo . Para mecanizar piezas de caras paralelas y formas regulares, resulta de gran utilidad el uso de la mesa giratoria que es una plataforma divisora que se instala sobre la mesa y permite presentar las caras a fresar por giros sucesivos, sin necesidad de desmontar la pieza . Asimismo, para mecanizar piezas en posición vertical, es de gran utilidad una escuadra fija sujeta sobre la mesa y en la que se atornilla la pieza en cuestión (fig . 10 .8) . La fresadora de bancada fija es una máquina de gran precisión a la que, con frecuencia, se le adaptan lectores ópticos y husillos con tuerca de bolas que permiten efectuar trabajos de semipunteado .
Fig. 10.8 Fresado del bloque de una mesa en una fresadora de bancada fija . 264
10 .3
Fresadora-cepilladora de bancada fija
Es una variante muy especializada de fresadora de bancada fija, especialmente adecuada para el planeado de piezas de forma alargada por sus caras exteriores, empleando, casi exclusivamente, platos de cuchillas de gran diámetro . La parte fundamental de la máquina está integrada por la bancada, el montante o montantes y el cabezal o cabezales. La bancada tiene unas guías prismáticas por donde desliza la mesa alternativamente, movida por un husillo de grandes dimensiones que lleva un mecanismo de rueda y visinfín conectado al motor principal . Al girar el husillo, una tuerca roscada en él, y firmemente sujeta a la mesa por su parte inferior, la hace mover en uno u otro sentido . A un lado de la misma se eleva el montante que es una columna de fundición que sostiene el cabezal . El cabezal consiste en una caja cerrada que contiene el husillo portafresas, los trenes de engranajes y el motor . Sin embargo, a veces se sitúan dos montantes, uno a cada lado de la bancada, con dos cabezales horizontales (montaje dúplex) unidos, si es preciso, por un puente . Incluso es posible combinar los cabezales verticales y horizontales para que el número de fresas en acción simultánea sea máximo . La figura 10 .9 contiene una serie de modelos de este tipo de fresadora cuya finalidad es adaptarse en lo posible a las necesidades de la producción . Algunas de estas máquinas son de grandes dimensiones y recuerdan extraordinariamente a las cepilladuras, con la salvedad de los cabezales fresadores . Sirven para fresar bancadas, bloques de motores marinos, cajas de grandes reductores, etc. Estas máquinas suelen llamarse fresadoras de pórtico (fig . 10 .10) .
Fig .
10 .4
10.10
Fresadora de pórtico GSP.
Fresadora de utillajes
En los talleres de utillaje, matricería, prototipos, etc ., se presenta con mucha frecuencia la necesidad de efectuar operaciones de fresado en piezas unitarias o en series muy cortas, sin menoscabo de su precisión, que, normalmente, suele ser muy alta . En estos casos se emplea la fresadora de utillajes. Se trata de una máquina muy robusta, a pesar de su tamaño relativamente pequeño, manejable y muy precisa; dispone de gran cantidad de accesorios que la convierten en una fresadora completamente universal, capaz de realizar trabajos muy complicados. El modelo presentado en la figura 10 .11 dispone de un motor principal (1) conectado a un variador de velocidad sin escalonamiento (4) que, a su vez, mueve la polea de la caja de velocidades (6) . Obsérvese la posición del husillo ho rizontal, montado en un puente móvil (7), ya que no existe carro transversal y conviene que la fresa tenga desplazamiento en esta dirección. El puente se mueve por medio de un mecanismo de cremallera y piñón accionado por la maneta (12) . A la nariz del husillo se le puede acoplar un aparato vertical clásico (8) para cambiar la posición del eje de trabajo. 265
A
B
Fig. 10.9 Diferentes modelos de fresadora cepilladora: A, de un montante y cabezal horizontal; B, dúplex horizontal; C, de dos montantes y tres cabezales .
Fig. 10. 11 Fresadora de utillaje Schaublin : 1, motor principal, . 2, motor de avances rápidos, 3, caja de velocidades de avance; 4, variador de velocidad; 5 mando del vareador; 6, caja de velocidades del husillo; 7, carnero; 8, cabezal vertical; 9, mesa escuadra fija; 10, mando de avances rápidos; 11, mando motor principal; 12, accionamiento manual del carnero; 13, desplazamiento manual del carro longitudinal; 14, avances automáticos; 15, desplazamiento manual del carro vertical; 16, polea. Los movimientos automáticos son dos: uno vertical y otro longitudinal . Los movimientos normales proceden de la caja de cambios de avances (3), pero también existen avances rápidos, debidos al motor auxiliar (2), accionado cómodamente con sólo apretar el pedal (10) . Un detalle muy importante es la ausencia de mesa propia ; en su lugar se puede colocar una escuadra (9) fija al carro longitudinal . 10 .4 .1
Métodos de trabajo empleados
La mesa escuadra fija se emplea para los trabajos de planeado y ranurado, ya sea trabajando con fresa frontal directamente acoplada al husillo (fig . 10 .12), ya sea con fresas de corte tangencia¡ y árbol portafresas . En este caso, el árbol se conecta a la nariz del husillo y su otro extremo se apoya en una luneta fija al sobrepuente (fig . 10 .13) . El cabezal vertical sirve para el planeado, ranurado y fresado de caras angulares . El de la figura 10 .14 puede girar 90° en ambos sentidos y además dispone de un mando micrométrico que hace mover la camisa del husillo vertical, debidamente equilibrado con un resorte .
Fig. 10. 12
Empleo de la escuadra fija .
Fig. 10. 13 Fresado de ranuras con el árbol portafresas horizontal, 266
Fig. 10. 14
Empleo del cabezal vertícal.
La mesa inclinable de la figura 10 .15 resulta un valioso auxiliar para fresar superficies inclinadas, al igual que el divisor de sobremesa (fig . 10 .16), montado sobre una plataforma universal, para hacer ranuras circulares, divisiones angulares, etc., en cualquier posición . Además, existe el cabezal orientable para acoplar al aparato vertical, el cabezal mortajador, etc . La exactitud de movimientos de la máquina está asegurada por comparadores centesimales en los tres ejes, o bien, por lectores ópticos lineales . Un dispositivo muy interesante es el que se muestra en la figura . 10 .17, destinado a la mecanización de troqueles, electroútiles para máquinas electroerosionadoras, perfiles diversos, etc. Consiste en una mesa de coordenadas conectada a un divisor vertical de visinfín con plato de agujeros . Los carros de la mesa están movidos por husíllos finamente roscados y rectificados, con tambores graduados que permiten leer directamente 0,02 mm . Si se desea mayor precisión se pueden instalar relojes comparadores . En este dispositivo puede mecanizarse toda clase de radios y formas geométricas, pues combina los desplazamientos ortogonales con la rotación que proporciona el divisor .
Fig . 10. 15 Fresado de una cara lateral inclinada con ayuda de la mesa universal.
Fig . 10. 16 Empleo combinado del divisor de sobremesa y una plataforma inclinable. Fig. 10. 17 Fresado de un punzón con el dispositivo especial.
10 .5
Fresadora de torreta
En realidad se trata de una máquina de cabezal vertical de características universales, dotada de una versatilidad excepcional que la hace insustituible para múltiples trabajos, especialmente en el taller de utillaje, en el de prototipos, para reparaciones, etc . La figura 10 .18 representa una fresadora de este tipo . En ella se puede apreciar sus órganos más importantes: - Montante . La columna o montante de la máquina (1) realiza solamente una función sustentadora del brazo y el cabezal . Lleva una plataforma circular graduada donde asienta una mesa rotativa (2) en cuyas guías se desliza un brazo o puente (3) movido por un mecanismo manual ; el puente se puede fijar en cualquier punto de su recorrido gracias a unos tornillos a propósito. - Brazo . Es un prisma de fundición en cuya cabecera existe una sólida articulación (4) con dos ejes perpendiculares entre sí ; uno de ellos pivota sobre el brazo y el otro es el eje de giro de todo el grupo del cabezal . - Cabeza/. Consta de un motovariador de velocidad sin escalonamientos (5) de regulación manual exterior (6) que mueve el husillo (7) . Dicho husillo tiene un recorrido vertical muy preciso, lento, con el volante (8) o sensitivo, por me dio de la palanca (9) . Por medio de una palanca de embrague se puede introdu267
cir el avance automático del husillo y con un sistema de tope el límite de la penetración, se móvil, que señala produce la desconexión automática .
- Ménsula y mesa portapiezas . La ménsula se mueve medio de una manivela que actúa manualmente por sobre un par de piñones cónicos (fig . 10 .19) según el sistema ya conocido de la fresadora universal . El carro transversal es movido manualmente por medio de un mecanismo de husillo y tuerca .
Fig. 10. 19 Corte vertical de la mesa y los carros de una fresadora de torreta
(Holke) . 10 .5 .1
Movimiento de la mesa
La mesa longitudinal es el único carro que tiene movimiento Para ello se instala en su extremo automático . o bajo la misma una caja de vencional provista de piñones avances condeslizantes y de un motor propio . acoplado por En el eje del motor va un visinfín (fig . 10 .20) que engrana con una rueda montada en el árbol primario que transmite a su vez el movimiento a un árbol secundario . Este árbol lleva una camisa deslizante con un piñón solidario que puede engranar sucesivamente con una serie de ruedas dentadas, árbol primario . conectadas al A partir de aquí, el movimiento se transmite a un piñón que integra, junto con otros cónico (fig . 10 .20) dos, el mecanismo de embrague e inversión del sentido del movimiento de la mesa . El volante que se ve en la parte inferior sirve para mover un que sirven para obtener las par de ruedas velocidades rápidas y lentas, respectivamente .
268
Fig.
10.20
10 .5 .2
Caja de avances de la mesa (Holke).
Posíbilidades de trabajo
Gran parte de su amplio campo de mecanizado se lo debe a la triple articulación del conjunto cabezal-brazo . En efecto, la articulación del brazo permite una inclinación transversal de 45° en ambos sentidos (fig . 10 .21) y lateral de 90° sobre un plano perpendicular al anterior . Además, la plataforma giratoria del montante hace que todo el conjunto pueda pivotar 360° sobre su eje, con lo cual la fresa puede barrer la superficie de la mesa en cualquier posición que ésta tenga .
Fig .
10.21
Campo de trabajo de, una fresadora de torreta .
Además de las operaciones habituales de fresado utilizando fresas de eje vertical, mediante la incorporación de un cabezal en el extremo del husillo, puede obtenerse un cambio de posición de la herramienta, que pasa a ser horizontal (fig . 10 .22) . Asimismo, con ayuda de una luneta, que se coloca sobre las guías del brazo, es posible instalar un árbol portafresas horizontal para trabajos con fresas cilíndricas y de disco (fig . 10 .23) . 269
Su peculiar construcción permite ampliar fácilmente la altura máxima admisible de las piezas que se trabajan con sólo introducir un suplemento debajo de la plataforma giratoria del brazo (fig . 10 .24) . Finalmente, esta máquina es ideal para realizar cómodamente trabajos de fresado en los extremos de piezas largas (fig . 10 .25) así como fresados y taladrados en posición inclinada (fig . 10 .26) . A veces se instala en el extremo del brazo otro cabezal de características distintas al principal (por ejemplo, una unidad de mortajar) que puede ser colocado en posición de trabajo con sólo girar el brazo el ángulo necesario.
Fig . 10.22 Empleo de un cabezal de conversión de eje horizontal.
Fig. 10.23 tafresas.
Fresado con el árbol por-
Fig. 10.25 Fresado en el extremo de una pieza de gran longitud.
10 .6
Fig . 10.24 Suplemento para elevar la altura del brazo .
Fig. 10.26 Taladrado inclinado en un cuerpo de válvula .
Fresadora copiadora
Se trata de una máquina con estructura parecida a las fresadoras normales pero que está dotada de un sistema de seguimiento de una forma preestablecida (copiador) que hace mover los carros de la máquina de modo tal que la herramienta de fresar reproduce las características geométricas de la plantilla sobre el bloque del material que se quiere mecanizar . El sistema de copiado puede ser de naturaleza muy diversa y es lo que diferencia unas copiadoras de otras . Los más empleados son los mecánicos, hidráulicos, electrohidráulicos y electrónicos . 10 .6 .1
Fresadora copiadora mecánica
Es una copiadora tridimensional que utiliza el pantógrafo como mecanismo de reproducción . Este dispositivo consiste en un paralelogramo articulado (fig . 10 .27) que lleva un palpador (6) en el extremo de uno de sus brazos y un husillo portafresas en la corredera (3) . Cuando se desplaza el dedo (6), la fresa 270
describe sobre la pieza (5) una figura geométricamente semejante a una plantilla o modelo (7) . La escala de copiado se determina por la relación de distancias de la articulación (1) a la fresa y al palpador, respectivamente. Dicha escala se puede variar moviendo las correderas (2) y (3) sobre los brazos que, precisamente con esa finalidad, llevan grabadas unas marcas que corresponden a las escalas más comunes. La máquina consiste, en esencia, en una columna con una articulación para apoyo del pantógrafo y en unos carros portamesas ; una para montar la pieza y otra para la plantilla (fig . 10 .28) . El husillo portafresas se mueve por medio de unas poleas con correa de sección redonda . El palpador se controla manualmente, gracias a una palanca que lleva el brazo del pantógrafo . La magnitud de las fuerzas de fresado debe ser escasa, porque el pantógrafo no es un mecanismo rígido, sino que tiene muchas articulaciones . Por eso se emp:5aa para ejecutar trabajos delicados (gantillas, patrones, pequeMs moldes poco profundos, grabado de cifras, formas, dibujos, etc .) .
Fig . 10.27 Esquema de pantógrafo . 10 .6 .2
Fig. 10.28
Vaciado de un molde en una fresadora de pantógrafo .
Fresadora copiadora hídráu)ica
Como su nombre indica, tanto el dispositivo de mando como los órganos de accionamiento del copiado son oleohidráulicos . El funcionamiento del sistema de copiado es como sigue (fig . 10 .29) . La válvula distribuidora (V), solidaria al palpador (M), recibe aceite a presión, procedente de la bomba (B) . Según los movimientos del vástago, que permanece en íntimo contacto con la pieza, el aceite de la cámara (C) penetra por (A,) o (A.) hacia el cilindro (D), con lo cual su émbolo se mueve en uno u otro sentido . Por las mismas aberturas se efectúa el retorno del aceite procedente del cilindro . Si el palpador se desplaza hacia la derecha, póngase por caso, aumenta automáticamente la presión en la cámara posterior del cilindro y el émbolo se mueve también hacia la derecha, empujando la mesa o carro al que está conectado .
Fig. 10.29 Copiado hidráulico . 27 1
Ahora bien, el copiado puede efectuarse según un solo eje (monoaxial), según dos ejes (biaxial) y, por último, según tres ejes (triaxial o tridimensional) . Estos conceptos son también válidos para todos los sistemas de copiado. 10 .6 .2 .1
Copiado monoaxial
El copiado sólo se verifica sobre un eje (fig . 10 .30), por ejemplo el vertical . En este caso el desplazamiento longitudinal necesario para recorrer todo el perfil puede obtenerse automáticamente con la mesa de la fresadora. Es el copiado clásico de plantillas, si bien no pueden superarse con él pendientes mayores de 60° . Fig. 10.30 Copiado monoaxial.
10 .6 .2 .2
Copiado biaxial
El copiado biaxial es el resultado de dos movimientos combinados según dos ejes, normalmente X, Y (fig . 10 .31) . Su empleo es clásico para el copiado de levas excéntricas, etc . En el caso de una leva, el movimiento resultante de la fresa respecto a la pieza debe ser tangente a la curva en cada punto considerado, según se aprecia perfectamente en la figura citada . 10 .6 .2 .3
Fig. 10.31
Copiado biaxial.
Copiadora triaxial
Las formas perfiladas tridimensionales se labran en el copiado triaxial por medio de sucesivas pasadas, según planos paralelos por medio de una fresa cilíndrica de mango con los dientes frontales redondeados . En el proceso de copiado la fresa sigue una trayectoria definida en el plano Z X, pero al término de cada pasada es preciso desplazarla también sobre el eje Y (fig . 10 .32) . Es el copiado habitualmente empleado en el mecanizado de moldes, matrices y similares. 10 .6 .3
órganos principales de una fresadora copiadora hidráulica Su apariencia general no difiere demasiado de las fresadoras convencionales. Así, en la figura 10 .33 aparece una fresadora copiadora cuya estructura general corresponde a la fresadora de torreta ya estudiada .
Fig. 10.32
Z Copiado triaxial.
Fig . 10.33 Fresadora de torreta con instalación de copiado hidráuóco tridimensional Holke . 272
Al lado del cabezal lleva el dispositivo palpador, finamente regulable en cada uno de los tres ejes por medio de una combinación de carros móviles, mandados por volantes . El dispositivo copiador representado es triaxial y se compone esencialmente de la válvula distribuidora solidaria al palpador, el motor hidráulico, perfectamente visible, para el movimiento automático longitudinal, el motor hidráulico que mueve el carro transversal, un cilindro de doble efecto para mover la ménsula y la central hidráulica, formando grupo aparte de la máquina . Desconectando el sistema hidráulico y retirando el palpador, la máquina se transforma en una fresadora de torreta normal . 10 .6 .4
Práctica del copiado
En primer lugar hay que preparar un modelo de la pieza que se desea reproducir en material consistente (madera, araldit, aleación ligera, etc .) y tamaño 1 : 1 . Luego, dicho modelo o plantilla se coloca en la mesa de la máquina junto con el bloque metálico desbastado del que se obtendrá la pieza y ambos se fijan con bridas u otro sistema equivalente . Los ciclos de trabajo empleados pueden ser: manuales, con la acción sensitiva del operario acompañando al palpador; semiautomáticos, con la introducción de la nueva pasada por el operario al terminar la anterior y, finalmente, automáticos, con pasadas sucesivas por estratos paralelos hasta un número limitado de ellas . Un ejemplo de ciclo manual (que no significa que los movimientos de los carros sean manuales) es el contenido en la figura 10 .34. El operario controla el vástago palpador y con él ejerce sobre el contorno del modelo una suave presión ; la fresa irá reproduciendo simultáneamente sobre la pieza el perfil deseado. Para vaciar el molde de la figura 10 .35 puede establecerse un ciclo semiautomático a base de pasadas longitudinales y desplazamientos transversales hasta completar todo el ancho de la pieza. Como el vaciado no puede hacerse de una sola vez, es necesario hacer penetrar la fresa manualmente, después de terminar el mecanizado de un determinado nivel (fig . 10 .36) . Esta penetración se efectúa sin intervención del operario en los ciclos automáticos gracias a la existencia de un dispositivo de topes regulables que permite establecer un número limitado de estratos o alturas a mecanizar (fig . 10 .37) . Además, puede establecerse, en todos los casos, una fase de desbaste y otra de acabado, si las características de la pieza así lo aconsejan . 10 .6 .5
Otros sistemas de copiado
Entre los demás sistemas destaca claramente el copiado electrónico . Este sistema se basa en un cabezal copiador acoplado a un extensímetro a resistencia que emite una corriente o señal proporcional al desplazamiento del palpador sobre cada eje X, Y, Z. En la figura 10 .38 se ve un copiador electrónico montado sobre el cabezal de una fresadora de bancada fija Secmu, copiando un molde con modelo de madera dura . 10 .7
Fresadora de ciclos automáticos
Es una máquina destinada a la ejecución de procesos de fresado relativamente sencillos, cuyas secuencias se reproducen ordenadamente de modo continuo (ciclo continuo) o interrumpido (ciclo intermitente) según un programa establecido de antemano . 273 18 .
Fig . 10.35 Copiado con pasadas longitudinales y desplazamientos transversales .
Fig . 10.36 Vaciado de un molde con penetración manual. Obsérvese los recorridos improductivos que se producen.
Precisión del copiado hidráulico
El dispositivo de seguimiento no es más que un servomecanismo, que emite unas señales de mando a los órganos de fuerza (cilindros, motores. . .) . Como estas señales son debidamente amplificadas, el copiador es capaz de re producir con gran fidelidad los mínimos detalles del modelo . Los errores dimensionales son inferiores a ± 0,05 mm . La presión del palpador sobre el modelo es muy baja ; del orden de 250 g/cmz . Esto evita tanto las deformaciones elásticas del vástago, como las del mismo modelo, construido muchas veces de material relativamente blando . 10 .6 .6
Fig . 10.34 Copiado por conducción manual del vástago.
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
Fig . 10.37 Vaciado del molde anterior con penetración automática por estratos paralelos .
Fig . 10.38 Copiado electrónico según un modelo de madera en una fresadora-mandrinadora Secmu .
Una vez preparada la máquina, el operario se limita a pulsar el botón de marcha y a cambiar la pieza terminada por otra nueva si el ciclo es intermitente y si, por el contrario, el ciclo es continuo ni tan siquiera debe parar la máquina porque las secuencias se reproducen indefinidamente (en tal caso hay que preparar un sistema de seguridad para impedir accidentes durante la manipulación de las piezas) . Es evidente que estas fresadoras son ideales para las series medianas y grandes. 10 .7 .1
Características generales de las fresadoras de ciclos
Son máquinas muy robustas y de diseño compacto, con frecuencia son máquinas de bancada fija, con lo cual el movimiento de la mesa es sólo longitudinal y los otros movimientos, vertical y transversal, dependen del cabezal portafresas . La fresadora de la figura 10 .39 recuerda más bien, a pesar de lo dicho, a una fresadora universal . Carece de carro transversal y, en cambio, se le ha incorporado un puente motorizado que permite mejorar su capacidad de trabajo . La máquina se programa mediante la regla de topes móviles (fig . 10 .40) que definen dos funciones: determinación de los desplazamientos de la mesa y cambio de velocidad o de sentido . Dichos topes actúan sobre los microrruptores que lleva la caja de contactos y estos emiten una señal eléctrica al motor de la mesa .
Fig . 10.40
Fig . 10.39
kartu . 274
Disposición de los topes móviles y los microrruptores en la fresadora de ciclos Aikartu .
Fresadora de ciclos automáticos Ai-
Ciclos característicos
10 .7 .2
punto de partida
Ante todo, conviene arbitrar una representación simbólica de los movimientos de fresado que permita dibujar esquemáticamente el ciclo que interese ; los símbolos escogidos se indican en la figura 10 .41 . Por consiguiente, el esquema de la figura 10 .42 indica las siguientes secuencias : inicial .
0,1 ; 1,2; 2,3; 3,4 ; 4,5;
avance lento de trabajo sobre la primera pieza o superficie . desplazamiento rápido hasta la otra pieza o superficie a mecanizar. fresado de la segunda pieza o superficie . no existe desplazamiento (propiamente no es una secuencia) . retroceso automático al terminar la secuencia 2-3 hasta la posición
Un ciclo de esta naturaleza se denomina ciclo longitudinal y puede ejecutarse con un solo movimiento de la pieza (longitudinal en ambos sentidos) . La figura 10 .43 representa un ejemplo de ciclo cuadrado, llamado así porque son necesarios dos movimientos para llevarlo a cabo . La lista de secuencias es como sigue:
D
parada inversión automática
vv~rv
movimiento de trabajo no existe desplazamiento en la dirección indicada por la posición de los trazos sentido de movimiento (absoluto o relativo)
Fig. 10.41 Símbolos para los esquemas de ciclos de trabajo .
- 0,1 ; movimiento rápido de aproximación .
- 1,2; primer fresado . - 2,3; movimiento rápido de aproximación . - 3,4; segundo fresado. - 4,5; salida rápida . - 5,6; desplazamiento transversal (obsérvese la flecha inclinada) . - 6,7; 7,8; 8,9; etc., repetición de secuencias en sentido contrario . - 11,0 : desplazamiento transversal hasta el punto de salida y parada automática Para clarificar un poco el ejemplo propuesto se puede suponer que se trata de cepillar con una fresa frontal las caras superiores de cuatro piezas . Se colocan todas ellas sobre la mesa en un utillaje adecuado y la fresa va traba jando sucesivamente sobre cada una de modo automático, hasta regresar al punto de partida (fig . 10 .44) . Una variedad de ciclo muy importante es el ciclo cúbico . Para realizarlo se precisa la posibilidad de desplazamiento sobre tres ejes ; o sea, además del longitudinal y el transversal, propios de ciclo cuadrado, es necesario que exista movimiento vertical .
10 Fig.
9
8
10. 43
10 .7 .3
7 Fig . 10. 44
Ejemplos de ciclos de fresado
En la figura 10 .45 se muestra el fresado de tres ranuras frontales en tres vástagos cilíndricos con tres fresas de disco montadas en el árbol horizontal . Se trata de un ciclo continuo de tipo pendular ya que las fresas van actuando sobre cada grupo de tres piezas mientras el operario sustituye las ya terminadas durante el tiempo que dura el fresado de las otras tres . No existe movimiento transversal ni vertical ya que el ataque de las herramientas se efectúa según el eje de las piezas . La figura 10 .46 muestra un ejemplo muy interesante ; se trata del fresado de los chaveteros de un pequeño árbol de transmisión. Para ello, se ha construido un utillaje con dos mordazas de accionamiento rápido que sujetan correctamente las piezas y las dejan bien alineadas . La fresa frontal de dos cortes, sujeta por una pinza, se aproxima rápidamente al primer árbol desde el punto de partida y, al llegar a la cota conveniente, efectúa su penetración hasta la profundidad adecuada, para continuar fresando toda la longitud del chavetero sin detenerse. Fresado el primer chavetero, la fresa 275
movimiento rápido movimiento de trenado
Fig .
10. 42
Fig.
Fig.
10.45
10.46
Fresado de las ranuras de las cabezas de un vástago .
kw"j
Fresado de los chaveteros de un árbol.
se eleva' a la altura programada y avanza hasta el segundo dez, prosiguiendo de igual modo chavetero con rapique en el primer fresado . Terminada la primera pieza, la mesa se desplaza rápidamente hacia la izquierda y el operario puede cambiar la pieza terminada con toda comodidad mientras la máquina segundo árbol. trabaja el Es evidente que la fresa puede trabajar por trepado y en un mismo ciclo. En tal caso debe existir un sistema automático concordancia dentro de el juego que actúe sólo cuando de ajuste para suprimir se trabaje por trepado . Las reglas, con los topes colocados a la medida, pueden guardarse tuno para que cuando se presente en un lugar oporla ocasión de repetir un ciclo tar en la máquina la regla determinado, baste moncorrespondiente, sin necesidad de volver a situar los topes . 10 .7 .4 Programación por medio de matriz y clavijas-diodo El sistema explicado tiene muchas limitaciones y sólo es ciclos muy sencillos . adecuado para Para mejorar la capacidad de programación se recurre a un sistema triz y clavijas diodo . La matriz de maestá formada por dos placas aisladas que llevan En realidad, lo que se mueve es la consola que desciende a la cota I mismo que si se elevara la necesaria . Sin embargo el efecto fresa . es
276
impresas unas líneas conductoras en forma de malla ortogonal, de modo que cada órgano de la máquina está conectado a una línea horizontal y cada línea vertical está unida, a su vez, con un contador paso a paso . Las líneas horizontales expresan las funciones de los órganos de la fresadora (avance rápido, avance lento, paro, marcha, movimiento longitudinal en un sentido, etc.), y las verticales representan las secuencias o serie de operaciones elementales en que se puede dividir un proceso . Los límites de cada secuencia se obtienen por medio de reglas de topes graduables situadas en cada uno de los carros móviles. Dichos topes actúan sobre unos microrruptores agrupados en cajas protectoras y de este modo producen una señal dirigida que indica al contador el fin de una secuencia . El funcionamiento del sistema puede verse en la figura 10 .47. Un impulso eléctrico procedente del microrruptor accionado por un tope alimenta la bobina del electroimán (E), el cual atrae al vástago del trinquete (T) hacia atrás . La señal eléctrica llega también al índice distribuidor que la dirige a la columna 1 de la matriz . Allí, por medio de la introducción de dos clavijas-diodo, se envían dos órdenes a los órganos de la máquina; movimiento longitudinal hacia la derecha, por un lado, y marcha lenta por otro . Al finalizar el impulso, el trinquete vuelve a su posición adelantada y la rueda (R) avanza un diente . Con ello se logra que el índice (1) pase a conectarse con la secuencia 2, a la espera de una nueva señal eléctrica . Las clavijas-diodo sirven para dar órdenes concretas (funciones) en cada secuencia . Por ello se han introducido dos en la primera secuencia ; una, en el nudo correspondiente al avance longitudinal a la derecha; y otra, en el nudo de movimiento lento porque se desea obtener, por ejemplo, un desplazamiento lento hacia la derecha de la mesa . En la segunda secuencia, las funciones ordenadas son: que continúe el avance hacia la derecha de la mesa, pero que en esta ocasión se efectúe con rapidez. Para ello, se colocan dos clavijas en el lugar correspondiente . Para las demás secuencias se procede de igual forma. En la figura 10 .48 se representa la placa matriz de una máquina cuya capacidad de programación es de 48 secuencias y 16 funciones.
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Fig. 10.47 Esquema del sistema de programación por matriz y clavijasdiodo.
pilotos señalizadores de secuencia fin de ciclo temporización 2 eliminación de un tope en 2 eliminación de dos topes en 3 selección regla B velocidad de frenado velocidad rápida movimiento longitudinal a la derecha movimiento longitudinal a la izquierda movimiento transversal hacia atrás movimiento transversal hacia adelante movimiento vertical hacia arriba movimiento vertical hacia abajo puesta en marcha de la fresa paro de la fresa alimentación
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O w P
C
Fig. 10.48 Placa matriz con indicación de funciones. 10 .7 .5
Colocación de los topes
Los topes que pulsan los microrruptores de mando se deslizan a lo largo de las ranuras de una regla y se pueden situar en la posición que convenga . La posición de cada tope se fija con ayuda de una regla de medida, respecto a un origen o punto de referencia . Se supone que deben situarse topes para la realización del ciclo longitudinal de la figura 10 .49 . El primer tope (A) se coloca coincidiendo con el eje de la fresa, a la distancia a del origen (0) . El segundo tope (B) se hace coincidir con la pared de la pieza, teniendo en cuenta una separación b entre la fresa y la pieza; luego la distancia al origen será a + b. El tope (C) servirá para precisar la parte trasera de la pieza y, por consiguiente, se sumará la cota c o longitud de la misma a las anteriores, resultando una cota acumulada a + b + c. Por último, el tope (D) indica el final del ciclo con la detención de la fresa, después de que ésta haya recorrido el tramo d. El tope (D) estará a la distancia a + b + c + d del origen (0) . 277
Fig. 10.49 Colocación de los topes.
Los ciclos reales suelen ser mucho más complicados y hay que usar reglas para los movimientos longitudinales (unas para las idea y otras para los retornos, por ejemplo) ; además, claro está, de las reglas de topes correspondientes a los desplazamientos verticales y transversales . 10 .8
Fresadora de mando numérico (C . N .)
En realidad no se trata de un modelo estructuralmente diferente de máquina, sino de un sistema de control de las funciones y movimientos de una fresadora y, evidentemente, no sólo de esta clase de máquina-herramienta, sino que también tiene aplicación en el torno, mandrinadora, etc . Según esto, hay fresadoras verticales a C. N . fresadoras de torreta a C . N., etc . En esta fresadora la información necesaria para la ejecución de un proceso es introducida en los órganos de control por medio de un lenguaje adecuado y seguidamente estos datos son introducidos en impulsos de mando sobre los órganos de la máquina . De este modo es posible automatizar totalmente un proceso, incluido el cambio de herramienta, aunque esto es más propio de fresadoras-mandrinadoras, denominadas centros de mecanizado . 10 .8 .1
Sistema de registro de la información Como vehículo de introducción de datos se emplea normalmente cinta perforada o magnética. La cinta perforada es una banda de longitud variable que lleva una serie de orificios, dispuestos ordenadamente según un código binario . Como el alumno ya sabe, el sistema binario tiene únicamente dos cifras 0 y 1 y todos los números, por grandes que sean, están constituidos por estas dos cifras . Ahora bien, como el sistema de numeración, que se emplea habitualmente, es el decimal, es preciso convertir los datos decimales en binarios para pasarlos a la cinta . La norma fundamental que debe recordarse es : la cifra 1 se simboliza por un agujero; la cifra 0 está representada por la ausencia de agujero. Por consiguiente, los números decimales convertidos en binarios se introducen en la cinta, respetando las pistas o zonas previstas para ello . Las letras y símbolos diversos (%, +, - /, etc .), se representan también según el sistema binario . Para ello ha sido preciso crear unos códigos de conversión ; el más extendido actualmente es el E.I .A ., aunque recientemente ha aparecido el código I .S .O . que será el que se imponga en el futuro . En la figura 10 .50 aparece un fragmento de una cinta de 8 pistas y una de tracción, de las cuales cuatro son para cifras . Si los números decimales equivalen a los binarios indicados, la perforación de la cinta será la que indica la figura citada ; o sea, el número binario 10, equivalente al decimal 2, se representa en la cinta (tercera fila) por la ausencia de agujero en la primera pista y por un agujero, en la segunda . - pista de tracción
8 7 6 5 4 pistas -I I I número decimal 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
32 1
ui
0 0 1
número binario
1 1
1 1 1 1 0 0
1 1 0 0 1 1 0 0
0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
2 E 3 m ~m
o
ot
4 ~ 5 mm 6 -oa oo . 7 ~C a, C m 8 NN
o o
0 1 0 0 0 o 0 0 0 0 0 0
" "
" "
o 0 o 0
Fig. 10.50 Registro de la información en una cinta perforada.
10 .8 .2
Dispositivo de mando
Este aparato debe disponer de un órgano capaz de interpretar la información codificada que tiene la cinta y en base a la posición y al número de agujeros establezca determinados contactos eléctricos que afecten a los motores y a los demás órganos que controlan los movimientos de la máquina . El dispositivo de mando está constituido por tres bloques fundamentales: - Lector. Es el órgano que traduce los símbolos impresos en impulsos eléctricos . Puede ser de lectura mecánica, fotoeléctrica, neumática y eléctrica. Si la cinta es magnética el lector magnético es semejante al utilizado en la impresión . - Calculador. Los impulsos eléctricos pasan al órgano de cálculo que después de elaborarlos los transmite al servosistema . - Servosistema . Es el que determina los movimientos de la máquina en conformidad con las instrucciones recibidas del calculador . A su vez, el servosistema se divide en : el trasductor, que controla la posición ocupada por la pieza o la herramienta respecto a la posición de referencia, y el comparador, que verifica la diferencia de cota instantánea entre la posición real de la herramienta y la que teóricamente debe alcanzar . Cuando se alcanza una perfecta concordancia entre lo programado y lo real, se anulan las señales eléctricas y el movimiento se detiene . 10 .8 .3
Clases de mecanizado por control numérico
El mecanizado por control numérico se divide en dos variedades : mecanizado punto a punto y mecanizado por contorneado. - Sistema punto a punto. En él, tanto la herramienta como la pieza deben ocupar una posición determinada que no varía durante toda la operación (fig . 10 .51) . Este sería el caso de un taladrado, mandrinado, etc . - Sistema por contorneado. El órgano de mando debe dirigir la herramienta de modo continuo, según una trayectoria determinada y perfectamente definida (fig . 10 .52) . Para fresar el perfil de una leva sería necesario este sistema . 10 .8 .4
Organización del trabajo en el fresado por C. N.
La organización del trabajo propia del mecanizado por C . N . presenta una variación importante respecto al mecanizado convencional, debida fundamentalmente a la preparación de la información que debe introducirse en el dispositivo de mando. El esquema general del tratamiento de la información está reflejado en la figura 10 .53. El plano de la pieza (1), junto con las hojas de proceso (2), sirven para confeccionar la hoja de programación ( 3 ), escrita en un lenguaje adecua do (APT, IFAPT, etc .) que no es todavía el código binario descrito anteriormente . Dicho lenguaje permite sintetizar y racionalizar al máximo las secuencias del proceso de fresado; así, la función G 81 corresponde a un taladrado con centraje y retorno rápido . La hoja de programación permite obtener la cinta perforada (5) y el listing o programa, (6) en la máquina de escribir con perforador de banda (4) . Después de verificado el programa, se introduce la cinta en la unidad de mando (7) y se realiza un ensayo en vacío . Subsanados los posibles errores y ajustado todo el equipo puede empezar la fabricación propiamente dicha.
Fig . 10.53 el C. N.
Organigrama del proceso de información en
279
`
Fig. 10.51 Mecanizado por C . N., punto a punto .
Fig. 10.52 Mecanizado por C. N., por contorneado .
10 .8 .5
Ventajas del mecanizado por C. N.
Algunas de las ventajas de las fresadoras de C. N . son las siguientes : - Economía, incluso para series pequeñas . - Número de operaciones ilimitado y de forma automática . - Fresado de cualquier perfil interior o exterior en C. N . por contorneado. - Reducción al mínimo del número de fijaciones . - Tiempos de elaboración mínimos y productividad constante . - Precisión máxima . - Facilidad de cambio y almacenamiento de programas. - Mano de obra no cualificada . Existen numerosas variantes en los equipos de C. N . tendentes a reducir el precio de la máquina, que ciertamente es muy elevado, y a facilitar la preparación de los programas y las cintas . En la figura 10 .54 aparece una fresadora de bancada fija a C . N . mecanizando una pieza de fundición sujeta sobre una mesa giratoria automática .
Fig . 10.54
Fresadora de bancada fija a C . N. Ernault-Somua .
CUESTIONARIO 10 .1 10 .2 10 .3 10 .4 10 .5 10 .6 10 .7 10 .8 10.9 10 .10 10 .11
Diferencias principales entre la fresadora universal y la vertical . Estudiar las razones de la solidez de la fresadora de bancada fija . Empleo de las fresadoras de bancada fija . Descripción de los órganos principales de una fresadora de utillaje . Posibilidades de trabajo de la fresadora de torreta. Clases de fresadora-copiadora, Copiado hidráulico . Fresado por ciclos automáticos . Describir un ciclo sencillo de fresado con empleo de los símbolos estudiados . Programación por matriz . órganos de mando en el C. N.
Tema 11 . Procesos de fresado
OBJETIVOS - Estudiar algunos procesos de fresado característicos, con indicación de las operaciones a realizar, los utillajes y accesorios, los aparatos de verificación y las fresas empleadas en cada caso.
EXPOSICIÓN DEL TEMA Este tema se refiere íntegramente al estudio de los procedimientos de trabajo que se emplean en las fresadoras, especialmente las universales, con objeto de dar al alumno una visión más concreta de las posibilidades de mecanizado que poseen . Para ello, y como condición previa, es preciso repasar algunos conceptos básicos que aquí se dan por sabidos, por cuyo motivo conviene tener a la vista la Tecnología Mecánica 2.1 Máquinas Herramientas. 11 .1
Fresado de una regla
Se supone que dicha regla va a servir de base para la fabricación de tuercas de anclaje, aptas para ser empleadas en las ranuras en T de las máquinas herramientas (fig . 11 .1) . Para ello se preparan trozos de 30 x 30 x 200 de acero F-1525 en la sierra o troceadora . La regla en bruto se coloca en una mordaza con garras de fleje para empuje hacia abajo de piezas en bruto y se nivela aproximadamente . Debajo se coloca un grueso de acero bien calibrado para que la cara que se va a mecanizar se eleve por encima del borde de las garras . Evidentemente, el voladizo lateral de la regla respecto a la mordaza no puede ser excesivo . En primer lugar conviene fresar las bases inferior y superior de la regla. Con este objeto se instala en la máquina el cabezal universal y una fresa frontal de dos cortes . Después de fresada una cara, se da la vuelta a la pieza y se deja la altura a la medida, controlando el paralelismo de ambas caras. Seguidamente conviene cambiar las garras de fleje por garras de cuña, de apriete hacia abajo, ya que la pieza se sujeta ahora sobre superficies elaboradas . De esta forma, se mecanizan sin problemas las dos caras laterales . Para fresar los dos escalones laterales hay que desmontar el cabezal universal y sustituirlo por el árbol portafresas horizontal y la luneta correspondiente . En aquél se montan dos fresas de disco de tres cortes, separadas por un anillo que se ajusta exactamente a la distancia necesaria y se controla el alabeo que puedan tener, por medio del comparador, así como la horizontalidad de los filos periféricos . 281
FORMACION
Hoja
PROFESIONAL
Escala
Material F-1525
SF
DP.
proceso
Dimensiones en bruto 30 x 30 x 200
Designación
Croquis
Útil Herramienta
Mordaza Garras de Fleje Fresa f . 2/c 50 36 Regla
121 1-Fresar la cara 8
Desmontar el cabezal vertical Montar árbol portafresas Montar tren de fresas Nivelar la regla y fijarla Centrar fresas
I
Verificación
1
1-2- 3
N. n a V pasadalmlminlr.p .m . mmlr
350
Garras de cuña
Gramil Pie de rey
2
22
0,5
1
2
350
1
Montar sierra de disco en el árbol portafresas Colocar mordaza con tope y fijar pieza
p
mm
1
3-2
1
0,5
1
3-2
0,5
1
3-2
Reloj comparador
0,2
Efectuar chafla-
Sierra de disco 100 x 3
FU
350 1 0 , 5 I 3-2
350 2 Fresas de 3/c 80 x8 x27 Regla Casquillo separador
I
Máquina
N° de pieza 022050
Pie de rey
Chaflanadora . nes laterales
Fase
Gramil
Pie de rey
3
Cambiar las garras Nivelar y fijar la pieza Fresar la cara 6
Hoja n°
Denominación Tuerca de anclaje
11 /Montaje del aparato vertical y la fresa 12 Colocación de la mordaza 13 Fijación de la pieza
2
de
Pie de rey
0
na
1
10
á
,m ti
El par de fresas se centra haciendo que una de ellas roce apenas con una cara lateral mecanizada y desplazando el carro transversal la distancia justa. El fresado de los escalones se realiza de una sola pasada . Los chaflanes de la base de la regla es mejor obtenerlos por amolado que no por fresado, empleando una máquina de chaflanar . El problema clásico que presenta el empleo de mordaza es la tendencia a levantarse que experimenta la pieza cuando se cierran las garras, lo que implica problemas de paralelismo y perpendicularidad entre caras mecanizadas. Para evitarlo se emplean diversos procedimientos, como los propuestos en este ejemplo; entre ellos, es interesante también el uso de un rodillo entre la pieza y la garra de la mordaza, según se explica en el tema de fijación de las piezas .
11 .2
Troceado de la regla
Para cortar la regla en trozos equivalentes a una tuerca hay que emplear la sierra de disco . Como el trabajo de troceado es muy delicado, conviene escoger una fresa con un número de dientes proporcional a la dureza del material y montarla bien centrada y protegida con discos laterales de diámetro adecuado . La operación de corte se facilita en gran medida con el uso de un tope regulable, bien sea perteneciente a la misma mordaza, bien montado sobre la mesa de la fresadora (por ejemplo, una pequeña escuadra atornillada a la mesa) . La pieza que se corta se coloca apoyada contra el tope por su cara lateral y, una vez finalizada la operación, se afloja la mordaza y se avanza la regla de nuevo contra el tope, cuya distancia a la fresa es igual, evidentemente, a la anchura del trozo separado . Se procede así sucesivamente hasta el final . Cuando se inicia el corte, conviene que ninguna arista de la pieza esté dirigida contra el diente de la sierra, ya que es fácil que se introduzca en el hueco del diente una porción o cuña de material que aquél no puede cortar y, en consecuencia, su rotura es inevitable .
11 .3
Fresado de una base prismática
Se trata de un ejemplo de empleo de una fresa-plato de cuchillas y de sujeción por bridas . La pieza en bruto es una base prismática de fundición cuya forma recuerda lejanamente la doble T (fig . 11 .2). Después de estudiar cuál es el mejor proceso a seguir, habida cuenta de la necesidad de refrentar los extremos de la pieza, se decide que lo más conveniente es trabajar directamente con el husillo principal y con el árbol portafresas, respectivamente . Las caras superior e inferior de la base se planean con una fresa-plato de poco diámetro, montada directamente en la nariz del husillo de la fresadora, mientras que la pieza se sujeta en una escuadra colocada perpendicularmente al eje de la fresa. Las bridas que la sujetan se sitúan con facilidad, aprovechando las pequeñas alas que presenta el perfil . Los extremos de la pieza se planean con la fresa-plato y con la base mayor apoyada en la mesa . Puede utilizarse una regla de referencia atornillada a la mesa y situada paralelamente al eje de la fresa, contra la que se apoya la cara lateral de la pieza. En todo caso hay que comprobar con el comparador que ambos extremos quedan paralelos entre sí y perpendiculares a las bases mecanizadas con anterioridad . Seguidamente, se instala el árbol portafresas horizontal con un tren de tres fresas de disco; las exteriores sirven para fresar las caras laterales y la intermedia está destinada a fresar la ranura estrecha que lleva el vértice de las superficies en V. Las fresas en cuestión van separadas por anillos calibrados a la medida exacta . La regla se apoya directamente sobre la mesa, retenida por bridas . El fresado del diedro rectangular se efectúa con una fresa bicónica, cuyo ángulo en punta es de 90° . El centrado de la misma puede hacerse por medio de una galga con relación a la ranura fresada anteriormente . Para fresar la ranura en T y los dos laterales restantes hay que invertir la pieza y emplear un sistema idéntico al utilizado, pero cambiando la fresa central . Como se ha movido la pieza, habrá que situarla correctamente respecto a las guías de la mesa con la ayuda del comparador y así mismo deberá centrarse el trío de fresas respecto a la pieza . 283
La subfase final comprende la sujeción de la regla en la escuadra del principio para poder terminar la ranura T. Por otro lado, en el husillo de la fresa se acopla un portapinzas y en él una fresa de T, de forma que su eje de giro sea horizontal . Con sumo cuidado, ya que se trata de una operación delicada, se termina la ranura que faltaba .
11 .4
Fresado de un escariador
Se trata de un escariador manual de dientes rectos para orificios cilíndricos . La fase de fresado se divide en dos subfases importantes: la primera es el fresado del extremo de la espiga cilíndrica para coplar el bandeador y la segunda es el fresado de las ranuras . El fresado de la espiga es un terminal de sección cuadrada, que se obtiene por medio del divisor, montando el escariador entre puntos . Este montaje servirá, además, para fresar las ranuras que darán origen a los dientes del escariador (fig . 11 .3) . Así, se instala el aparato divisor universal con la contrapunta y, por otro lado, se prepara el cabezal vertical y una fresa frontal de dos cortes con mango cónico, para acoplar directamente, o bien cilíndrico, para portapinzas . El divisor de plato de agujeros se prepara para efectuar cuatro divisiones y se empieza inmediatamente el fresado del extremo de la espiga, controlando la medida entre caras y la perpendicularidd entre ellas. Después de fresar el extremo cuadrado se prepara el divisor para ocho divisiones, igual a otras tantas ranuras que debe tener la herramienta, teniendo en cuenta que la posición del primer diente debe coincidir con la arista redondeada del extremo cuadrado . El cabezal vertical debe sustituirse por el árbol portafresas horizontal y en él se monta una fresa cónica de 75° . El escariador debe tener los dientes fresados de tal modo que la cara de desprendimiento esté alineada con el centro, o dicho de otra forma, que el ángulo de desprendimiento sea nula . Por esta razón, la fresa debe centrarse con exactitud, tal como se indica en la figura y, una vez hecho esto, puede darse sin más la profundidad de pasada, estableciendo la posición correcta del tope de recorrido longitudinal . Una vez fresado, el escariador pasa por tratamientos de temple y revenido y después por la rectificadora, para rectificar la espiga cilíndrica . Finalmente, en la afiladora se le da el ángulo de incidencia previsto a los dientes y se afila el cono de entrada .
11 .5
_
Mandrinado de un soporte
La pieza que hay que mecanizar es un soporte (fig . 11 .4) de un árbol de transmisión, con dos alojamientos para los dos rodamientos que lo sostienen . El soporte está constituido por varias piezas soldadas de acero F-1131 . En buena lógica, lo primero que se necesita es una base de partida fiable . Por consiguiente hay que planear la cara de apoyo del soporte, empleando para ello el plato de cuchillas acoplado directamente al husillo de la máquina. Seguidamente, con la base del soporte en contacto con la mesa, se refrentan las dos caras frontales del mismo porque deben quedar perpendiculares a los orificios que se realizarán en las siguientes operaciones. Así, sin mover la pieza, se procede a taladrar el orificio principal . Para ello hay que centrar el husillo de la máquina respecto a la pieza por medio de un mandril y un calibre de altura . Seguidamente, se taladran el orificio delantero y el posterior con brocas escalonadas, empleando un reductor ¡SO a Morse, colocado en la nariz del husillo principal . Una vez practicados los agujeros, hay que repasarlos con la barra de mandrinar para que queden bien alisados, perfectamente alineados y paralelos a la base del soporte . La barra de mandrinar lleva dos cuchillas ; la primera para el desbaste y la segunda para el acabado. El acoplamiento en el husillo de la fresadora se realiza por medio del cono ISO que lleva la barra en el extremo. La caja del orificio delantero se realiza con el cabezal automático de mandrinar así como la ranura para el alojamiento del anillo elástico de seguridad. 284
FORMACION
PROFESIONAL Material Fundición perlítica
Escala
SF. I OP.
2
1 21
3
31 32
4
5
I
s/modelo
Croquis
Escuadra fija Comparador Plato fresa Bridas
Fresar cara 7
Plato fresa 86 x 50
Dar la vuelta Fresar cara 1 Fijar base sobre la mesa . Nivelar y sujetar Fresar la cara 20
43
Dar la vuelta a la pieza
44
Fresar el extremo opuesto 21
51
Galga Comparador Bridas Pie de rey Fresa Escuadra 3/c 80x4 2 fresas 3/c 63 x 10 Fresa 2/c bicónica 90° 100 x 28 Fresa 3/c Comparador 63 x 10 2 fresas 3/c Pie de rey 80 x 12
Regla Bridas
6
61
7
71 72
8
81
Montar tren de fresas
82
Invertir la pieza . fijarla con bridas
53
Alinearla
y
191
Fresar ranura vertical de la T y laterales 6 y 13
10 1101
Montar escuadra fija sobre la mesa
102
11
Pie de rey
I
Fijar prisma sobre la escuadra y alinear correctamente . Fijar con bridas
103
Montar portafresas con manguito para la retención de la fresa T . Verificar la rotación
111
Fresar ranura horizontal de la T
Escuadra Bridas Porta fresas Pinza tipo Weldon Fresa T mango Weldon 19 x 10
Comparador Pie de rey Escuadra
Máquina, FU
N° de pieza 03 2504056
N. V n a Verificación Pasad Imlmin~r.P .m. mmlr
41 42
52
9
útil Herramienta
Colocar escuadra fija sobre la mesa. Alinearla Sujetar la pieza con bridas Montar plato-fresa
Montar árbol portafresas y tren de fresas Situar regla sobre la mesa, perpendicular al árbol Centrar fresas respecto a la pieza Fresar ranura 19 y caras laterales 2 y 17 Montar fresa bicónica y centrar Fresar superficies angulares 18
Fase 1
1
Denominación Base prismática para comparador
Dimensiones en bruto
Designación
12 13
Hoja n°
Hoja de proceso
I 20
2
2
20
-
c >`
P mm
I 64
0,5
1= 1,7-0,3
64
' 0,5
1,7
L
1
20
64
0,5
2,5
1
20
64
0,5
a 2,5
1
I 16
I 78
I 0,3
2
16
1 78 ~ 0,3
1 1
I
14 16
56 8
1
I 12
1212
I
0,3 0,2
Comparador Pie de rey Galga T
10,2
16
8 8
FORMACION PROFESIONAL Escala
Material F-5127
Hoja de proceso Dimensiones en bruto
Hoja n .° 1
Fase
Máquina FU
2
Denominación Escariador cilíndrico manual
N° de pieza EC 18 195 M
N8
100
N6
demasias para afilado y rectificado 0,3-0,5=18+
ó3
detalle afilado diente
SF.
OP.
3
4
Fase 3 Fase 4 Fase 5 I
Croquis
11
Colocar aparato vertical
12
Acoplar fresa frontal con mango
13
Situar aparato divisor y prePararlo Montar escariador entre puntos
14 2
Designación
21
Fresar 4/c del extremo 1,2,3,4
31
Desmontar aparato vertical
32
Colocar árbol portafresas montar fresa cónica
33
Centrar fresa
34
Preparar divisor
41
Fresar ranuras de los dientes
Útil Herramienta
I
Verificación
No V n a Ipasadiqmlmin in__.
Ap . divisor Comparador Contra-punta Brida de arrastre especial
Fresa frontal 1Pie de rey 2/c 19/20 Escuadra
1 por l cara
18
I
p mm
2550 j 0,5
4
1
y Fresa cónica 63 x18 x22 75°
1 x I vano
16 1
78 10,211
j 2,8
Temple-revenido Rectificado del mango cilíndrico Afilado del ángulo de incidencia y del cono de entrada
M h
FORMACION PROFESIONAL Escala
Hoja de proceso
Material
Dimensiones en bruto
F-1131
Denominación
Útil ( Herramienta
OP.
Designación
1
11
Embridar la pieza sobre la mesa
Bridas
Gramil
12
Montar plato de cuchillas
Pie de rey
13
Fresar base 1
Plato de garras
21
Colocar la pieza apoyada en la mesa por su base
22
Refrentar cara 2
31
Dar la vuelta a la pieza
32
Refrentar la cara 3
41
Sacar plato de cuchillas
42
Centrar husillo respecto a la pieza
43
Colocar manguito portabrocas
44
Taladrar
51
Colocar
52
Acabar orificios a 0 55
61
Montar cabezal mandrinador
62
Efectuar caja fe 62 x 26
63
Cambiar herramienta
64
Mecanizar ranura del anillo elástico
3
4
5
6
barra
de
mandrinar
Croquis
Verificación
Fase 2
Máquina FU
N° de pieza
Soporte de transmisión
SF.
2
Hoja n° 1
40 120250
0
N.'
E ti
pasada mImin r.p .m .
64
0,5
3,5-1,5
1
64
0,5
2
64
0,5
2
Pie de rey Escuadra Comparador
2
Mandril Manguito porta-brocas Brocas diversas
Calibre de altura Pie de rey
Barra de mandrinar
Calibre pasa-no pasa Pie de rey
1
12
73
0,08
Cabezal mandrinador Herramientas de cilindrar int. y de ranurar int .
Pie de rey Calibre pasa-no pasa Palmer de Profundidad
2-1
12
73
0,08
12
73
1,5-1
11 .6
Punteado de una placa de utillaje La placa de la figura 11 .5 tiene un agujero central de 50 mm de diámetro que constituye el centro de medidas . Dicho agujero, igual que las dos caras principales, ha sido obtenido en el torno. Los dos orificios, a uno y otro lado del agujero principal, se supone que servirán de alojamiento a unos casquillosguía para broca . La placa se sitúa sobre la mesa, sujeta con bridas, y perfectamente nivelada, lo que se verifica con el comparador . Seguidamente, se monta un dispositivo portacomparador en el cono del husillo vertical de la máquina, en cuyo brazo se instala un reloj con palpador orientable cuyo extremo sensitivo se hace apoyar contra la pared del orificio principal. Moviendo. a mano el husillo del cabezal vertical, por medio del volante que suelen llevar, se verifica el centraje de dicho agujero . Cuando resulta satisfactorio, se desmonta el útil de centrar y se mueve la mesa hacia un lado, por ejemplo a la derecha, para puntear el taladro correspondiente . Para aumentar la precisión se puede prescindir de la lectura del tambor de la mesa y fijarse en la lectura de un comparador de gran capacidad de medida . Antes de proceder al taladrado del orificio se puntea la pieza con una broca de hacer puntos bien afilada y, a continuación, se taladra el orificio hasta 15 mm de diámetro . El acabado se efectúa con el cabezal de mandrinar y una herramienta de cilindrar interiores . La salida de la misma no tiene problema, puesto que la placa tiene un rebaje inferior de 6 mm que es suficiente para este propósito. Terminado el agujero de la izquierda hay que volver al punto de salida y colocar de nuevo el comparador, ya que el recorrido de su vástago no puede abarcar los 90 mm que separan los centros de los taladros . Una vez situado el eje del husillo en posición, se repiten las operaciones descritas para la realización del primer agujero . Es comprensible que, si la fresadora tuviera lectores ópticos, las operaciones de traslación de la mesa se hubieran ejecutado con mucha mayor rapidez y seguridad . 11 .7
Mecanizado de piezas con fases de trabajo diversas Como es lógico, la mayoría de piezas tienen más de una fase de mecanizado debido a la combinación de máquinas herramientas que intervienen en su fabricación . Por consiguiente, la intervención de la fresadora suele ir precedida o continuada por la de otras máquinas, como el torno, la rectificadora, etc ., y en este sentido, deben tomarse los procesos explicados hasta aquí . Igual que se dijo en el torno, conviene advertir que la fresadora no es propiamente una máquina acabadora, aunque evidentemente puede realizar trabajos de gran precisión . Sin embargo, los trabajos de máxima responsabilidad conviene traspasarlos a máquinas más adecuadas como la rectificadora . 11 .8
Comparación entre procesos unitarios y de producción Los procesos descritos como ejemplos se refieren a la mecanización de piezas unitarias o de series muy cortas, propias, más bien de centros de enseñanza profesional, talleres de reparación y talleres de utillaje o prototipos . La producción industrial, aunque se basa en los mismos principios básicos, presenta importantes modificaciones respecto al método unitario, especialmente en lo que se refiere a la especialización de la máquina y a la diversidad y ampliación del utillaje .
La comparación entre proceso unitario y proceso en serie no tiene otro objeto que revelar al alumno el contraste que existe entre uno y otro . 11 .9
Fresado de la ranura de un vástago Para fresar la ranura del vástago cilíndrico de la figura 11 .6 se plantea un doble supuesto : en primer lugar, se indicará el proceso seguido en el caso de una sola pieza (por ejemplo, una reparación) y después, se explicará la solución adoptada para fresar una serie media. El proceso unitario se desarrollará en una fresadora universal, empleando los medios habituales . Como se trata de una pieza cilíndrica de longitud no excesiva puede usarse una mordaza con las garras adecuadas ; o sea ; provistas de una ranura vertical en V. 288
FORMACION PROFESIONAL Material Fundición perlftica
Escala
Hoja de proceso Dimensiones en bruto 75 x 126 x 24
Hoja n° 1
Fase
Máquina
2
FU
Denominación
N° de pieza
Placa para utillaje
U 23 45
v/ ,
SF. OP. 1
2
3
I
Designación
Croquis
11
Colocar el aparato vertical
12
Situar la pieza sobre la mesa y embridarla con suavidad
13
Colocar dispositivo centrador . Comprobar centraje .
14
Montar portapinzas de hacer puntos
15
Desplazar mesa controlando con el comparador
21
Hacer punto
22
Taladrar
23
Montar cabezal de mandrinar
24
Cilindrar 0 16
31
Volver
32
Desplazar la mesa para efectuar el segundo taladro
33
Montar portapinzas y broca de puntear
34
Hacer punto
35
Taladrar
36
Montar cabezal mandrinador
37
Cilindrar a 16 0
con
a
la
y
sumo
útil Herramienta
V n a Verificación I N.° pasada mlmin r.p.m. mmlr
P mm
Io
É
broca
cuidado
20
posición
C)
Verificación
inicial
Observación : Se puede pasar directamente al otro orificio si se tienen los instrumentos de control adecuados .
alexómetro mandril
diámetro
perpendicularidad
distancia entre centros
400
0,08
0,35-0,15
Establecer ciclo teórico Colocar regla de topes y topes en posición
y1~~";
:" 1,rro.
Comprobar ciclo en vacío Situar la fresa en el punto de tida Iniciar el ciclo Extraer la pieza A mientras se sa B, apretando el pedal de me Sustituir A por otra pieza . V car A
Montar fresa de 3/c Colocar divisor Montar pieza en mandril Verificar posición
Acercar fresa hasta la pieza, rozando apenas la misma . Dar profundidad
Centrar fresa respecto piezas con ayuda de una galga . La misma galga determina la profundidad de pasada
La fresa empleada es una de disco, de tres cortes, con el ancho adecuado y montada en el árbol portafresas horizontal . La ranura se obtiene de una sola pasada . El proceso de fresado, seguido en este primer caso, se puede apreciar en la figura 11 .6 . Para la mecanización de una serie media de estas piezas se ha decidido emplear una fresadora de ciclos, del modelo ya estudiado, estableciendo un ciclo cuadrado continuo con dos pinzas neumáticas de eje vertical, manejadas por el operario, que es el encargado de alimentar la máquina y extraer la pieza ya terminada . Las características del ciclo programado permiten efectuar la evacuación sin problemas mientras la fresa está ranurando una pieza e, incluso, verificarla por medio de un calibre o galga . Las pinzas neumáticas permiten efectuar una sujeción de gran seguridad y se manejan de modo muy sencillo con una válvula a pedal accionada por el operario, que se encuentra sentado frente a la máquina . De esta forma queda con las manos libres para efectuar los movimientos necesarios . Para facilitar el cambio de la fresa cuando haya perdido el filo, puede montarse en la parte exterior de la luneta, junto a la tuerca de cierre del árbol portafresas . Así se evita el inconveniente de tener que sacar demasiados anillos y la propia luneta para efectuar la sustitución de la fresa que ya no corta por otra nueva .
El proceso de mecanizado dei vástago por ciclos automáticos se puede apreciar en la figura citada . 11 .10
Fresado de la ranura de un anillo
Se trata de fresar la ranura que lleva el anillo de la figura 11 .7 estableciendo dos procesos distintos : en un caso, se suponen unas pocas piezas y, en el otro, una serie considerable . La máquina disponible en ambos casos es una fresadora universal de los modelos conocidos . En el primer supuesto se emplea el divisor universal con el plato de garras y un mandril de cierre por tuerca para la fijación de la pieza . Esta se introduce en dicho mandril y éste, a su vez, se sujeta con el plato universal . Una vez comprobada la horizontalidad del montaje y centrada la fresa respecto a la pieza, se procede a fresar la ranura procurando que la fresa tenga salida suficiente . El método puede mejorarse de modo evidente si la cantidad de piezas a mecanizar permite la amortización de un utillaje como el de la figura 11 .7 . Dicho utillaje permite fresar paquetes de 14 unidades . Su funcionamiento es muy sencillo : las piezas se introducen en la barra B después de que ésta se haya introducido, a su vez, en el utillaje, colocando al final el anillo A de tope . Esto permite tensar la barra portapiezas por medio del casquillo roscado T, lo cual obliga a los discos a comprimirse entre el anillo A y la parte frontal del asiento anterior . Finalmente, se aprieta el tornillo M para asegurar la posición. La base del utillaje tiene forma de U y lleva unas chavetas que encajan en las ranuras de la mesa . El utillaje se alinea en sentido longitudinal con ayuda del comparador . El centrado de la fresa puede hacerse por medio de una galga que se acopla al utillaje . La descripción detallada del proceso puede verse en la figura citada . CUESTIONARIO 11 .1 Establecer el proceso de fresado de una horquilla de articulación, de espiga cilíndrica previamente torneada, que comprenda el mecanizado de la abertura y de las caras laterales exteriores . 11 .2 Estudiar el proceso de fresado de una regla prismática que tenga una cara inclinada a 60° . 11 .3 Explicar el proceso de fresado de una cremallera de dientes rectos, con el dentado incluido . 11 .4 Proyectar un soporte para el montaje de un par de piñones cónicos y sus árboles de transmisión y establecer seguidamente el proceso de fresado de dicho soporte. 11 .5 Escoger una pieza apropiada que deba fresarse y establecer un proceso de mecanizado de la misma. Estudiar las mejoras que sería posible introducir, empleando utillajes o herramientas más perfeccionadas . 292
Tema 12. Rectificado
OBJETIVOS - Definir las operaciones fundamentales de rectificado .
EXPOSICIÓN DEL TEMA El rectificado es un procedimiento de conformación por arranque de viruta basado en la acción cortante de unos cuerpos abrasivos llamados muelas . Una muela cualquiera se compone del abrasivo propiamente dicho, en forma de granos, y de un producto aglomerante cuya misión es aglutinarlo . Tal como se ha dicho, el corte lo efectúan los granos abrasivos, cuya dureza es superior a la del material que se trabaja, y cuyas aristas de corte responden a las formas más variadas, aunque los ángulos de corte son generalmente negativos . La alta velocidad de corte desarrollada (de ordinario muy superior a la de otras máquinas herramientas), junto con la capacidad de arrancar virutas microscópicas, permiten alcanzar precisiones y calidades superficiales imposibles de obte ner por otros procedimientos . Por esta razón, el rectificado es un método de ,trabajo que se emplea para acabar piezas mecanizadas con anterioridad con las demasías adecuadas (torneadas, fresadas, etc.), cuando sus características mecánicas así lo aconsejan . El rectificado también resulta imprescindible para mecanizar piezas de gran dureza superficial, como es el caso de las piezas templadas. 12 .1
Clases de rectificado
El rectificado requiere como mínimo la conjunción de tres movimientos: el de corte, realizado por la muela; el de avance o alimentación, realizado por la pieza y el de penetración, que casi siempre lo efectúa la muela . Por otro lado, el rectificado se aplica a superficies de revolución de generatrices rectas (cilíndricas, cónicas . . .) o curvas y también a superficies planas . En consecuencia, las diversas variedades de rectificado dependen de la combina-ión armónica de los movimientos necesarios y de la naturaleza geométrica de las superficies a trabajar . A grandes rasgos, los rectificados más importantes son: -
Rectificado Rectificado Rectificado Rectificado Rectificado Rectificado
plano con muela frontal. plano con muela tangencial . cilíndrico exterior . cilíndrico interior . sin centros . de perfiles . 293
Cuando el rectificado sirve para obtener las caras de corte de una herramienta, entonces se denomina afilado y se realiza en máquinas especializadas . Su estudio se realizará en los 'emas finales del presente texto . 12 .1 .1
Fig.
12. 1
Rectificado plano con muela frontal En este sistema el eje de la muela es perpendicular a la superficie que debe rectifícarse . Por consiguiente, la muela, que es cilíndrica, ataca la pieza por su cara frontal (fig . 12 .1), mientras gira a una velocidad de corte v , determinada (movimiento de corte) ; al mismo tiempo avanza periódicamente en dirección axial hacia la pieza, lo que constituye el movimiento de penetración a que ocasiona la profundidad de pasada . La pieza se desplaza longitudinalmente a una velocidad vp y transversalmente con un avance a, si el ancho a rectificar es mayor que el diámetro de la muela; no obstante, en algunas máquinas, estos movimientos los realiza la muela . 12 .1 .2
Fig.
12.2
Rectificado plano con muela tangencial La disposición básica de este procedimiento es el paralelismo existente entre el eje de la muela (fig . 12 .2) y la superficie a rectificar . La muela arranca la viruta trabajando por su periferia, lográndose así rectificados de mayor calidad superficial y precisión, debido al escaso contacto entre la pieza y la muela que, teóricamente, se reduce a la tangencia de una superficie plana con la cara lateral de un cilindro . La muela está animada de un movimiento de rotación sobre su eje vm al mismo tiempo que dispone de un desplazamiento vertical a,, al término de cada pasada completa, Por su parte, la pieza se mueve longitudinalmente para conseguir el avance o alimentación vp y también transversalmente ar cuando finaliza una pasada completa, en función del ancho de la muela y de la calidad que se desea obtener . 12 .1 .3
Fig,
12.3
Fig . 12.4
Rectificado cilíndrico exterior
Este trabajo se efectúa (fig . 12 .3) mediante un movimiento de rotación de la muela vm que, a su vez, dispone de otro transversal que origina la profundidad de pasada ar. La pieza gira sobre su eje vp y también tiene otro desplazamiento rectilíneo, aunque ahora es longitudinal, a, para qué toda la pieza entre en contacto con la muela . Cuando se trabaja por penetración radial (rectificado en plongée) dicho desplazamiento a, no existe . Si la pieza a rectificar es cónica en lugar de cilíndrica, los movimientos a efectuar no varían . 12 .1 .4
Rectificado cilíndrico interior
Analizando la figura 12 .4 se deduce que los movimientos necesarios para el rectificado interior son idénticos al caso anterior . Varía únicamente la disposición de la muela, que va montada en un vástago, al aire, así como la forma de sujetar la pieza, que no debe ofrecer ningún obstáculo a la penetración de la muela . 12 .1 .5
Fig .
12,5
Rectificado sin centros Es un procedimiento muy original, cuyo esquema puede verse en la figura 12 .5 . Consta de una muela de trabajo, que gira a velocidad v y de otra de menor diámetro, llamada muela de arrastre, que se mueve en el mismo sentido que la primera y cuyo eje está ligeramente inclinado . La pieza a rectificar se encuentra aprisionada entre el par de muelas y una regla de gran dureza, que la sostiene por su parte inferior . Dicha pieza, como consecuencia de la disposición particular de la muela de arrastre experimenta un avance longitudinal a,, al mismo tiempo que gira sobre su eje (vp). 12 .1 .6
Rectificado de perfiles
El rectificado de perfiles diversos exige la a emplear de modo que ésta adquiera la forma siguiente la penetración de la muela a sobre gura 12 .6), ya sea rectilíneo o circular el perfil 294
preparación previa de la muela que se desea obtener . Por conla pieza siempre será radial (fique se trabaje .
12 .1 .7
Rectificados especiales
Se refieren a superficies especiales cuya rectificación suele ser problemática y exige, casi siempre, el empleo de maquinaria específica . Tal es el caso del rectificado de los filetes de una rosca (fig . 12 .7), los flancos de los dientes de una rueda dentada, el perfil de una leva, etc .
12.1 .8
Rectificadora . Tipos principales
Como se sabe, las operaciones de rectificado se realizan en unas máquinas herramientas llamadas rectificadoras . La diversidad de rectificados posibles condiciona las características constructivas de las rectificadoras, de modo que, según lo dicho, se puede establecer una clasificación orientativa de los distintos modelos existentes, sin olvidar que ciertas máquinas tienen capacidad universal, es decir, pueden efectuar varios rectificados . Así pues, el cuadro general queda de la siguiente manera : Rectificadora plana Rectificadora cilíndrica
Rectificadora frontal Rectificadora tangencial
r de exteriores de interiores universal
[de movimiento rectilíneo de movimiento circular de movimiento pendular
Rectificadora sin centros Rectificadora de perfiles Rectificadoras especiales :
de roscas, de dientes de rueda dentada, de levas, de perfiles de árboles ranurados, etc .
CUESTIONARIO 12 .1 12 .2 12 .3 12 .4 12 .5
Fundamento del mecanizado por abrasión . Modalidades de rectificado cilíndrico . Comparación entre rectificado plano frontal y tangencial . Explicar brevemente el fundamento del rectificado sin centros . Realizar un cuadro resumen de los diferentes modelos de rectificadora .
Fig. 92.
Tema 13 . Muelas abrasivas
OBJETIVOS - Estudiar la composición y características de las muelas abrasivas. - Conocer las reglas fundamentales de su empleo . - Explicar los principios básicos a seguir en la selección de una muela. EXPOSICIÓN DEL TEMA 13 .1
Arranque de viruta por abrasivos
Este procedimiento de conformación se basa en las propiedades cortantes de unos productos de gran dureza y resistencia al calor, denominados abrasivos, contenidos en las muelas . Estos abrasivos, reducidos a granos de tamaño mínimo, están dispersos de la forma más homogénea posible en el seno de una masa aglutinante que los sostiene y que, a la vez, permite conformar la herramienta abrasiva o muela, de modo que sea apta para el trabajo de esmerilado . Examinando una muela, se puede apreciar, incluso -a simple vista, los granos abrasivos (fig . 13 .1) cohesionados por el aglomerante, que no llega a ocupar todo el espacio intergranular, sino que aparece dejando poros de tamaño variable cuya existencia es imprescindible para un mecanizado correcto . En efecto, las partículas de material arrancadas por los granos abrasivos se depositan en los poros de la muela hasta ser proyectados por la fuerza centrífuga, muchas veces en estado incandescente, formando un haz de chispas característico . Las aristas de corte de los granos presentan las formas más variadas e irregulares, aunque los ángulos de corte suelen ser negativos . En el transcurso del esmerilado los granos activos sufren un proceso de desgaste que los va aplanando hasta llegar al punto en que se rompen los puentes de aglomerante ue lqo sostenían, con lo cual, los granos achatados se desprenden, aflorando enseguida otros nuevos con los cantos vivos.
poro
13 .2
abrasivo
Fig. 13.1
'-
'"'--
aglomerante
Arranque de viruta por abrasión .
Clases de abrasivos
En primer lugar están los abrasivos naturales, como el cuarzo, el esmeril, el corindón natural, etc . ; todos ellos tienen poco interés industrial, a excepción del diamante. Los abrasivos más émpleados son los artificiales, sobre todo el corindón artificial y el carburo de silicio. También están el diamante artificial y el nitruro de boro . 296
13 .2 .1
Corindón artificial
Está compuesto de alúmina u óxido de aluminio (AIi03 ) y se obtiene a partir de la bauxita, por fusión en el horno eléctrico a unos 2000 °C . Es adecuado para trabajar materiales tenaces como la mayoría de los aceros, el hierro dulce, la fundición maleable y el bronce tenaz . Comercialmente adopta diversos nombres, según los fabricantes (alúndum, aloxite, bauxilite, etc.) . Su dureza en la escala de Mohs es de 9,25.
13.2.2
Carburo de silicio
Es un compuesto de carbono y silicio, cuyo símbolo químico es Si C. Se obtiene por fusión de una mezcla de arena de cuarzo, coque de petróleo, serrín y sal común, en un horno eléctrico de resistencia . Es más duro que el corindón (9,75 en la escala de Mohs) pero menos tenaz . Por esta razón, se emplea para trabajar materiales quebradizos, como el metal duro, la fundición, la porcelana, etc., y también para materiales dúctiles muy blandos tales como el latón, el aluminio, etc . Comercialmente recibe los nombres de carborúndum, crystolon, silicit, unirúndum, etc .
13.3
13.3 Granos abrasivos agrupados por tamaños . Tabla 13 .4 Muy basto 8 10
13.4
m
"_ "" _99 """
Y
/_
1
"" p
_
unas detalle X
Fig . 13.2 Clasificación del tamaño del grano .
Tamaño del grano
El abrasivo se obtiene en bloques grandes que, luego, son triturados y molidos y, por último, clasificados en tamaños por medio de tamices o cribas . Dichos tamaños se designan por un número que corresponde al número de hilos por pulgada lineal que tiene el tamiz empleado (fig . 13.2) . En la figura 13.3 se muestran granos abrasivos de diverso tamaño y en la tabla 13.4 una clasificación general con indicación de su empleo ordinario .
Fig.
' onmo=\=\mono " nonoou"ru"" o" ~"""""""" no"~oo "oo mangas ENEENERIENE
Designación del tamaño del grano
Basto para desbaste
Medio para trabajos generales
Fino para acabado
Muy fino para pulido
12 14 16 20 24
30 36 46 54 60
70 80 90 100 120
150 180 220 240
Tamaños harina para lapeado 280 320 400 500 600
800 1000 1200
Aglomerante
Como ya se ha dicho, el aglomerante es la liga o cemento que mantiene unidos los granos abrasivos de una muela . Se designa por una letra específica . Hay cuatro aglomerantes principales :
- Vitrificado (V). Es el aglomerante más común, usado en el 75 % de las muelas . Es de naturaleza cerámica, obtenido a elevadas temperaturas . Debido a su porosidad y a las particularidades del empastado, tiene una gran ca pacidad abrasiva . Es insensible a la humedad y al frío, siendo su porosidad favorable al esmerilado húmedo . Resiste bien la fuerza centrífuga, pero resulta frágil a los choques mecánicos y térmicos debido a su poca elasticidad y su mala conductibilidad . 29 7
- Resinoide poco sensibles a Puede usarse cos de corte por
(B) . Es adecuado para la fabricación de muelas delgadas, la presión y a los choques . con seguridad en muelas de alta velocidad y es ideal para disabrasión .
- Goma (R). Se usa cuando se requiere una muela muy fina, de gran resistencia ; puede obtenerse un espesor mínimo de 0,2 mm . Las muelas de goma deben funcionar a gran velocidad (3000 a 5000 m/min) para que la fuerza centrífuga mantenga el perfil . Se emplea también para pulidos muy delicados y para muelas de arrastre de rectificadoras sin centros . Una variante del mismo es la goma laca (E) . - Silicato (S) . No suele emplearse en el rectificado de precisión . Posee gran potencia esmeriladora y es apropiado para el esmerilado plano . 13 .5
Grado o dureza de la muela
Se entiende por grado de una muela la mayor o menor tenacidad con la que el aglomerante retiene los granos de abrasivo . Por consiguiente, aunque habitual, no es muy correcto emplear grado y dureza de la muela como sinónimos . Prácticamente, una muela se llama blanda, cuando sus granos se separan fácilmente durante el trabajo ; se llama dura en el caso contrario . En principio, una muela tiene el grado adecuado para un trabajo determinado, cuando su blandura es la necesaria y suficiente para que la superficie cortante de la misma no se aplane y embote (recuérdese el abrillantado característico que toma la muela cuando no corta) . El grado de una muela se indica con letras mayúsculas (tabla 13 .5) de la A a la Z, aunque en la práctica hay valores que no se emplean . Tabla 13 .5
Indicación del grado de la muela
Muy blandos
Blandos
Medios
FGH
Intermedios
IJ K
LMN
Duros
Muy duros
OP
QRS
TUXZ
Factores a considerar en la elección del grado de una muela. Los factores principales son : - Características del material a mecanizar. Las trabajar materiales duros y viceversa . No obstante, muelas blandas son adecuadas para para rectificar aceros templados con salida de muela suelen utilizarse muelas de dureza media . Para aleaciones no ferrosas emplearemos muelas menos duras que las usadas para mecanizar acero - Precisión de mecanizado . Al aumentar la precisión el grado de la muela debe elevarse, para evitar continuos reglajes de la máquina provocados por el rápido desgaste de la muela .
2
- Forma de la superficie a mecanizar. Para el desbaste en el rectificado plano, las muelas, ya sean enteras o de segmentos, deberán ser blandas, de modo que el mismo trabajo provoque el autoafilado de la muela ; es decir, que la caída de los granos abrasivos se produzca de tal forma que no exista riesgo de embotamiento . Para rectificar piezas con radios pequeños, ángulos poco abiertos o perfiles complicados es necesario aumentar la dureza de la muela, especialmente si el trabajo es de responsabilidad, para evitar continuos retoques de la muela . También hay que tener presente que, a mayor velocidad, la muela se comporta como si tuviera mayor grado que el que realmente le corresponde ; ocurre todo lo contrario si trabaja con poca . Por consiguiente, si una muela no alcanza la velocidad apropiada, debido a las condiciones de trabajo tro, por ejemplo), su grado debe ser mayor (rectificado de agujeros de pequeño diámede lo normal . 13 .6
Fig . 13.6 Estructura de las muelas: A, detalle ampliado de la composición de una muela, B, tipos de estructura : 1, cerrada, 2, abierta; 3, porosa.
Estructura
Se entiende por estructura de una muela la relación cuantitativa de tres factores : grano, aglomerante y porosidad . Para hacer más comprensible este concepto se puede definir la clase de estructura por el grado de porosidad . Es decir, una estructura muy compacta o cerrada será la que tiene los poros muy pequeños y los granos casi juntos ; una estructura abierta tendrá, por el contrario, los granos separados y grandes poros entre ellos (fig . 13 .6) . 298
Según lo dicho, la estructura se clasifica en tres categorías, representadas por diferentes números que se distribuyen tal como indica la tabla 13 .7, del 0 al 14 o más. Las muelas de estructura cerrada se emplean para acabado fino y rectificado de precisión; las de estructura abierta media, para desbaste y las de estructura muy abierta, para trabajos donde exista peligro de sobrecalentamiento, porque su gran porosidad favorece la penetración del refrigerante .
Tabla 13 .7 Designación de la estructura
Cerrada
0
1
2
Media
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Abierta
Como datos orientativos se puede establecer que en una estructura cerrada el volumen de grano está entre el 60 y el 54 %; en una media, entre el 52 y el 46 % y en una estructura abierta los granos no suponen más que una cifra que oscila entre el 44 y el 38 %. 13 .7
fl
Forma de las muelas
La norma UNE 16-300-75 señala siete formas típicas de muela que se designan por un número del modo siguiente (fig . 13 .8) : -
Muelas Muelas Muelas Muelas Muelas Muelas Muelas
3
8
planas, tipo 1 (A) . planas con escoté, tipo 5 (B) . planas con dos escotes, tipo 7 (C) . de vaso, tipo 6 (D) . de copa, tipo 11 (E) . de plato, tipo 12 (F) . de disco embutido, tipo 27 (G) .
Los perfiles particulares para muelas no cilíndricas de poco espesor se designan por unos símbolos laterales y sus dimensiones se indican en la figura 13 .9 .
los símbolos se encierran en círculos v, x, a precisar en el pedido
salvo indicación contraria en el pedido
Fig.
13.9
Perfiles normalizados de muelas de disco .
La gama de medidas nominales de los diámetros exteriores D, espesor E y agujero d están contenidas en la norma citada (tablas 13 .10, 11 y 12) . Algunas formas de muela muy empleadas en el taller mecánico se representan en la figura 13 .13 . Tabla 13 .10
mm
`
8 10 13 16 20 25 32
Tabla 13 .11
Tabla 13.12 Diámetros normalizados de los orificios de las muelas
Diámetros nominales de las muelas D
mm 40 50 63 80 100 125 150
mm
mm
200 250 300 350 400 450 500
600 750 900 1060 1250 1500
Fig . 13.8 Formas de muelas normalizadas.
mm 1,6 2,5 4 6 10 13 16
I
d
mm 20 25 32 40
I
mm
mm
50,8 76,2 127 152,4 203,2 304,8 508
Espesores nominales de las muelas E
MM
mm
mm
mm
0,6 0,8 1 1,25 1,6 2 2,5 3,2
4 5 6 8 10 13 16 20
25 32 40 50 63 80 100 125
160 200 250 315 400 500 Fía . 12. 12
Tinn.c r/e MIIPIA mnv amnlaarlnc an al tallar mar "ánir "n
13 .8
Designación de una muela
La designación completa de una muela comprende tres factores, indicados por este orden: - Forma de la muela. Se indica el tipo correspondiente . - Dimensiones. Las medidas de los diámetros exterior, espesor y diámetro del agujero en milímetros . - Especificación . Las características propias de la muela . 13 .8 .1
Designación de las especificaciones
Consiste en el empleo de siete símbolos que hacen referencia a otras tantas características o datos, tres de los cuales son facultativos, colocados de este modo : - Típo de abrasivo . Propio del fabricante (facultativo) . - Naturaleza del abrasivo . A, para los aluminosos (corindón . . .) ; 8, para los de carburo de silicio (carborúndum . . .) . - Tamaño del grano. - Grado. - Estructura (facultativo) . - Naturaleza del aglomerante. - Tipo de aglomerante. Propio del fabricante (facultativo) . Ejemplo.
Sea una muela designada con el símbolo general 51 A-36-L-5-V 32 . El significado de cada uno de los símbolos parciales es el siguiente: 51A-36-L-5-V32 Tipo de abrasivo (código del fabricante) Naturaleza del abrasivo (corindón) Tamaño del grano
- Tipo de aglomerante (código del fabricante) Naturaleza del aglomerante (vitrificado) Estructura Grado
Por consiguiente, la designación completa de una muela plana de 300 x 40 x 32 con las especificaciones anteriores sería: 1 muela tipo 1, de 300 x 40 x 32
51 A - 36 - L - 5 - V32
Para más detalles, así como para conocer las dimensiones y características normalizadas de diversas muelas, consultar las normas UNE 16-300-75 y siguientes .
B
k
13 .9
Los fabricantes acostumbran a señalar en la misma etiqueta que lleva los datos de la muela la velocidad a que deben trabajar . Esta velocidad tangencial oscila entre 20 y 35 metros por segundo para las muelas vitrificadas . La velocidad de trabajo no debe sobrepasar nunca el valor indicado por el fabricante, pues la fuerza centrífuga puede hacerlas estallar con gravísimo riesgo para el operador . 13 .10
c
Fig. 13. 14 Diferentes tipos de muelas de diamante: A, cilindríca; B, de copa; C, de copa, adosado el dia mante; D, de vaso .
Velocidad de las muelas
Muelas de diamante
Son insustituibles para el esmerilado de materiales de gran dureza como el metal duro, el vidrio, el cristal óptico, cerámica, etc . El cuerpo de la muela se fabrica de un material resistente y la zona activa es la que contiene partículas de diamante, debidamente aglomeradas con un producto metálico o resinoide (fig . 13 .14) . Las características de la muela están determinadas, en primer lugar, por el tamaño y calidad del grano de diamante y por su concentración y también por la naturaleza del aglomerante . 300
El empleo de muelas de diamante es muy delicado . Conviene escoger cuidadosamente la forma de la muela de modo que sea lo más robusta posible. Hay que evitar los golpes sobre la zona abrasiva y las profundidades de pasada elevadas . Se aconseja también el empleo de máquinas afiladoras de calidad, descartando en lo posible el amolado a pulso. Hay que montar igualmente la muela con gran precisión y emplear lubricante adecuado (agua con aceite al 2 % con aglomerante metálico y aceite 1,2 - 1,5 °Engler con aglomerante resinoide) . 13 .11
Montaje de las muelas . Precauciones generales
El montaje de las muelas tiene gran importancia para conseguir un trabajo correcto . Por ello, es preciso tener en cuenta unas cuantas normas sencillas y de fácil ejecución, encaminadas, como se ha dicho, a lograr un esmerilado correcto pero, especialmente, a evitar accidentes . - Antes de montar la muela es preciso asegurarse que sus características son las indicadas para el trabajo a realizar . También debe comprobarse su estado haciendo la prueba del sonido . En este caso, golpeando con suavidad la muela, suspendida libremente, con un mazo, debe oírse un sonido claro; si no es así, habrá que desecharla porque tiene probablemente fisuras internas . Las muelas de aglomerante resinoide no tienen sonoridad, pero debido a sus propiedades elásticas no tienen tendencia a agrietarse . - La muela deberá introducirse en su asiento sin forzarla en absoluto y asimismo, tan-Ipoco se montará con juego excesivo . Si el diámetro del árbol es inferior al del agujero de la muela, se dispondrá entre ambos el casquillo correspondiente . - La sujeción y arrastre de la muela se efectúa mediante dos bridas cóncavas, en forma de platillo, cuyos diámetros, iguales entre sí, deben ser 1/3 del de la muela, como mínimo . - Entre las bridas y la muela hay que poner unos discos de cartón fino (con frecuencia los llevan las muelas) para que el contacto sea más completo . - La tuerca de cierre debe apretarse sin exagerar . Es muy conveniente comprobar que la rosca no tienda a aflojarse cuando la muela está en movimiento . 13 .12
Fig . 13.15 Fijación de la muela sobre el husillo.
Montaje de la muela en la máquina
Las posibles fíjaciones a emplear pueden reducirse a estas cuatro : - Fijación directa sobre el husillo. La muela se introduce en el árbol (figura 13 .15) y se sujeta entre dos bridas que se aprietan por medio de una tuerca . Si la muela es de dimensiones notables conviene introducir una lengüeta de arrastre (fig . 13 .16) . Estos sistemas se emplean para muelas de hasta 300 mm de diámetro .
- Fijación sobre útil portamuelas. Se emplea para muelas de gran diámetro . El útil consiste en dos platos P y M que se acoplan entre sí, ajustando por el cuello C, mientras la muela asienta sobre el diámetro D. Una vez fijado todo el conjunto por los tornillos que lleva, se monta en el asiento cónico A y se asegura apretando la tuerca de cierre (fig . 13 .17) . La extracción se realiza después de soltar la tuerca, roscando un extractor en R que, al hacer tope en el extremo del árbol, ocasionará la salida del conjunto de platos y muela .
Fig . 13,17 Sujeción de la muela sobre útil. 30 1
Fig. 13.16 Fijación de la muela sobre el husillo con empleo de casquillo y lengüeta en la brida.
- Fijación por tornillo . Este sistema es propio de muelas pequeñas . Por lo tanto, es habitual en los rectificadores interiores (fig . 13 .18) .
Fig . 13.18 Fijación de la muela por tornillo. Fig .
13.19 Aparato para el equilibrado estático de las muelas .
También se emplea para sujetar las porciones de abrasivo en las muelas de segmentos: - Fijación sobre vástago propio. Se limita su empleo a muelas muy pequeñas que se sueldan o encolan sobre un eje de acero . En estas condiciones, la muela, provista de vástago, se fija ordinariamente con una pinza o plato de garras . 13 .13
Fig. 13.20 Contrapesos móviles para el equilibrado de la muela .
Equilibrado de las muelas
Por regla general, las muelas presentan cierta excentricidad en sus agujeros, un ligero error de paralelismo entre sus caras y una densidad irregular en toda su masa, debidas a la propia naturaleza del producto y al proceso de fabricación empleado . La consecuencia de ello es que las muelas están desequilibradas. Emplear una muela desequilibrada tiene muchos inconvenientes porque la fuerza centrífuga no compensada provoca vibraciones que se transmiten a la máquina y, en último término, al trabajo efectuado. El resultado es una pérdida de precisión y en casos extremos se puede llegar a la rotura de la muela . El objeto del equilibrado consiste en la distribución uniforme de la masa de la muela alrededor de su eje de giro . Normalmente, sólo se efectúa a partir de los 250 mm de diámetro . El equilibrado estático de la muela se realiza con ayuda del útil de la figura 13 .19 y de unos contrapesos móviles que llevan las bridas o platos portamuelas (fig . 13 .20) . Estos contrapesos, en número par (ordinariamente dos o cuatro), encajan en una ranura circular del plato y se fijan en la posición deseada mediante un tornillo que los obliga a presionar contra los laterales de su alojamiento. 13 .14
Proceso de equilibrado
Una vez colocada la muela en el útil portamuelas, se fijan los contrapesos diametralmente opuestos (fig . 13 .21 A) y, a continuación, se siguen los siguientes pasos: 1 ° Se repasa la muela en la propia máquina con el diamante o útil apropiado . 2° Se introduce todo el conjunto en un mandril que ajusta en el agujero central del plato o brida y se apoyan los extremos del mandril sobre las reglas cilíndricas del aparato equilibrador, situadas en perfecta posición horizontal . Se deja girar el conjunto de la muela hasta que se detenga y se hace una marca sobre el extremo superior del diámetro vertical (fig . 13 .21 B) . 3° Se mueven los contrapesos y se sitúan a 90° de la marca, diametralmente opuestos (fig . 13 .21 C) . 4° Se elevan los contrapesos hacia la marca una pequeña distancia (unos tres milímetros) por igual, hasta que el grupo quede en equilibrio indiferente en cualquier posición (fig . 13 .21 D) . 5° Se extrae el mandril; se vuelve a montar el útil portamuelas con la muela en el cabezal de la máquina y se repasa otra vez antes de empezar a esmerilar . El equilibrado dinámico se efectúa únicamente en casos muy especiales .
Fig. 13.21 brado . 302
Proceso de equili-
13 .15
Perfilado y afilado de muelas
El perfilado de las muelas se efectúa para darles el perfil necesario cuando se emplean para el rectificado de formas varias . Una variedad del mismo es el rectificado de la muela, cuando ésta es nueva, para lograr su equilibrado . El afilado de una muela es la operación que sirve para mantener su perfil y concentricidad y también para abrir los poros de la misma y extraer los granos de abrasivo desgastados o partículas metálicas que emboten la muela . Como resultado del afilado aparecen granos nuevos con las aristas de corte intactas . El afilado de las muelas en trabajos de tipo basto se realiza por medio de unas ruedas dentadas de fleje de acero, denominadas ruletas, montadas en un soporte que se maneja manualmente. Dichas ruedas pueden girar libremente sobre un eje que lleva la cabeza del dispositivo (fig . 13 .22) . Este sistema tiene su máxima aplicación en las electroesmeri¡adoras . El afilado y el perfilado de las muelas se efectúa habitualmente con un útil previsto de un diamante en su extremo, convenientemente engarzado en él . Este útil se instala en un soporte situado sobre la muela en la posición y ángulo adecuados (fig . 13 .23) . Tanto el perfilado como el afilado de desbaste se efectúan dando pasadas ligeras con rapidez; el acabado se realiza con unas pasadas mínimas, desplazando el diamante con lentitud, para conseguir una superficie tan suave y exacta como sea posible. El perfilado de muelas con caras oblicuas, radios, etc., puede hacerse con ayuda de soportes especiales orientables, sin necesidad de emplear plantillas, método que, sin embargo, es imprescindible para ejecutar perfiles complicados . Existe también el sistema de perfilado Crushing que consiste en el uso de una moleta de acero templado con el perfil que se quiere producir, provisto de unas ranuras diagonales (fig . 13 .24) que permiten la evacuación del abrasivo y el polvo de aglomerante . La moleta se hace girar sobre la máquinas mientras que la muela permanece en reposo, pero en situación de giro libre . La presión de la moleta determina el giro subordinado de la muela, que va siendo perfilada a medida que la moleta penetra radialmente en ella . 13 .16
Fig. 13.22 Reavivado de la muela con el empleo de ruletas.
diamante
ángulo de posición ~rectificado
Fig. 13.23 Rectificado de la muela con el útil diamantado .
Precauciones en la utilización de las muelas
A continuación se da una serie de normas de carácter genera! que es muy conveniente observar con atención para que el trabajo se efectúe con exactitud y sin problemas ni riesgos graves para el operario . - Comprobar siempre que la muela está en perfecto estado, bien equilibrada y que gira dentro del límite de velocidad previsto por el fabricante . - Evitar la entrada en contacto brusco entre la muela y la pieza. -- Evitar una excesiva presión entre ambas, ya sea debida a una profundidad de pasada excesiva, ya a que la muela no corte o a que sea dura en exceso . - Emplear siempre la muela adecuada . - No empezar a rectificar con la máquina en frío . Es conveniente tenerla girando en vacío hasta que sus órganos móviles alcancen la temperatura mínima de trabajo. - Como medida de seguridad, el operario evitará colocarse delante de la muela cuando ésta empiece a girar y, en general, procurará no situarse en el área de una posible proyección . - Las máquinas que emplean muelas deben equiparse obligatoriamente con defensas que cubran 270° del perímetro de la muela, como mínimo, para evitar la eventual proyección de fragmentos en caso de rotura (fig . 13 .25) . - El operario deberá proteger sus ojos de las partículas abrasivas y virutas metálicas que se producen en el trabajo, con el empleo de gafas o pantallas adecuadas . - Se procurará evitar el desgaste localizado de la muela empleando toda la anchura de la cara de trabajo. Esto es especialmente necesario en el amolado a mano . - Si el trabajo lo permite, debe emplearse refrigeración en abundancia, dirigida al punto de contacto entre pieza y muela que evita calentamientos peligrosos y la formación de una atmósfera de polvo que, con el tiempo, pudiera producir lesiones en el operario (silicosis). En las máquinas que trabajan en seco deben colocarse aspiradores de polvo . 303
Fig. 13.24 Sistema de perfilado Crushing .
Fig. 13.25 Protección cerrada de una muela,
13 .17
Precauciones en el almacenaje y transporte de las muelas
Hay que recordar que una muela es un conglomerado de cuerpos duros y que, en consecuencia, soporta mal los esfuerzos de compresión y flexión, especialmente estos últimos. - El transporte y almacenaje se harán con sumo cuidado, de modo que las muelas no puedan caerse ni recibir golpes . - Las muelas de gran tamaño pueden apilarse de la manera que se indica en la figura 13 .26 . Como norma general, se buscará la posición en la que la muela no tienda a deformarse, atendiendo, naturalmente, a su configuración . - Las muelas de poco diámetro pueden colgarse, suspendidas por su agujero central. Las pequeñas muelas de vástago se guardarán en estuches o estantes provistos de agujeros en los que se introducirá aquél . - Una muela deformada deberá rechazarse .
Fig. 13.26 Forma de almacenar las muelas.
CUESTIONARIO 13 .1 13.2 13 .3 13 .4 13 .5 13 .6 13 .7 13 .8 13 .9 13 .10 13 .11 13 .12 13 .13
Clases de abrasivos . ¿Cómo se clasifica el tamaño de los granos abrasivos? Características del aglomerante vitrificado . Empleo de las muelas de goma . Explicar lo que significa dureza y blandura de una muela . Clases de estructura . Hacer unos croquis que representen las formas de las muelas normalizadas . Indicar un ejemplo detallado de designación de una muela, Muelas de diamante . Enumerar las formas más comunes de sujeción de las muelas . Proceso de equilibrado estático de una muela . Herramientas empleadas para perfilar . Precauciones generales que conviene observar en el empleo de muelas .
Tema 14. Factores de corte y tiempos de mecanizado en la rectificadora
OBJETIVOS - Estudiar los factores de corte que intervienen en el rectificado .
- Calcular los tiempos necesarios en las diversas operaciones básicas. - Conocer el valor de la potencia empleada en el rectificado .
EXPOSICIÓN DEL TEMA Los factores de corte en el mecanizado con abrasivos que se van a considerar serán : la velocidad de la muela, la profundidad de pasada o penetración y el avance o velocidad de alimentación . 14.1
Velocidad tangencial de la muela
Existe una limitación inicial de velocidad que no depende de las condiciones de trabajo sino de la naturaleza del aglomerante y que es preciso respetar rigurosamente ; de ello ya se habló en el tema anterior. Además, existen las limitaciones propias de cada trabajo (material, dimensiones de la muela y de la pieza, tipo de rectificado, refrigeración, etc .) que es muy difícil evaluar con exactitud . Por todo ello, los datos teóricos que proporcionan los formularios y los propios constructores de las máquinas no deben tomarse como valores absolutos sino orientativos y, en consecuencia, deben ser verificados y corregidos por las experiencias prácticas . La velocidad de la muela se expresa en m/s y se calcula por la fórmula ya conocida:
60 000 14.2
Elevación de la velocidad adecuada
Según lo dicho en el apartado anterior, se pueden dar unos valores orientativos que servirán de base para establecer la velocidad periférica de una muela . Este es el objetivo de las tablas 14.1 y 14.2. Una vez hallada la velocidad tangencial de la muela conviene transformarla en velocidad de giro, en función del diámetro de muela disponible y emplear la velocidad de giro del cabezal de la máquina más próxima a los resultados del cálculo . 305 20 .
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
Tabla 14 .1
Velocidad tangencial de una muela según su forma y especificaciones
Aglomerante
Forma constructiva
Vitrificado o silicato blanda
media
28
Anillo Copa cónica Vaso entero y segmentos
Resinoide
dura
blanda
media
30
33
33
40
23
28
30
23
25
28
30
35
30
30
23
25
40
28
48
30
40
40
Plana normal y perfilada . Plana con uno o dos rebajes . Plato
Disco de tronzar
Tabla 14 .2
I
dura
Velocidad tangencial de una muela según el tipo de rectificado y el material que se trabaja
Tipo de rectificado
Forma de la muela
Aglomerante
Material que se trabaja
Rectificado cilíndrico exterior
Velocidad m/s
Plana (de disco)
Vitrificado o silicato
Acero no tratado Acero templado Fundición, bronce, latón Al eaciones ligeras
Rectificado cilíndrico interior
29-33 20-28 20-30 16-20
Plana (cilíndrica)
Vitrificado o silicato Vitrificado o silicato
10-29 8-20 8-20 7-16
Rectificado plano
Plana (de disco) Vaso (entero o segm .)
Acero no tratado Acero templado Fundición, bronce, latón Aleaciones ligeras Acero no tratado Acero templado Fundición, bronce, latón Aleaciones ligeras
22-28 18-22 20-26 15-20
Para ello puede emplearse el nomograma de la figura 14 .3 . Si la velocidad de la muela debe ser de 25 m/s y el diámetro de la misma es de 150 zar una paralela al eje de abscisas mm, al traque corte la recta inclinada de 150, se obtiene la velocidad de giro en r. p, m ., bajando una perpendicular a dicho punto de intersección ; en este eje por el caso, el resultado es de 3 180 r. p . m . Si la máquina dispone como valor inferior más próximo el de 3000 r. p. m ., ésta sería la velocidad adoptada . 50
c
5
250
E
35
200
°' m
30 150
25 20
C
É m
100 E
2000
2500
3000
revoluciones por minuto de la muela
14 .3
3500
Fig. 14.3 Nomograma para el cálculo de la velocidad de la muela .
Velocidad de rotación de la pieza
En el rectificado cilíndrico, además de la velocidad periférica de la hay que considerar la velocidad muela periférica de la pieza . Esta se calcula de modo idéntico al de la muela, pero expresando el resultado en m/min .
306
La velocidad de la pieza no tiene influencia decisiva en el esmerilado porque lo que cuenta en realidad es la relación entre las velocidades de la pieza y de la muela . En efecto, la relación de velocidades existente, junto con la penetración, determina la longitud y el espesor de la viruta cortada . Cuando la muela recorre un arco AB (fig . 14 .4), la pieza gira un arco más corto CB . La forma de la viruta obtenida es aproximadamente la de ABC y será tanto más pequeña cuanto mayor sea la velocidad de la muela y menor la de la pieza . Como es lógico, esta última no debe descender por debajo de cierto valor, porque entonces el rendimiento de la operación sería casi nulo . Así, se pueden establecer unos valores límite, máximo y mínimo, con intenciones orientativas, que se reflejan en la tabla 14 .5 . Tabla 14.5 Velocidad periférica de la pieza en m/min
14 .4
Fig. 14.4
Material
Rectificado cilíndrico exterior
Rectificado cilíndrico interior
Acero suave
12-25
8-15
Acero aleado
10-18
7-12
Fundición
14-22
10-20
Bronce, latón
14-25
12-22
Aleacion . liger.
16-30
14-24
Profundidad de pasada
Generalmente, el sobrante de material no se elimina de una sola pasada . Para obtener la máxima calidad superficial y eliminar los errores que se producen por flexión de los órganos mecánicos, el rectificado se efectúa en dos etapas : el desbaste y el acabado, complementado éste con algunas pasadas sin penetración, hasta que finalice la proyección de chispas. Los valores concretos que se recomiendan están contenidos en la tabla 14 .6 por lo que se refiere al rectificado cilíndrico exterior . Para el rectificado cilíndrico interior los valores deben ser menores y oscilan entre 0,002 y 0,01 mm . En el rectificado plano pueden variar entre 0,01 y 0,2 mm . Tabla 14 .6 Profundidad de pasada en mm, para' él rectificado cilíndrico exterior Material Acero suave
Acabado
1 0,03 -0,06
0,005-0,02
0,02 -0,03
0,005-0,01
Fundición
0,08 -0,16
0,02 -0,05
Aleacion . liger.
0,125-0,25
0,02-0,10
Acero templado
14 .5
Desbaste
1
Avance longitudinal
El avance longitudinal en el rectificado cilíndrico o velocidad de traslación de la mesa suele expresarse con relación al ancho de la muela. De este modo se llega a los siguientes valores por revolución de la pieza : - Desbaste . - Acabado.
De 1/2 a 4/5 del ancho (mm) . De 1/10 a 1/4 del ancho (mm) .
En el rectificado cilíndrico interior conviene aumentar estos datos en una tercera parte e incluso más cuando se trate de muelas muy pequeñas, al mismo tiempo que se reduce al mínimo la profundidad de pasada . 30 7
Sección de viruta.
La velocidad de la mesa en el rectificado plano se indica en m/min valores convenientes para distintos . Algunos materiales se incluyen en la tabla 14 .7 . Tabla 14 .7 Velocidad lineal de la mesa en m/min en el rectificado plano Tipo de trabajo
Materia/
14 .6
Tipo de muela
Elección de la muela
La elección del tipo de muela (forma y siempre por el tipo de rectificado, el equipo dimensiones) viene impuesto casi disponible y las dimensiones de la pieza . Las especificaciones de la misma (abrasivo, grano, grado, estructura, son de elección mucho más compleja etc .), porque son muy numerosos los factores que intervienen . De todas formas, teniendo presentes las indicaciones que figuran en tema anterior, se pueden determinar el con suficiente aproximación las características más importantes de las muelas para trabajos corrientes de rectificado (tabla 14 .8) . Tabla 14 .8
Elección de la muela para los trabajos corrientes de rectificado cilíndrico y plano con muela cerámica (') Rectificado cilíndrico Rectificado cilíndrico exterior interior (3)
Rectificado plano con muela de vaso (2)
Rectificado plano tangencial
A = corindón artificial . d = desbaste . No se pretende con esta tabla resolver simplemente orientar en los más corrientes todos los casos, sino . Consúltense los catálogos de las casas fabricantes . Véase también lo que se expone en el texto . Y téngase en cuenta, por último, que no suelen trabajar - de la misma forma dos muelas de las mismas características teóricas, pero de fabricantes distintos . (')
( 2) En el rectificado plano de superficies estrechas se utilizan durezas proporcionalmente mayores . (') Puede ser necesario variar algo las características según el diámetro de las piezas . (') Para acabados finos se puede emplear un grano más fino, pero con menor arranque de material .
14 .7
Influencia del refrigerante
Como es bien sabido, durante el esmerilado se produce la proyección de partículas metálicas al rojo . La pieza mecanizada no adquiere, como es lógico, estas temperaturas pero sí que llega a alcanzar temperaturas locales de 400500 °C . Para evitar problemas, producidos por el calor generado (tensiones internas, deformaciones, efectos de revenido, etc .) es conveniente emplear un refrigerante líquido que lo absorba . El empleo de refrigerante tiene efectos limpiadores sobre la muela, de modo que los poros tienen tendencia a taponarse menos. Además, influye sobre la precisión de las piezas, al evitar los efectos de la dilatación . La refrigeración debe ser muy abundante, continua y aplicada en la zona de contacto entre la pieza y la muela . Cuanto mayor sea ésta, la cantidad de refrigerante deberá crecer en la misma proporción . Por eso, en el rectificado plano frontal, la refrigeración debe ser más intensa que en el rectificado plano tangencia¡, por ejemplo. También debe aumentar cuando crezca la velocidad de giro de la muela . Una precaución importante a tener es la de no conectar de improviso el refrigerante, si se ha trabajado en seco durante cierto tiempo, puesto que el impacto del chorro de refrigerante sobre la superficie caliente de la pieza puede ocasionar grietas, especialmente en aceros tratados . Cuando se emplee muela porosa con refrigerante, conviene eliminar el líquido acumulado en la parte inferior de la muela después de un reposo prolongado, porque origina el desequilibrado de la misma. El líquido absorbido se expulsa haciendo girar la muela en vacío durante unos minutos, antes de empezar de nuevo el trabajo. 14 .7 .1
Refrigerantes empleados
El producto más empleado es la taladrina porque cubre todo el rectificado de los aceros . Para bronce y aluminio da muy buenos resultados una mezcla de trementina y tetracloruro de carbono por su gran poder limpiador, que impide el taponamiento de los poros de la muela . La fundición se rectifica, con frecuencia, en seco, al igual que los trabajos interiores en agujeros de poco diámetro ; en estos casos conviene emplear presiones de esmerilado muy bajas para evitar calentamientos excesivos y un sistema de aspiración de polvos .
14 .8
Defectos más corrientes en el rectificado
Aunque en los temas correspondientes a los trabajos de rectificado se trata de los defectos concretos que aparecen con mayor frecuencia y la forma de evitarlos, parece conveniente tratar aquí de algunos que tienen carácter general, para evitar reiteraciones en cada caso . Entre los defectos a señalar destacan : las grietas, las manchas de calentamiento y capas blandas, las facetas y las estrías del esmerilado. - Grietas. Son originadas por las tensiones elevadas que se establecen entre las zonas periféricas calentadas por el esmerilado y el núcleo, que se mantiene a temperatura ambiente . La tendencia al agrietamiento varía según los materiales ; aumenta con la dureza y disminuye con la tenacidad . Los aceros de alta aleación y poco o nada revenidos son muy sensibles a las grietas . Asimismo, las capas cementadas o nitruradas en los aceros de este tipo, que no han sufrido ningún revenido, son extremadamente propensas al agrietamiento por esmerilado . Es muy recomendable en estos casos reducir la velocidad de giro de la muela, emplear aglomerante más blando y refrigerar con abundancia . - Manchas de calentamiento. Son zonas superficiales de color azulado o pardo oscuro quemadas por la acción de la muela . En ciertos casos se pueden eliminar con un rectificado posterior cuidadoso; en otros, esto no es posible. Pero además, estas manchas se comportan como zonas blandas que, cuando se trata de herramientas o piezas que precisan dureza superficial, suponen un grave inconveniente porque, aunque se pueden repasar, no presentan nunca la dureza inicial . 309
Las medidas a tomar, para evitarlas, son las mismas que en el caso anterior . - Facetas . Son franjas regulares que corresponden a defectos superficiales producidos por la variación periódica de la distancia entre la muela y la pieza que se rectifica, ya sea por causa de vibraciones, ya sea por otros motivos. Estas franjas son más o menos visibles por reflexión de la luz, pero en ciertas ocasiones, el rectificado es tan defectuoso que pueden medirse con facilidad . Para evitarlas hay que usar muelas bien equilibradas ; emplear avances adecuados; efectuar fijaciones seguras de las piezas y recurrir a lunetas de apoyo cuando las piezas sean largas y de poco diámetro . - Estrías. Son marcas irregulares que aparecen en las superficies rectificadas, debidas a granos irregulares; avance excesivo ; refrigerante sucio con partículas en suspensión, etc . Se evitan con el empleo de grano adecuado ; rectificando correctamente la muela; por medio de un avance adecuado y con el uso de un refrigerante en perfectas condiciones . 14 .9
Tiempos de mecanizado
Por razones que se refieren al control de la producción y al cálculo de costos, es muy importante conocer el tiempo teórico de rectificado . Este viene condicionado, en primer lugar, por el tipo de rectificado ; no es lo mismo un rectificado cilíndrico que uno plano . Por eso se dividirá el estudio del tiempo en tres grupos : tiempo de rectificado cilíndrico ; tiempo de rectificado plano tangencia¡ y tiempo de mecanizado plano frontal . 14 .9 .1
Tiempo de rectificado cilíndrico
Como se trata de un movimiento rectilíneo uniforme, la ecuación del tiempo de rectificado será, al igual que en los casos siguientes, del tipo t = e/v. El espacio recorrido será igual a la longitud de la pieza más las posibles entradas y salidas de muela que, ordinariamente, se hacen iguales a la mitad del espesor de la muela (fig . 14 .9) . En todo caso, la longitud total se llama L. Por otro lado, la velocidad de la mesa v , será igual al producto del avance longitudinal por vuelta a, y el número de revoluciones por minuto de la pieza n; o sea : Fig. 14.9
vm = al - n (mm/min) En consecuencia, el tiempo principal (tiempo real de rectificado) es igual a :
pero, como el número de pasadas .7, es el cociente del espesor radial a eliminar s y la profundidad de pasada p; o sea :
el tiempo principal valdrá : tp
=
L
.
Vm
s
(min)
p
Si la muela trabaja solamente en la carrera de ida, el tiempo será doble : tp = 2 Vm
310
L
.
s p
(min)
14.9 .2
Tiempo de rectificado plano tangencial
En esta ocasión el espacio a recorrer se ve afectado por el desplazamiento transversal at necesario para barrer toda la superficie a rectificar . El recorrido longitudinal L (fig . 14.10) será igual a la longitud de la pieza más la entrada y salida de muela prevista . El recorrido transversal total será S. El número de carreras por cada pasada completa se calcula dividiendo la distancia B por el avance transversal a, Si el valor obtenido se multiplica por el número de pasadas total necesario n, resulta :
at siendo nc el número total de carreras precisado. Ahora bien, np es el cociente del espesor de material a eliminar (s) y la profundidad de pasada p; o sea:
de donde
El recorrido total a efectuar será igual al producto del número de carreras n, por el valor de la longitud de una carrera L E= L-nc-L .
B s at . p
Finalmente, el tiempo principal tp será igual a: tp =
E
vm
=
L
vm
B
s
at
p
(min)
Fig . 14. 10 14.9 .3
Tiempo de rectificado plano frontal
Casi nunca existe desplazamiento transversal de la pieza o de la muela porque la anchura de ésta es suficiente para abarcar todo el ancho de la superficie a mecanizar . Por consiguiente, se puede afirmar que :
5
La longitud de la pasada es igual a la longitud de la pieza más el diámetro de la muela y los márgenes de seguridad (fig . 14 .11) .
L
Fig. 14.11
Como se sabe, n, = s/p ; luego : tp =
14 .10
L s . vm p
(min)
fój
Potencia necesaria en el rectificado
Igual que en otras operaciones de mecanizado por arranque de viruta, la pieza y la muela están sometidas a un esfuerzo total de corte, cuya componente principal F, (resistencia al corte) origina en los árboles de la muela y de la pieza momentos de torsión, de cuya magnitud depende la potencia consumida por el rectificado . La potencia necesaria para mover la muela es igual a : [7j siendo : N F, v p
= = = =
potencia necesaria en CV fuerza de corte en kgf velocidad de la muela en m/s rendimiento del motor (0,8 - 0,85)
La potencia necesaria para mover la pieza es mucho menor porque la velocidad de la misma es muy inferior a la de la muela. Por consiguiente, siempre se emplea la expresión anterior en los cálculos de potencia . EJEMPLOS RESUELTOS Problema 1
Una muela de 200 mm de diámetro gira a 1800 r, p. m . Calcular su velocidad periférica . Se supone, además, que su diámetro es excesivo y debe escogerse una muela menor; por ejemplo de 150 mm . Hallar, en este supuesto, su velocidad de rotación, manteniendo fija la velocidad tangencial calculada anteriormente . w d w 60 000
3,14 x 200 x 1800 .60 000
60 000 - v n- d
60 000 x 18,84 3,14 x 150
1 130400 18,84 m/s 60 000
1 130 400 = 2 400 r. p, m . 471
Problema 2
Suponiendo que la masa de la muela de 200 mm de diámetro del problema anterior sea de 6 kg, calcular la fuerza centrífuga que actúa sobre un punto de la periferia F~ = m
v2 R
x 18,842 - 2129,67 = 6 = 21 296,7 N 0,1 0,1
Problema 3
Una pieza cilíndrica de 50 mm de diámetro y 120 mm de longitud debe rectificarse en una rectificadora universal . Para ello, se tornea previamente un cilindro de 50,3 mm de diámetro . Sabiendo que la profundidad de pasada debe ser 0,01 mm, que la velocidad de la mesa es de 3 m/min y que el espesor de la muela es de 40 mm, calcular el tiempo principal de mecanizado, si la muela trabaja en ambas carreras . El valor de L será : L=1+e= 120+40= 160 mm 312
El espesor radial a eliminar s es : 0,3 :2=0,15 mm L - s - 160 x 0,15 vm . p 3000 x 0,01
_ 24 = 0,8 min 30
Problema 4 Hay que rectificar una placa de acero templado de 200 x 500 en una rectificadora tangencial con una muela plana de 200 x 32 . El espesor de la capa de material a eliminar es de 0,4 mm y la profundidad de pasada admisible es de 0,02 mm . También se co noce la velocidad lineal de la mesa y que es igual a 6 m/min . Calcular el tiempo principal de mecanizado . tp =
L-B-s _ 530 x240 x0,4 - `x0880 =1413 min vm - a, - p 6000 x 30 x 0,02 3600
En este problema se ha tomado L = 1 + 15 + 15 = 530 mm y B = 200 + 32 + 8 = 240 mm . El avance transversal se ha tomado algo inferior al grueso de la muela; o sea, 30 mm .
CUESTIONARIO 14 .1 14 .2 14 .3 14 .4 14 .5 14 .6 14 .7 14 .8 14 .9 14 .10
Elección de la velocidad adecuada de una muela . Sección de viruta arrancada. Profundidad de pasada . Avance longitudinal de la pieza . Formas de expresarlo . Influencia de la refrigeración en el rectificado . ¿Qué diferencia existe entre lubricante y refrigerante? Refrigerantes adecuados para los metales y aleaciones más corrientes . Enumerar los defectos más frecuentes en el rectificado . Tiempo principal en el rectificado cilíndrico . Potencia necesaria en el rectificado .
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 1
Una muela de 40 mm de diámetro no puede sobrepasar la velocidad periférica de 32 m/s . Su velocidad de giro es de 12 000 r. p. m. ¿Es correcta esta velocidad de rotación? Problema 2
Calcular el tiempo de rectificado de una pieza cilíndrica de 60 mm de diámetro y 250 milímetros de longitud . El sobremetal a eliminar, medido sobre el diámetro es, de 0,3 mm . Sabiendo que el material a rectificar es acero templado y la muela empleada mide 250 x 40, establecer las condiciones de corte, sirviéndose de las tablas ; es decir, determinar la velocidad de la mesa en función del avance longitudinal y la velocidad de giro de la pieza; la profundidad de pasada, etc. Se supone que la muela trabaja solamente en la carrera de ida y que no se distingue entre desbaste y acabado . Problema 3
Calcular el tiempo principal de rectificado tangencia¡ de una placa de acero templado de 300 x 400 mm . Sabiendo que la operación se efectúa en dos etapas, desbaste y acabado y que el sobremetal a eliminar es 0,3 mm, hay que escoger los datos del mecanizado con la ayuda del texto, para después poder averiguar el tiempo pedido . Las dimensiones de la muela son 250 x 32 . Problema 4 Dibujar un nomograma parecido al de la figura 14 .3 que permita el cálculo rápido de la velocidad de la muela en relación con su diámetro . La gama de diámetros escogida será de 30 a 100 mm de 10 en 10; las velocidades tangenciales irán de 0 a 40 m/s, de 5 en 5, y las velocidades de giro de 0 a 26 000 r . p. m. de 2000 en 2000 . 31 3
Tema 15. La rectificadora de superficies planas
OBJETIVOS - Estudiar las características constructivas y el ganos principales de las rectificadoras de superficies funcionamiento de los órplanas .
EXPOSICIÓN DEL TEMA Existen dos modelos fundamentales de rectificadora para superficies planas, definidos por la posición del eje de rotación de la muela : si éste es vertical, la rectificadora se llama frontal y, si por el contrario, ocupa la posición horizontal, se trata de una rectificadora tangencial . 15 .1
Rectificadora frontal de superficies planas
Esencialmente, esta rectificadora se compone de un cabezal portamuelas de eje vertical y de una mesa portapiezas . El movimiento principal de corte lo produce siempre la muela al girar, así como el de penetración ; el movimiento de avance o alimentación depende de la pieza y, a veces, de la muela según los casos. Se pueden establecer tres tipos de rectificadoras planas frontales : el de mesa con movimiento rectilíneo alternativo; el de mesa circular y el de cabezal oscilante o pendular . Además existen los modelos de gran producción que se estudiarán oportunamente . 15 .2
15.1
Rectificadora frontal de superficies planas .
Rectificadora frontal de mesa alternativa
En la figura 15 .1 puede verse un modelo sencillo de esta máquina . Consta de una bancada (1) sobre la que se eleva una columna o montante (2) que sostiene el cabezal (3) . Dicho cabezal se desliza sobre guías plano-prismáticas de ajuste verificable por medio de regletas y lleva el husillo en cuyo extremo se fija una muela de vaso (4), provista de la protección conveniente . La muela gira impulsada por una transmisión de correa, con el motor montado en la cara posterior del cabezal, lo que permite la obtención de varias velocidades; aunque las máquinas más modernas disponen de motor de dos velocidades acoplado directamente a la muela o bien de un motor de corriente continua de velocidad variable . La mesa de la máquina (8) se mueve alternativamente en dirección longitudinal y carece de movimiento transversal . Su accionamiento se efectúa, principalmente, por sistema oleohidráulico o mecánico . 31 4
El sistema oleohidráulico está formado por un cilindro C fijo a la bancada, cuyo émbolo está conectado a la mesa (fig . 15 .2) . El distribuidor D que controla el cilindro es accionado a su vez por la palanca P que actúa cuando uno de los topes T de fin de carrera choca contra ella . El sistema mecánico suele ser de mecanismo de piñón y cremallera (fig . 15 .3) . El piñón recibe el movimiento de un tren de engranajes dotados de embragues electromagnéticos pilotados por interruptores-inversores final de carrera que pro vocan la inversión de la mesa cuando unos topes de posición regulable, que lleva la misma, los accionan . mesa
Fig . 15.3 Movimiento de la mesa por piñón y cremallera . Fig, 15.2 Esquema del sistema hidráulico de accionamien to de la mesa.
15 .2 .1
Fijación de las piezas por plato magnético
Las piezas se fijan ordinariamente al plato magnético (5) que lleva la máquina para este fin (fig . 15 .1) . El plato magnético es un bloque de acero anclado a la mesa por la parte inferior y que, por la parte superior, tiene una superficie plana dotada de polos magnéticos alternados, separados por un metal no férreo . Hay dos clases de platos magnéticos : los electromagnéticos y los de imán permanente . En los platos electromagnéticos la imantación se produce por medio de electroimanes alimentados por corriente continua que proviene de un rectificador conectado a la red de corriente alterna. Deben dotarse de un dispositivo de se guridad contra faltas de corriente porque, si ésta cesa, se podrían producir proyecciones de piezas al no existir magnetismo . Los platos de imán permanente están compuestos de imanes rotativos encerrados en una masa de acero dulce (fig . 15 .4A) que se imana o desimana con gran facilidad . La posición de los imanes móviles se regula desde el exterior a través de una palanca de conexión-desconexión . En la figura 15 .413 el plato está conectado; obsérvese la polaridad de signo contrario que adquieren las porciones de hierro dulce, separadas por material no magnético, y que ocasiona el flujo magnético que sujeta las piezas . Una vez mecanizadas, conviene pasar las piezas por un desimantador, para eliminar el remanente magnético que proviene de su contacto con el plato, entre otras razones porque atraen las virutas metálicas . 15 .2 .2
Movimiento del cabezal
Se realiza manual o automáticamente, con gran precisión, al final de cada pasada completa . El mecanismo más usual para realizarlo es el de rueda y sin fin (fig . 15 .5) .
Fig . 15.5 Esquema del mecanismo de accionamiento del cabezal portamuelas . 315
Fig. 15.4 Disposición de los imanes permanentes en un plato magnético .
El visinfín es solidario al husillo de mando, provisto de tambor graduado, mientras que la rueda finamente va montada en el husillo roscado 13) . Este husillo al girar obliga a la tuerca (4), fija al cabezal, a moverse verticalmente uno u otro sentido . en Aunque el tambor" de avance del cabezal suele apreciar centésimas de milímetros es muy frecuente emplear un reloj comparador en los rectificados responsabilidad para dar la profundidad de de pasada . Dicho comparador montarse en una pinza que lleva puede el cabezal (fig . 15 .1) y se apoya al pie de su palpador en un tope deslizante sobre una regla (11) fija al montante . tope permanece fijo, se puede Como el controlar lo que avanza el palpador toda comodidad . del reloj con El movimiento automático del cabezal puede obtenerse por un mecanismo de rueda y trinquete accionado por la mesa en su movimiento . 15 .2 .3
Control automático de la profundidad de penetración La mayor parte de las máquinas de producción de este tipo llevan do un sistema que permite reglar acoplapor adelantado la profundidad de que se desea alcanzar e ir penetración controlando en cada momento el valor real del espesor de las piezas que se rectifican . La figura 15 .6 representa una moderna rectificadora frontal con una lación de esta naturaleza . Obsérvese instael palpador a la izquierda del cabezal y el visualizador de cota electrónico a la derecha .
Fig . 15.6
15 .3
Rectificadora frontal Hidro-Precis con equipo de control continuo de medida.
Rectificadora frontal de mesa circular
Es una máquina de gran producción . Funcionalmente es similar al terior pero presenta grandes tipo andiferencias constructivas (fig . 15 .7) en lo que a la mesa se refiere. especialmente En efecto, el movimiento de alimentación ya no es rectilíneo sino circular . Se aprecia enseguida su gran robustez y la mayor potencia de su cabezal portamuelas cuyo motor puede llegar a los 50 CV de potencia . La mesa circular es además desplazable, con objeto de realizar la descarga de piezas con toda facilidad carga y . Es del tipo electromagnético, para poder sujetar las piezas sin dificultad (fig . 15 .8) y gira a velocidad variable por un piñón que engrana con impulsada una corona atornillada en su parte interna . 316
Fig,
Fig . 15.8
15.7
Rectificadora frontal de mesa circular Hidro-Precis .
Corte de la mesa circular.
Algunas máquinas son de ciclo automático y pueden realizar esta secuencia de operaciones : - Traslación automática de la mesa desde la posición de carga hasta debajo del cabezal . - Descenso rápido del cabezal . - Puesta en marcha de la muela y la mesa portapiezas . - Avance vertical automático, pero a la medida y compensación automática del desgaste de la muela. - Subida rápida del cabezal. - Retorno de la mesa . - Apertura y cierre del paso de refrigerante . 15 .4
Rectificadora frontal de cabezal oscilante
En esta máquina la pieza no tiene ningún movimiento puesto que permanece en reposo sobre la mesa, mientras el cabezal efectúa el movimiento de avance y el de penetración, además del de corte, propio de la muela. Para ello, el cabezal puede pivotar alrededor de una columna fija a la bancada (fig . 15 .9?, movido por el operario, que empuja una abrazadera que para este propósito lleva el cabezal . Al mismo tiempo, va dando la profundidad de pasada, moviendo el volante con la mano libre. Como se comprende, esta máquina tiene poca precisión y es apta únicamente para trabajos de poca importancia . 31 7
Fig . 15.9 Esquema de una rectificadora frontal de cabezal oscilante .
15 .5
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Fig . 15. 10
Rectificadora tangencial de superficies planas.
Rectificadora tangencial de superficies planas
Es una máquina de gran precisión destinada al rectificado de superficies planás por contacto tangencial de la periferia de una muela cilíndrica de eje horizontal con la pieza a mecanizar. También se pueden realizar en ella piezas de forma con generatrices rectas, empleando una muela perfilada en la misma máquina . En la figura 15 .10 se presenta una rectificadora de este tipo . Consta de una sólida bancada (1) en cuya parte posterior se apoya el montante (2) que sirve de guía al cabezal portamuelas (3) . En unas guías que lleva la bancada desliza un carro transversal (5) que, a su vez, sostiene la mesa de la máquina (6), dotada de movimiento longitudinal . Además, hay que considerar el equipo de aspiración de polvo y viruta (7), cuando se trabaja en seco y el grupo de refrigeración (8) . Existen dos fórmulas constructivas, si se considera la distribución de movimientos que pueden realizar la mesa y el cabezal portamuelas (fig . 15 .11) : la primera corresponde a la máquina estudiada anteriormente ; la segunda, por el contrario, responde a otro criterio, ya que es el montante el que se desplaza lateralmente para conseguir la cobertura de toda la superficie a rectificar . En otros casos el montante permanece fijo (para ganar en solidez) y es el propio cabezal portamuelas el que se desplaza transversalmente . 15 .5 .1
Cabezal portamuelas
El cabezal está compuesto por una carcasa de fundición provista de guías que ajustan en el montante y de unos asientos que sirven para alojar el husillo. Los apoyos de éste pueden ser cojinetes ajustables o bien rodamientos de precisión . El motor va acoplado a un extremo por medio de una junta elástica o bien forma parte del mismo árbol ; tal es el caso del ejemplo de la figura 15 .12, en el que se puede observar el inducido bobinado sobre el extremo del husillo .
B
Fig. 15. 11 Esquema de movimientos fundamentales en las rectificadoras tangenciales: A, movimiento transversal realizado por la mesa; B, movimiento transversal a cargo del cabezal.
Fig . 15.12
Cabezal portamuelas de una rectificadora tangencial.
El desplazamiento vertical del husillo suele controlarse con gran precisión a través de un volante que mueve un husillo a bolas y con ayuda de un comparador milesimal ; puede ser manual o automático . Para garantizar la ausencia de juego se contrapesa el cabezal por medios hidráulicos o mecánicos (fig . 15 .13) . 15 .5 .2
Fig. 15.13 Contrapeso para la absorción del juego del cabezal.
Mesa
El movimiento de la mesa se realiza como en la rectificadora plana frontal; por este motivo se omite aquí su descripción . El desplazamiento transversal, tanto si es debido al carro portamesa o al montante, es manual o automático ; en este caso toma un valor previamente escogido y se da al término de una pasada completa . 31 8
15 .5 .3
Aparato perfilador de la muela
El cabezal está preparado para recibir un accesorio muy interesante que permite dar a la superficie lateral de la muela la forma que convenga . La rectificadora de la figura 15 .14 tiene instalado uno de esos dispositivos perfiladores (Diaform). Este no es más que un pantógrafo de trazos regulables (fig . 15 .15), con dos palpadores, P y P.' Cualquier desplazamiento de P,' por ejemplo de C a C,' se traduce en un desplazamiento proporcional de P, o sea, de B a 8, ya que RE' y CC' son lados homólogos de triángulos semejantes . La razón de proporcionalidad es precisamente la escala a la que trabaja el aparato . Así, suponiendo que la escala o relación de trabajo sea de 5 : 1, un desplazamiento de 1 mm del palpador que se apoya en una plantilla de perfil determinado, corresponderá a un recorrido de 0,2 mm del perfilador de la muela . La plantilla que reproduce el perfil a obtener, realizada en material fácilmente mecanizable, se construye a una escala mayor que la real y de este modo cualquier error de mecanización queda automáticamente minimizado sobre la muela. Dicha plantilla se coloca sobre una pequeña plataforma (fig . 15 .16) y sobre ella se apoya el palpador ; el otro palpador lleva un soporte con uno o varios conos diamantados que van perfilando la muela convenientemente . Fig. 15.14 Rectificadora tangencial GM con aparato perfilador .
Fig.
15.15 Esquema de un pantógrafo .
Fig. 15.16 Detalle del aparato perfilador en una rectificadora tangencial.
15 .5 .4
Control automático de la profundidad de pasada Puede lograrse de modo muy parecido a la rectificadora plana frontal. En la figura 15 .17 aparece un aparato detector, controlando el espesor de una serie de anillos dispuestos sobre el plato magnético de una rectificadora tangencial . 15 .5 .5
Accesorios especiales de interés Entre los accesorios que permiten ampliar las posibilidades de la rectificadora tangencial están los divisores de eje horizontal para el rectificado de perfiles alargados de formas regulares ; los divisores de eje vertical para el rectificado de ranuras o fresados frontales ; un cabezal inclinable para el rectificado de ángulos, etc .
CUESTIONARIO 15 .1 División de las rectificadoras planas frontales. 15 .2 Accionamiento de la mesa en la rectificadora plana frontal de movimiento alternativo . 15 .3 Fijación de las piezas en el plato magnético. 15 .4 Clases de platos magnéticos . 15 .5 Control de la profundidad de pasada en la rectificadora plana frontal. 15 .6 Rectificadora frontal de mesa circular . 15 .7 Órganos principales de la rectificadora tangencial de superficies planas . 15 .8 Dispositivo perfilador de la muela .
Fig. 15.17 Detalle del palpador para el control del espesor de las piezas en una rectificadora tangencial.
Tema 16. El trabajo en la rectificadora plana
OBJETIVOS - Conocer las particularidades del trabajo en las rectificadoras de superficies planas. - Dominar los procedimientos comunes de fijación, esmerilado y control de las piezas que se mecanizan en las rectificadoras de este tipo . EXPOSICIÓN DEL TEMA En términos generales, el rectificado plano con muela frontal se emplea para el arranque de gran volumen de viruta, especialmente si se trabaja con herramienta de segmentos, cuando las exigencias de calidad y precisión no muy elevadas . El rectificado plano con son muela tangencia¡ es más adecuado para trabajos de la máxima responsabilidad ; por el contrario, su rendimiento es muy inferior . 16 .1
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Fig. 16.1 Posicionamiento incorrecto sobre el plano magnético.
Fig. 16.2 Posicionamiento correcto de la pieza de la figura anterior .
Rectificado plano con muela frontal
Es muy adecuado para rectificar piezas planas, de forma prismática y grandes salidas de muela . La pieza se fija ordinariamente en el plato magnético aunque pueden emplearse otros sistemas (mordaza, bridas, utillajes, etc .) . La cara de apoyo debe estar bien plana o de lo contrario la adherencia sería imperfecta y podrían ducirse accidentes . proCuando la pieza es delgada se deben extremar las precauciones para asegurar que se adapta al plato en todos sus puntos (puede estar doblada) . También se acostumbra a proteger las piezas muy delgadas con pletinas de menor espesor que hacen de acero tope lateral con aquéllas . Asimismo, se pueden rodear las piezas muy delgadas de un barrillo aglutinante, fuertemente mezclado con virutas metálicas, para que las líneas de flujo magnético no resulten bilitadas o interrumpidas . deUna vez que la pieza está bien sujeta, se sitúan los topes móviles que delimitan el recorrido de la mesa, procurando que la muela tenga las salidas necesarias, y se acerca el cabezal a la pieza . Cuando la muela roce levemente la pieza ; instante que se aprecia con seguridad porque aparecen algunas chispas, se mueve el volante que controla la profundidad de pasada o se conecta para que funcione automáticamente ésta . El avance vertical se controla por medio de un reloj comparador, a cero al dar la primera pasada, puesto o bien con un aparato de control permanente, También puede controlarse con ayuda del tambor graduado o por la intervención de un tope regulable que desembraga el sistema de avance cuando se llega a un punto determinado previamente . 320
16 .1 .1
Distribución de las piezas sobre el plato magnético Cuando deban rectificarse piezas de pequeñas dimensiones, nunca se colocarán en el plato de manera discontinua (fig . 16 .1) sino tal como se indica en la figura 16 .2, apoyadas unas con otras y de forma que la muela quede siempre bien apoyada . La última disposición, además de ofrecer una longitud de pasada menor, resiste con mayor eficacia la entrada de la muela y presenta una superficie sin discontinuidades, lo que repercute en una mayor duración de la muela y en una precisión superior, ya que la muela no pisa el borde de la pieza .
En las rectificadoras de mesa giratoria conviene recordar que el avance de las piezas no es idéntico ; varía según su distancia al centro . En estas máquinas existe el peligro de que la muela tiende a empujar las piezas pequeñas hacia el exterior, si aquélla gira en el mismo sentido del plato . Para evitarlo hay que hacer que la muela dé vueltas de modo que la fuerza de corte que produce, tienda a empujar las piezas hacia el interior (fig . 16 .3). Si esta solución no es suficiente, es preciso rodear cada pieza con un anillo metálico que refuerce la acción sujetadora . 16 .1 .2
Disposición de las rugosidades
Los trazos de rectificado inevitables que deja la muela sobre la superficie rectificada, suelen tener la disposición de la figura 16 .4 que corresponde a la acción de una muela de vaso con el eje vertical. Sin embargo, puede lograrse fácilmente el resultado de la figura 16 .5 inclinando levemente el cabezal portamuelas . En este caso, la superficie rectificada no es perfectamente plana sino un poco cóncava. 16 .1 .3
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Elección de la forma de la muela
Una muela de segmentos no es aconsejable cuando la superficie a rectificar presenta muchas discontinuidades (ranuras, agujeros, etc .) porque éstas tienen un efecto disgregador sobre los segmentos abrasivos que ocasiona su rápido desgaste ; en estas condiciones conviene utilizar una muela de vaso . Por el contrario, la muela de vaso tiene poco rendimiento en las grandes superficies planas porque dificulta la acción del refrigerante ; por este motivo, es preferible trabajar con muela de segmentos. 16 .2
Fig. 16.3 Sentidos de giro en el rectificado plano en una máquina de mesa circular.
Fig. 16.4 Marcas de la muela en el rectificado plano frontal.
Rectificado plano con muela tangencial
El rectificado plano con muela frontal proporciona, evidentemente, una gran zona de contacto entre la muela y la pieza y con ello se consigue un elevado rendimiento en el arranque de viruta . Las muelas que trabajan tangencialmente tienen, por el contrario, un contacto mínimo con la pieza, reducido en teoría a una línea. Por esta razón, su rendimiento es mucho menor, pero permiten alcanzar una exactitud superior en las medidas y una finura superficial extraordinaria . Las muelas que se emplean normalmente son planocilíndricas . Como su anchura es casi siempre menor que la de la superficie a planear, la forma habitual de trabajo es la de dar pasadas longitudinales paralelas. La muela realiza una pasada a lo largo de la pieza (en realidad es ésta la que se mueve) cubriendo una longitud igual a la de la pieza más unos márgenes de entrada y salida ; a continuación, gracias a un desplazamiento transversal de la mesa, no superior al ancho de la muela, se rectifica otra franja paralela a la anterior (fig . 16 .6).
Fig. 16.5 Corrección de las marcas inclinando el cabezal portamuelas.
Fig. 16.6 Pasadas transversales sucesivas en la rectificadora tangencial 16 .2 .1
Fijación de las piezas
La forma habitual es con un plato magnético (fig . 16 .7) . En este caso, es válido lo dicho para la rectificadora plana frontal. 321 21 .
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
Fig. 16.7 Rectificado de una superficie plana en una rectificadora tangencial con empleo del plato magnético .
Sin embargo, cuando se rectifican placas, guías, reglas, etc ., es corriente fijarlas sobre la mesa por medio de bridas . Si se procede de este modo, hay que tener sumo cuidado en no deformar la pieza y en permitir su dilatación por medio de una distribución racional de los puntos de fijación . La placa de la figura 16 .8 está mal sujeta porque las bridas (1) y (2) tienden a deformarla e impiden la libre dilatación de la misma en sentido longitudinal . La misma placa está fijada perfectamente según la figura 16 .9 porque sólo las bridas (3) y (4) están bien apretadas (en la zona de menor voladizo), mientras que las (1) (2) (5) y (6), al estar poco atornilladas, permiten la dilatación longitudinal de la placa, siendo la transversal despreciable .
Fig .
16.9 Fijación correcta de la placa de la figura anterior. 2
Fig . 16.8 placa .
Fijación incorrecta de una
Las piezas que llevan caras a rectificar con el lateral de la muela o bien perfiles que deben referirse a una superficie mecanizada con anterioridad, suelen apoyarse contra una regla o tope finamente rectificado, sujeto a la mesa o al mismo plato magnético . También se emplea, cuando se trata de piezas pequeñas, una mordaza de banco de precisión . 16 .2 .2
Fig. 16. 10
Rectificado de una superficie inclinada .
Se procede de forma similar a la rectificadora plana frontal . Una vez situada la pieza o piezas, se colocan los topes que limitan la carrera longitudinal de la mesa . A continuación, se pone en marcha la muela hasta que roce levemente con la superficie a rectificar ; entonces ya se pueden colocar los movimientos automáticos de penetración y desplazamiento . Si la superficie horizontal que se mecaniza debe formar cierto ángulo con otra superficie de referencia, conviene emplear una mesa auxiliar inclinable o situar la pieza con ayuda de la regla de senos (fig . 16 .10) . 16 .2 .3
Fig . 16.11 Marcas de la muela sobre una superficie plana vertical.
Rectificado de superficies planas horizontales
Rectificado de superficies planas verticales
Es bastante frecuente el rectificado de superficies planas verticales (piezas en forma de T, U, etc.) que deben mecanizarse perfectamente perpendiculares a las caras horizontales . En tal caso, suele recurrirse al lateral de la muela, rectificándola cuidadosamente con el útil diamantado para que quede perpendicular al plano horizontal teórico . Las superficies rectificadas de este modo presentan el aspecto característico de la figura 16 .11 . Algunos autores recomiendan el empleo de muelas planocilíndricas con biselado cónico hacia el interior (fig . 16 .128) puesto que el rectificado de estas muelas es más fácil; para su puesta a punto basta un repasado tangencial . Sin embargo, su rendimiento es menor y se estropea el filo con frecuencia . Para que el empalme de las superficies sea perfecto es necesario emplear ranuras de salida de muela (fig . 16 .12A) . 16 .2 .4
Rectificado de perfiles regulares
El rectificado de reglas de sección regular puede hacerse en la rectificadora plana tangencial (fig . 16 .13) instalando la pieza en el divisor universal . De ordinario, la pieza se monta entre puntos, especialmente si es larga ; en este caso, se disponen también apoyos intermedios que no entorpezcan el trabajo y cuya misión es equivalente a la de las lunetas . Fig.
16.12 Rectificado de superficies perpendiculares entre si.
Según este sistema, se pueden rectificar las ranuras de los conocidos árboles acanalados para transmisiones . El árbol nervado se coloca entre puntos, con una brida de arrastre y se prepara el divisor, como se hace normalmente, atendiendo al número 322
de canales en cada caso (6, 8, 10 . .. ). Suponiendo un árbol acanalado con ranuras de flancos rectos (fig . 16 .14) el rectificado puede realizarse con una sola muela perfilada que abarcará todo el hueco entre dientes, o bien, si ello no es conveniente, pueden emplearse dos muelas ; la primera rectifica los fondos de las ranuras y por ello debe tener la periferia curva, con radio d,/2 ; la segunda puede ser una muela de plato o bicónica que trabaje perpendicularmente a la mesa, con un desplazamiento lateral igual a la mitad del diente . En primer lugar, se rectifican todos los flancos de un mismo lado y después se pasa al lado contrario, desplazando la muela . Si la pieza tiene el eje vertical y el perfil a rectificar se distribuye regularmente sobre el plano horizontal, se emplea el divisor de sobremesa . Como se sabe, dicho divisor tiene una amplia plataforma circular que gira según un eje vertical . Sobre ella se instala la pieza bien centrada y se dispone el divisor de la forma adecuada para mecanizar el número de divisiones que interese . Suponiendo que la pieza a rectificar fuera un acoplamiento de dientes frontales (fig . 16 .15) el proceso a seguir sería éste : en primer lugar, se prepara la pieza y el divisor; seguidamente, se perfila la muela de disco con el ángulo necesario ; después se centra respecto a la cara perpendicular de un diente cualquiera y se rectifica en dirección radial . Como las caras verticales están alineadas con el centro, se comprende que el dentado del acoplamiento deberá ser cónico forzosamente . 16 .2 .5
Fig. 16.13 Rectificado longitudinal de perfiles regulares.
Rectificado de perfiles diversos
Se trata de piezas de forma variada cuyas generatrices son rectas y cuya sección normal puede presentar un perfil cualquiera . El perfil a rectificar se reproduce en una plantilla de material resistente, normalmente acero, a una escala de ampliación para que los posibles errores apenas se manifiesten en la muela . La plantilla se coloca en el aparato perfilador (diaform) y éste reproduce en la periferia de la muela el perfil correspondiente . La pieza a conformar, que muchas veces tiene forma de regla, se coloca encima del plato magnético apoyada en una cara finamente acabada (muchas veces se realizan operaciones de rectificado preparatorias en la misma máquina) . Una vez alineada con el comparador, se desplaza la muela hasta que roce la cara de referencia de la pieza (fig . 16 .16A); luego, se desplaza la distancia necesaria por medio del carro transversal (fig . 16 .1613), con lo cual la muela queda en posición de trabajo. A continuación, se da la primera pasada después de tomar contacto ligero con la pieza, dando la profundidad requerida con el volante del cabezal portamuelas (fig . 16 .16C) . Si el perfil no es muy uniforme, se efectúa un desbastado previo en la limadora o fresadora para que el material a eliminar sea mínimo . Con este procedimiento se rectifican, no sólo reglas de cualquier forma, sino incluso piezas de poco espesor (levas, plantillas, galgas, etc.) que se obtienen troceando la regla perfilada y rectificando después las dos caras frontales hasta que resulte el espesor adecuado .
D
Fig. 16.14 Rectificado de un árbol acanalado: A, detalle del perfil; B, C y D, diversos procedimientos que se pueden emplear.
B
Fig. 16.16 Rectificado de perfiles : A, posicionamiento de la pieza; B, posicionamiento de la muela; C, perfilado.
Fig. 16.15 Rectificado de formas regulares con ayuda del divisor de eje vertical.
16 .2 .6
Rectificado de guías y superficies angulares en general Para el rectificado de guías prismáticas, en cola de milano, etc ., y, en general, superficies inclinadas es de gran utilidad el cabezal inclinable (figura 16 .17) del que disponen algunas rectificadoras tangenciales . Este cabezal puede inclinarse según un plano vertical con capacidad de giro preciso de 90° en ambos lados . Cuando no existe cabezal de este tipo puede recurrirse a los platos magnéticos de mesa inclinable, a escuadras giratorias, a la mesa de senos y en general a aquellos dispositivos que permitan la obtención de superficies inclinadas . CUESTIONARIO
Fig. 16.17 Aparato rectificador inclinable adecuado para superficies angulares.
16 .1 Criterios a seguir para la elección del tipo de rectificadora plana que conviene emplear ante un trabajo determinado . 16 .2 Sujeción de las piezas en el plato magnético . 16 .3 Elección de la muela en el rectificado frontal . 16 .4 Fijación de las piezas con bridas en el rectificado plano . 16 .5 Rectificado plano de una superficie inclinada . 16 .6 Rectificado de superficies planas perpendiculares entre sí . 16 .7 Rectificado de una regla hexagonal. 16 .8 Rectificado de perfiles diversos . 16 .9 Rectificado de superficies angulares.
Tema 17 . La rectificadora cilíndrica universal
OBJETIVOS - Estudiar las características constructivas y el funcionamiento de los órganos principales de la rectificadora cilíndrica universal.
EXPOSICIÓN DEL TEMA La rectificadora cilíndrica universal es una máquina herramienta capacitada para rectificar superficies de revolución de generatrices rectas o curvas, e incluso las superficies planas frontales que las limitan . En consecuencia, con ella se pueden efectuar cilindros exteriores e interiores ; conos interiores y exteriores, de pequeña o gran conicidad; refrentados y superficies de revolución de generatrices curvilíneas, aunque esto requiere el perfilado de la muela con un dispositivo especial, según una plantilla-modelo . 17 .1
Características constructivas
Deben responder a dos exigencias fundamentales: precisión y robustez . Esto se logra a través de una cuidadosa elección de los materiales empleados, un mecanizado muy riguroso de los distintos elementos y un diseño compacto y reforzado de los mismos . Observando la rectificadora universal de la figura 17 .1 se pueden apreciar sus órganos más importantes; a saber : 17 .1 .1
Bancada (1)
Es una caja de fundición cerrada, en forma de T, cuya misión es sostener y guiar los órganos de trabajo. En su parte alargada lleva las guías de la mesa, mecanizadas con gran precisión; son de forma prismática, una plana y la otra en V. Perpendiculares a ellas, existen dos guías transversales para el deslizamiento del carro del grupo portamuelas, situadas en la parte posterior de la bancada . En su interior se encuentran los mecanismos de accionamiento de la mesa, el armario eléctrico y, con frecuencia, la central oleohidráulica . Adosado a la bancada por su parte exterior, se halla el equipo de refrigeración que tiene gran importancia en el trabajo de rectificado . 17 .1 .2
Mesa (2)
Es una pieza de fundición de forma alargada dividida en dos partes . La inferior lleva las guías que coinciden con las de la bancada; la superior puede girar sobre el plano horizontal y es la que lleva las guías para el cabezal portapiezas 325
3
Fig. 17.1
Rectificadora cilíndrica universal Danobat .
y la contrapunta . La amplitud del desplazamiento angular por medio de un sector graduado puede controlarse o con mayor precisión por rador o de bloques-patrón, como medio del compamás adelante se verá . La mesa se mueve alternativamente a lo largo de las guías de la bancada . 17 .1 .3 Cabezal portapiezas (3)
Es un grupo autónomo situado en un extremo de la mesa, cuya de proporcionar la rotación misión es la necesaria a las piezas que se rectifican . Consta de dos partes bien diferenciadas : una plataforma la mesa y el cabezal propiamente deslizante sobre dicho que puede girar sobre se divide, a su vez, en dos aquélla . El cabezal elementos : husillo principal y grupo motor. El husillo o árbol principal gira con gran precisión montado de aleación especial ajustables, sobre cojinetes para corregir el juego radial . También es frecuente el montaje sobre rodamientos de rodillos (fig . 17 .2). Obsérvese citada cómo los esfuerzos axiales en la figura son recibidos por un rodamiento de bolas de contacto angular y doble efecto . El extremo anterior del husillo tiene un alojamiento cónico utillaje conveniente ; además está para recibir el hueco en toda su longitud y se le puede acoplar una pinza accionada manualmente, desde el exterior por volante o En la nariz dél husillo también se palanca . puede montar un plato liso, rras, ya sea de accionamiento magnético o de gamanual o neumático . La rotación del husillo se efectúa a través de una transmisión por correa desde el grupo motor; éste puede ser eléctrico o hidrodinámico caso, se procura que la polea . En cualquier conducida no se apoye directamente sobre el husi-
Fig. 17.2 326
Corte del cabezal portapiezas .
Ilo para evitar la tensión de las correas sobre al árbol. En la figura 17 .2, ya citada, se puede apreciar con claridad esta cuestión ; la polea plana transmite el esfuerzo a un plato enchavetado al árbol mientras se apoya en dos rodamientos de bolas montados sobre una camisa fija a la carcasa o cuerpo del cabezal . Si el motor es trifásico, de dos velocidades, la variación del número de revoluciones del árbol se consigue con poleas escalonadas, por lo que la gama suele ser de seis . También se emplean los variadores continuos de velocidad ya sean de fricción, de poleas extensibles o electrónicos . En este caso el motor es de corriente continua y su velocidad se regula por un potencíómetro colocado en un lugar accesible, mientras se lee directamente el valor de aquélla en la esfera de un tacómetro, que para este fin lleva el motor (fig . 17 .3) . Cuando se emplea un motor hidráulico se puede operar de modo parecido a como se opera con el motor de corriente continua . 17 .1 .4
Cabezal portamuelas (4)
El cabezal portamuelas descansa sobre dos carrillos transversales; el inferior desliza sobre la bancada y es accionado por un sistema de tornillo y tuerca que garantiza una posición exacta, con una tolerancia de 0,001 mm . Este carrillo lleva una plataforma sobre la que gira (fig . 17 .4) el carrillo superior donde van firmemente sujetas la caja del husillo portamuelas y la placa dei motor. Por consiguiente el carrillo superior (con todo el conjunto portamuelas) es orientable y movible a mano, lo cual resulta muy útil en el rectificado de conos de mucha conicidad. El husillo o árbol portamuelas (fig . 17 .5) se apoya en cojinetes ajustables de metal antifricción . En un extremo se instala la muela y en el otro, lo más cerca posible del cojinete, está la polea de arrastre, conectada a la del motor situado en la parte trasera del grupo. La calidad del rectificado depende en gran medida de la precisión de giro de este árbol, lo cual se logra por medio de un juego de funcionamiento muy estrecho y la sujeción firme y perfecto equilibrado de la muela. Sobre la parte superior de la caja del husillo portamuelas se puede colocar una pinza abatible, que sujeta un husillo para rectificados interiores, y el motor correspondiente (fig . 17 .6) . El husillo para rectificar interiores es un dispositivo de muy alta precisión compuesto por una camisa cilíndrica (fig . 17 .7) de la que sobresale el árbol por ambos extremos . A un lado sostiene la muela escogida y en el otro recibe una pequeña polea, movida por el motor a través de una correa plana . Los rodamientos del ejemplo son de contacto angular y pueden girar con toda fiabilidad a
Fig . 17.3 Detalle exterior del cabezal portapiezas de una rectificadora universal.
Fíg . 17.4 muelas.
Fig .
17.5
Corte del cabezal portamuelas .
Fig .
17.6
Detalle del carro porta-
Equipo para el rectificado interior.
Fig . 17.7 Husillo para el rectificado interior.
elevado número de revoluciones . Esta característica es común a todos los husíllos para el rectificado de interiores puesto que lo exige el escaso diámetro de la muela para alcanzar la velocidad de corte necesaria, llegando en algunos hasta las 50 000 r. p . m . casos En estas condiciones la lubricación normal es inadecuada y se recurre ces al engrase por niebla de aceite entona presión. 17 .1 .5
1 Fig. 17.8
1
Contrapunta .
Contrapunta (5) Es muy parecida a la del torno pero es más pequeña y de funcionamiento más sencillo . Consta de un bloque de fundición (fig . 17 .8) dotado de guías que ajustan en la mesa de trabajo, lo que permite colocarlo en la posición y asegurarlo en ella por medio de requerida unos tornillos (1) que presionan una regleta situada en la cara interior de las guías . El husillo (2) de la contrapunta ajusta perfectamente en el bloque citado y puede retroceder rápidamente por medio de la palanca (3) . Esto facilita el montaje de las piezas entrepuntos ya que, al soltar la palanca, el husillo la pieza colocada, gracias a la acción presiona de un muelle regulable por un botón exterior (4) . Obtenida la fijación entrepuntos deseada se bloquea el husillo la palanca (5) . moviendo !.a contrapunta dei ejemplo lleva además un útil portadiamante (6) que, como se verá, resulta de mucha utilidad . 17 .2
Movimientos fundamentales de la rectificadora cilíndrica Existen dos formas básicas de ejecutar un rectificado : por desplazamiento longitudinal de la mesa y por penetración radial de la muela (plongée). En el primer método la pieza, solidaria con la mesa, se mueve alternativamente y, término de cada pasada, la muela va al avanzando radialmente, para conseguir la penetración necesaria. En el segundo procedimiento, la muela avanza radial~ mente de modo continuo mientras la pieza no tiene ningún desplazamiento lateral y solamente gira sobre sí misma. Por otro lado interesa que el avance de aproximación y retroceso, una vez concluido el ciclo de trabajo, sea lo más rápido posible ya que es tiempo no productivo. Además, es preciso tener presente que cuando se llega a la profundidad máxima de rectificado es necesario que la muela esté en contacto la pieza hasta que las chispas hayan con desaparecido, para asegurar, de la máxima precisión y uniformidad este modo, superficial . Estos dos procedimientos condicionan los movimientos automáticos que tener las modernas rectificadoras deben cilíndricas, aparte, claro está, de los manuales para reglaje y comprobación y movimientos de otros ciclos de trabajo que se estudiarán más adelante . Todo lo dicho se refleja claramente en los diagramas de la figura 17 .9. En existe la aproximación rápida de la ambos muela a la pieza; después, el tiempo de con avance continuo o escalonado (que rectificado de el contacto con la pieza) ; la posición se da automáticamente cuando la muela pierde la penetración para dar tiempo a que se reposo regulable por temporizador al finalizar ceso rápido hasta la detención definitiva extingan las chispas y, finalmente, el retroo el inicio de un nuevo ciclo . CICLO Df flECTIFICA00 FN PLONGFE aVporramaeeaz are
ñ
Fig. 17,9
*o-
u
po
Ciclos habituales de la rectificadora universal .
328
CICLO DF flECTIFICADO LONGITUDINAL
17 .3
órganos para el desplazamiento de la mesa y los carros
El desplazamiento longitudinal de la mesa se logra normalmente por medio de un cilindro oleohidráulico de doble vástago, fijo a la bancada, cuyo émbolo es solidario, a su vez, con dicha mesa . El esquema de la instalación y su funcio namiento es como sigue (fig . 17.10): el aceite procedente del depósito (1), impulsado por la bomba (2), pasa al distribuidor (3) y de ahí al cilindro (4), lo que provoca el movimiento del émbolo (5) y el desplazamiento de la mesa (6), como es lógico . Ahora bien, cuando uno de los topes (7) choca con la palanca, que controla el distribuidor (8), éste cambia la dirección del flujo de aceite, con lo cual se invierte el sentido de avance del émbolo del cilindro . Se puede inmovilizar la mesa en cualquier punto moviendo únicamente la válvula de tres vías (9), con lo que el aceite vuelve al depósito sin acceder al cilindro . La velocidad de la mesa se regula sin problemas por mediación de la válvula (10), que regula el paso de fluido.
11
Fig. 17. 10 Esquema del mecanismo hidráulico de accionamiento de la mesa .
El accionamiento hidráulico es más ventajoso que el mecánico por ser más sencillo, flexible y preciso . Únicamente hay que cuidar la estabilidad del fluido y la carencia de burbujas de aire en el aceite, ya que la compresibilidad de aquél acarrearía avances por sacudidas del émbolo, principalmente cuando el movimiento fuera muy lento . Otra ventaja, nada desdeñable, es la seguridad que proporciona la instalación oleohidráulica contra sobrecargas en los órganos de trabajo ; el aumento de la presión del aceite provocaría la apertura de la válvula de seguridad y, en consecuencia, el escape de aceite al depósito. No obstante, la mesa se puede mover manualmente por medio de un mecanismo de cremallera y piñón . La cremallera se instala en la cara inferior de la mesa y el piñón, que engrana con ella, es movido por el operario con un volante exterior, a través de un tren de ruedas dentadas . El carro, sobre el que va el grupo portamuelas, tiene dos movimientos de precisión, manual y automático, y otro de acercamiento o alejamiento rápidos . El movimiento de precisión se verifica por medio de un sistema de husillo y tuerca ; el husillo es movido a mano gracias a un volante dotado de un círculo graduado que aprecia las milésimas de mm, o bien automáticamente, por medio de un trinquete que abarca un arco rigurosamente constante, aunque regulable a voluntad, que se mueve a cada vaivén de la mesa. La tuerca en la que rosca el husillo está sujeta al carro del grupo portamuelas, de manera que el movimiento circular del husillo se transforma en rectilíneo de la tuerca . 17.4
órganos de mando
Van dispuestos en un panel situado en la parte superior delantera de la bancada . Su distribución y complejidad varía, como es lógico, según cada modelo, 329
pero, en general, todos los constructores se preocupan de que sean lo más simples y accesibles posible . Suelen consistir, en esencia, en un cuadro de pulsadores que controlan los motores de la máquina ; un mando único para los movimientos principales del cabezal portamuelas y la mesa ; el volante para el desplazamiento longitudinal de la misma, que se desembraga automáticamente al conectar el movimiento hidráulico ; el volante para el control del avance del carro portamuelas ; los dispositivos para la regulación de las velocidades y avances; la palanca de inversión del movimiento de la mesa, etc. 17 .5 Fig. 17 11 Soporte inclinable para el repasado de las muelas .
En primer lugar están los más sencillos, para el simple afilado de la muela, constituidos por un soporte (fig . 17 .11) que ajusta en las guías de la mesa, provisto de un brazo articulado en cuyo interior se aloja el portadiamante ; por medio de un pequeño tambor se puede avanzar o retirar la punta diamantada para poder afilar la muela con facilidad . Cuando es necesario un verdadero perfilado resulta muy útil un perfilador hidráulico (fig . 17 .12) que funciona basándose en el principio del copiado hidráulico con plantilla . Este dispositivo puede funcionar a voluntad del operario o bien automáticamente, cada vez que se ha efectuado un número determinado de ciclos . También existen equipos de control permanente de la muela que realizan el equilibrado automático de la misma sin desmontarla (incluso sin detener la máquina) así como la compensación automática del desgaste adquirido . 17 .6
Fig. 17 12
Perfilador hidráulico .
Dispositivos para rectificar las muelas
Control permanente de la medida
Es muy rentable el empleo de un dispositivo de control de medida, cuando se trabaja en serie (fig . 17 .13) . Hay gran variedad de aparatos de este tipo, pero la mayoría son de contacto permanente y trabajan junto a la muela, señalando de modo continuo la cota obtenida en cada pasada . Al llegar a un valor convenido se produce la detención del avance y el retroceso de la muela a la posición de partida . El operario puede seguir en todo momento el desarrollo de la operación, puesto que los datos que obtiene el aparato de control se reflejan en la pantalla de un visualizador digital . 17 .7
Sistema de refrigeración y recuperación del refrigerante
El empleo de refrigerante adecuado en las operaciones de rectificado, tanto en calidad y cantidad como en limpieza, es muy importante para un trabajo en óptimas condiciones . Por razones económicas interesa, además recuperar en lo posible el líquido refrigerante empleado . La solución de estos problemas se basa en el empleo de una instalación en circuito cerrado, provista de un grupo filtrador separador . El refrigerante que sale por una amplia boquilla en la misma zona de trabajo es recogido por las pantallas de protección y por las ranuras de la mesa para ser conducido a la unidad de filtrado, llevando en suspensión partículas metálicas de pequeño tamaño y un barrillo característico producido básicamente por los residuos abrasivos. Una vez filtrado, se envía al depósito general donde será bombeado de nuevo para su uso .
Fig. 17.13 Medidor continuo del diámetro.
Hay varios sistemas para limpiar el refrigerante : por filtración, por centrifugado y por separación magnética (es evidente que este último purezas metálicas) . El más común es un sistema mixto método sólo puede separar imde separación magnética y filtración (fig . 17 .14) . El refrigerante pasa primero por el separador magnético M y cae sobre el tejido filtrante F que retiene las partículas no lentamente, arrastrado por un reductor y cae en el depósitomagnéticas ; el tejido avanza C para su ulterior limpieza, mientras el refrigerante, en perfecto estado, queda depositado en la cuba D. Un microrruptor / provisto de boya, evita que el nivel de líquido suba en exceso, cuando el tejido no filtra bien porque está muy sucio, accionando el reductor que hace avanzar la banda filtrante. 330
Fig .
1714
Equipo mixto de filtrado Aiskar .
B
Fig. 1715 Separador centrífugo Hidrociclón : A, aspecto ,general, B, esquema .
Existe también un sistema que actúa por centrifugado (fig . 17 .15) . El refrigerante sucio es conducido a una centrifugadora que separa las partículas más densas del refrigerante, el cual, una vez limpio, es relanzado al conducto de salida . Es evidente que estos sistemas pueden emplearse en toda clase de rectificadores y en consecuencia se ha preferido hacer mención de ellos únicamente aquí por ser la rectificadora universal la más representativa .
CUESTIONARIO 17 .1 17 .2 17 .3 17 .4 17 .5 17 .6 17 .7
Principales trabajos que se realizan en la rectificadora cilíndrica universal . El cabezal portapiezas . Partes que lo forman . El cabezal portamuelas . Partes que lo forman . Rectificado longitudinal . Rectificado por penetración . Órganos para el desplazamiento de la mesa y los carros . Dispositivos para rectificar las muelas .
Tema 18 . El trabajo en la rectificadora universal
OBJETIVOS - Conocer las posibilidades de trabajo que tiene la rectificadora universal. - Dominar los procedimientos comunes de fijación, esmerilado y control de las piezas que se mecanizan en la rectificadora universal.
EXPOSICIÓN DEL TEMA Los trabajos típicos de la rectificadora universal son el rectificado cilíndrico exterior e interior, la ejecución de conos exteriores e interiores y, eventualmente, el rectificado de superficies planas frontales . 18 .1
Fijación de las piezas
La fijación de las piezas es una cuestión clave para obtener óptimos resultados . La determinación de los medios más convenientes la condiciona la forma de la pieza y la clase de rectificado que se pretenda llevar a cabo . Se puede decir que la fijación se realiza según tres procedimientos principales : al aire, entre puntos y mixto. - Al aire. Suelen ser piezas de poca longitud, cilíndricas o con alguna parte cónica . Deben tener una zona que no se rectifique para que puedan acoplarse los órganos de sujeción . El dispositivo más usado es el plato universal de garras autocentrantes, las cuales pueden moverse manualmente o por medio de un sistema neumático . Además, tiene la ventaja de que sus garras normales pueden sustituirse por otras blandas para no perjudicar una superficie ya rectificada . También se emplean los platos lisos con bridas y las pinzas, idénticas a las de torno para pequeños diámetros .
- Entre puntos. Es el sistema habitual para el rectificado de ejes y árboles. Permite acabados de gran precisión, si los puntos están bien ejecutados ya que así no se transmiten a la pieza los juegos de montaje . No conviene que el contrapunto sea rígido sino que es preferible que disponga de un sistema de amortiguación (de hecho lo lleva la casi totalidad de las rectificadoras) . - Sistema mixto. Por medio del cabezal y la contrapunta, o bien, si el rectificado es interior, con el plato universal y una luneta de apoyo . 332
18 .2
Rectificado cilíndrico al aire
La pieza se sujeta normalmente con el plato universal . Conviene centrar la pieza, aunque sea sin rigor excesivo, para facilitar el rectificado, especialmente si las demasías de material son escasas. La muela debe tener salida fácil, siempre que se pueda y, en caso contrario, se ha de prever una entalla o salida de muela de dimensiones normalizadas . Una vez regulados los topes de inversión del movimiento de la mesa, se acerca la muela a la pieza hasta que aparezcan pequeñas chispas; en este momento, se mide el diámetro a rectificar y se da la primera pasada (fig . 18 .1) . Las pasadas sucesivas se obtienen automáticamente, al igual que la detención de la penetración al llegar a la medida final. Como se sabe, antes de retirar la muela se dan unas pasadas de chispeo para conseguir un acabado perfecto . La comprobación del diámetro puede realizarse con el pálmer de exteriores sin desmontar la pieza para evitar errores . 18 .2 .1
Rectificado cilíndrico al
Rectificado al aire de conos exteriores
Los conos exteriores de fuerte conicidad se rectifican al aire, inclinando el cabezal portapiezas en un ángulo igual a la mitad del que tiene el cono (fig . 18 .2) hasta que la generatriz teórica sea paralela al desplazamiento de la mesa . Es un método comparable al del torneado de conos con inclinación del carro porta herramientas, sólo que aquí es la pieza la que se coloca en posición, en lugar de la herramienta. 18 .3
Fig. 18.1 aire .
Rectificado entre puntos
Fig. 18.2 Rectificado de un cono, inclinando el cabezal portapiezas.
Es preciso que los puntos de la pieza estén bien ejecutados aunque es conveniente repasarlos cuando se desea alcanzar gran precisión ; tal es el caso de los árboles templados, en los que hay que eliminar las deformaciones térmicas . Piénsese, además, que los puntos deben estar perfectamente alineados; una pequeña variación del 1 % puede ser causa de piezas defectuosas, especialmente si éstas son largas . Las piezas de gran longitud deben apoyarse sobre lunetas para evitar que flexionen por la presión de la muela y resulten de mayor diámetro en el centro . La regla práctica que define el uso de luneta es que la longitud de la pieza no exceda 10 veces al diámetro . La presión que conviene aplicar a los apoyos de la luneta sólo pueden determinarse por tanteo y como fruto de la experiencia del operario . En piezas con chaveteros y extremos acanalados es aconsejable taponar las entallas con madera dura y aumentar también la dureza de la muela. De no tomar esta precaución, es muy fácil que se formen redondeados en los bordes . 18 .3 .1
Rectificado de ejes y árboles
La pieza a rectificar se monta en la máquina con los puntos limpios y en perfectas condiciones. El arrastre se efectúa por medio de una brida de corazón (perro), procurando que no apriete demasiado y que el perno del plato apoye correctamente . La presión entre puntos no será excesiva y se regulará de modo que el sistema elástico de la contrapunta permita la eventual dilatación de la pieza (fig . 18 .3). Para obtener piezas perfectamente cilíndricas se mecanizan ambos extremos ligeramente, dando a la muela penetraciones iguales . Se miden los diámetros obtenidos y si se observa una diferencia entre ellos, se bascula levemente la mesa con ayuda de un comparador milesimal hasta que la prueba siguiente señale que el error está corregido . Para evitar sobrecalentamientos locales, especialmente en las piezas propensas a ello en razón de su configuración (huecas y de paredes delgadas, diámetro pequeño, etc.), se trabajará a gran velocidad periférica y fuerte avance lateral; en cambio, el avance radial será muy pequeño. Se preferirá una muela estrecha a una ancha . Si existen diámetros escalonados, hay que mecanizar salidas de muela para que la unión de la cara frontal con la cilíndrica no sea redondeada, a menos que esto sea precisamente lo que se persigue, por razones de resistencia o por que la pieza que hace tope contra el resalte lleva un chaflán o redondeado de entrada mayor aún . 333
Fig. 18.3 Rectificado cilíndrico entre puntos .
18 .4
Fig . 18.4 Rectificado de la cara frontal de un resalte .
Rectificado de una superficie frontal
Se hace referencia evidentemente a las pequeñas coronas circulares limitan los escalones de diámetros (fig . que 18 .4) y que se rectifican con la teral de la muela plana . cara laSe efectúa por penetración radial hasta el diámetro menor . Después ba éste, dejándolo a medida y, a se acamano, moviendo el volante de la una ligera pasada final a la cara mesa, se da plana con el lateral de la muela . Si el resalte es pequeño, puede hacerse después de acabar el diámetro menor, deteniendo avance automático y aproximando la el muela contra el resalte. Las máquinas precisas pueden operar de otra manera más fácil vez terminado el diámetro menor, aún . Una se hace penetrar radialmente la muela hasta llegar a la medida de aquél, sin que se note en absoluto la marca de la muela . 18 .5
Rectificado de penetración radial (plongée)
Consiste en una variante del rectificado cilíndrico en la que no existe el avance lateral . La muela penetra radialmente en la pieza hasta alcanzar el conveniente y, en consecuencia, debe diámetro tener la anchura de la banda a o incluso ser mayor que ella (fig . rectificar 18 .5) .
Fig. 18.5 Rectificado por penetración radial.
Fig. 18.6 Rectificado por penetración de una superficie más ancha que la muela.
Este procedimiento se ha extendido produce en los tiempos de producción, sensiblemente debido a la mejora que porque elimina el vaivén de la pieza y la regulación característico correspondiente . El rendimiento de la muela es superior porque, al actuar en toda su hace que trabaje mayor número de anchura, granos . Esto obliga a diseñar potentes y robustas, capaces de máquinas más montar muelas de hasta 500 o varias a la vez . mm de anchura Los gorrones de los cigüeñales suelen rectificarse en máquinas que trabajan según este sistema . especiales Para trabajar con muela perfilada (fig . 18 .5C) es necesario realizar la penetración radial . también Cuando interesa efectuar desbastes con gran rendimiento se realizan traciones radiales sucesivas, una al penelado de otra, sin necesidad de en cada caso, puesto que la tomar medidas precisión de las máquinas modernas hace que resulten casi invisibles las marcas de paso de una pasada a otra (fig . 18 .6) . 18 .6
Fig .
18.7
Rectificado de un cono de poca inclinación.
Rectificado de conos largos de pequeña conicidad
Cuando la pieza a rectificar sea cónica y no se pueda emplear el orientable portapiezas, ya sea porque cabezal la pieza es muy larga, ya sea razones, se puede recurrir a mover por otras la mesa portapiezas, aflojando que lleva a propósito (fig . 18 .7) . los tornillos Para controlar el desplazamiento necesario existe un reloj comparador lleva la máquina e, incluso, suele que estar preparada para situar bloques esta finalidad . patrón con El principio de la mesa giratoria es casi análogo al que se emplea en el torno para realizar conos largos con la contrapunta (fig . 18 .8). Suponiendo que la mesa
Fig . 18.8 Control y cálculo de la inclinación de la mesa,
pivote en O, cuando ésta gire un ángulo a/2, el índice que lleva en su extremo describirá el arco mn . Se puede suponer con un margen de error mínimo, si el ángulo no supera los 12°, que el arco mn es igual al cateto x del triángulo rectángulo formado . El valor de x será :
siendo : L = distancia fija conocida que existe entre el punto de giro de la mesa y el índice que señala el desplazamiento . A pesar de los cálculos efectuados conviene realizar las comprobaciones oportunas al comenzar el trabajo, verificando el cono con los medios ordinarios ya conocidos . Este procedimiento tiene la ventaja de permitir el movimiento automático de la mesa ya que la generatriz del cono queda dispuesta paralelamente a las guías. Rectificado cilíndrico interior
18 .7
Aunque la rectificadora cilíndrica universal realiza con mayor soltura rectificados exteriores, mediante el empleo del aparato de rectificar interiores, se pueden ejecutar trabajos de esta naturaleza a plena satisfacción . El aparato rectificador citado se instala en el cabezal portamuelas y su funcionamiento es totalmente autónomo . El problema fundamental del rectificado interior suele ser la elección de la muela . Conviene respetar al máximo la norma general sobre el abrasivo, empleando carburo de silicio para fundición, latón, aluminio, etc., y corindón para acero . Hay que usar un tamaño de grano medio, grado medio o blando y aglomerante cerámico de estructura media . Las velocidades de trabajo son muy superiores a las empleadas en el rectificado exterior, sin que exista peligro de sobrepasar la velocidad de corte . La muela que se emplea normalmente tiene forma cilíndrica, con mango o sin él ; se monta en el husillo del aparato de interiores por medio de tornillo o tuerca y, si lleva mango, en una pinza que debe tener el husillo. Es preciso afilar la muela con frecuencia para compensar el desgaste que sufre debido a la poca cantidad de abrasivo que actúa y eliminar las partículas . desprendidas . Siempre que se pueda se empleará refrigeración . La pieza se monta en el plato de garras o en platos especiales, como el que se emplea para centrar ruedas dentadas por su diámetro primitivo (fig . 18 .9) lo que asegura un rectificado concéntrico del agujero, circunstancia ésta muy valiosa para el funcionamiento correcto de un engranaje . En muchos casos, el rectificado cilíndrico interior se usa como referencia de los rectificados exteriores que debe sufrir la pieza ; entonces se monta aquélla en un mandril al aire . La pieza montada en el plato de garras debe sujetarse con cuidado, especialmente si sus paredes son delgadas, para no deformarla lo más mínimo . Si esto no se puede evitar, hay que cambiar el sistema de fijación, apretando las piezas frontalmente en lugar de hacerlo radialmente . El centrado de la pieza se lleva a cabo con un reloj comparador de palpador horizontal, que permite explorar los diámetros de entrada y de fondo y el cabeceo que pueda tener la pieza (fig . 18 .10) . 18 .7 .1
Fig . 18.11 Salida de muela en el rectificado interior.
Salida de la muela
La muela debe tener salida fácil por ambos lados de la pieza (fig . 18 .11) . Si el orificio es libre, suelen ser suficientes unos cinco o seis milímetros ; si no hay salida directa, debe proyectarse una entalladura interior de la anchura adecuada (fig . 18 .12) . Cuando el orificio a rectificar tenga ranuras circulares o chaveteros conviene escoger una muela algo más dura de lo normal y de grano medio; su anchura debe ser superior a las ranuras existentes . 33 5
Fig . 18 .12 muela.
Empleo
de salida de
Práctica del rectificado interior
18 .7 .2
Fig. 18.13 Rectificado de un cono interior .
El rectificado de interiores es más difícil y delicado que el de exteriores . Ello es debido a la muela en sí, mucho más frágil, a la falta de visibilidad directa y a la dificultad de refrigeración de la zona de trabajo. La regulación de los movimientos de la mesa y la penetración de la muela se realiza como en el rectificado exterior . La muela se repasará con frecuencia porque su desgaste es elevado. En las máquinas que tienen ciclo automático, este repasado se realiza automáticamente, e incluso existe compensación de la pérdida de diámetro de la muela por medio del desplazamiento del carro . Se comprobará regularmente la medida alcanzada, la conicidad del agujero y el estado superficial de la pieza. Los instrumentos a emplear son los ya conocidos : micrómetro de interiores, alexámetro y, finalmente, calibre tampón pasa-
no pasa.
Rectificado cónico interior
18 .7 .3
Fig. 18.14 Rectificado de una superficie frontal con el aparato de interiores.
Si la conicidad del orificio es pequeña puede trabajarse indistintamente con el cabezal portapiezas o inclinando la mesa . Cuando la pieza sea muy larga habrá que emplear la luneta de apoyo, ya que no es posible emplazar la contrapunta . Los conos de gran conicidad deben rectificarse con el cabezal, montando la pieza en el plato de garras . Para ello, se gira la parte superior del cabezal el ángulo conveniente, igual que se hacía con los conos exteriores (fig . 18 .13) . Hay que comprobar que el diámetro de la muela elegida no sea mayor que el diámetro menor del cono . 18 .8
~~1 w_= ~í
/l//f
Fig. 18 15 Rectificado de una pieza completa con el aparato de interiores.
Rectificado de superficies planas
Las superficies que se rectifican en esta máquina son frontales ; es decir, perpendiculares al eje de giro de la pieza . Se trata pues de una operación equivalente al refrentado en el torno. Con el aparato de rectificar interiores y una muela de copa que trabaje por su cara plana, es posible mecanizar cómodamente la superficie frontal de una pieza sujeta al plato (fig . 18 .14), aunque el rendimiento es escaso por la forma en que deben darse los avances. En ciertos casos, puede que interese no desmontar la pieza de rectificado . Entonces se opera sólo con el aparato de interiores durante toda la fase y los diversos rectificados que haya que realizar pueden ejecutarse cambiando sucesivamente las muelas, según se trate de un rectificado exterior, interior o frontal (fig . 18.15) . Es posible también rectificar superficies planas con la muela trabajando tangencialmente . Para ello, se gira al límite (90°) el cabezal portapiezas, de manera que el eje de rotación del husillo sea perpendicular a las guías de la mesa y se emplea la muela principal de la máquina (fig . 18 .16) . CUESTIONARIO
90 °
Fig. 18.16 Rectificado plano tangencial en la rectificadora universal.
18 .1 18 .2 18 .3 18 .4 18 .5 18 .6 18 .7 18 .8 18 .9 18 .10
Sistema de fijación de las piezas . Rectificado al aire . Rectificado de piezas de gran longitud . Rectificado de ejes y árboles . Técnica del rectificado cilíndrico de precisión . Rectificado por penetración radial . Rectificado de piezas perfiladas . Rectificado de conos exteriores . Rectificado cilíndrico interior . Rectificado de superficies frontales en la máquina universal .
Tema 19. Rectificadora sin centros . Rectificadoras especiales
OBJETIVOS - Estudiar el fundamento del rectificado sin centros y las máquinas en
las que se realiza . - Conocer las caracteristicas básicas de algunas rectificadoras especiales de gran interés.
EXPOSICIÓN DEL TEMA Principio del rectificado sin centros
19 .1
Hay numerosas piezas que debido a su tamaño o configuración no es posible rectificarlas con los procedimientos convencionales, ya porque no existe espacio material para la muela, el plato, etc ., ya porque no es fácil agarrarlas con los medios de arrastre disponibles o, sencillamente, porque no es rentable su rectificado en la máquina universal . En estos; :casos suele dar óptimos resultados el rectificado sin centros . esencial del procedimiento puede apreciarse en la figura 19.1 . Lo Se emplean dos muelas, una propiamente abrasiva, de gran diámetro O y otra más pequeña C que actúa como muela de arrastre. El eje de giro de esta última está ligeramente inclinado, de forma que tiende a comunicar a la pieza P, apoyada sobre la regla extradura R, un movimiento helicoídal, de rotación y traslación que obliga a presentar toda su cara lateral a la acción de la muela abrasiva . 19.1 .1
Generación de una superficie cilíndrica de revolución
Si la pieza a rectificar estuviera situada en tal posición que su centro se alineara con los de la muela operadora O y la muela conductora C (fig . 19.2A) hay que convenir que su diámetro sería igual a la mínima distancia que separa ambas muelas . En estas condiciones cualquier protuberancia (fig . 19 .213) provoca en el extremo expuesto una depresión, puesto que la pieza es empujada contra la muela operadora. El resultado final será un cilindro poligonal (fig . 19.2 C) . En cambio, si la pieza está situada por encima de la línea de centros (figura 19 .2D), un saliente cualquiera de la misma no ocasionará el esmerilado del punto diametralmente opuesto, porque la zona de trabajo instantánea está mucho más baja; por el contrario, el saliente citado será eliminado al pasar por la zona de esmerilado (fig. 19.2E) . Cuando una depresión toca la muela de arrastre o la regla de apoyo, se produce un descenso automático de la pieza hacia la parte más estrecha del canal 337 22 .
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
Fig . 19.1
Rectificadora sin centros .
Fig. 19.2 Rectificado sin centros: A, B y C, sistema incorrecto; D, E y F, autocilíndrado por oscilación de la pieza.
Fig . 19.3
Rectificado sin centros por penetración .
(fig . 19 .2F) y las elevaciones son eliminadas por la muela abrasiva . De esta forma, gracias al ascenso y descenso del centro de la pieza, se verifica el autocilindrado de la misma, cuyo ritmo depende de los factores de corte . Cuanto mayor sea la velocidad periférica de la pieza y mayor sea su elevación, tanto más rápidamente se autocilindra . Sin embargo, no es posible superar ciertos valores prácticos; así, la elevación no conviene que supere la mitad del diámetro . 19 .1 .2 expulsor
muela operadora
muela conductora
Rectificado a través y por penetración
Anteriormente se ha dicho que la muela conductora está ligeramente inclinada respecto a la muela operadora; por este motivo la pieza cilíndrica avanza automáticamente en sentido longitudinal, mientras gira sobre sí misma. Además, la muela conductora tiene el perfil levemente hiperbólico, reforzando de este modo el contacto con la pieza . Sin embargo, cuando la pieza posee diámetros escalonados que deben rectificarse, el rectificado a través (a la enfilada) no es factible . En estos casos se trabaja por penetración . La muela conductora se coloca en posición prácticamente horizontal ; sólo se conserva una pequeña inclinación (a = 0,5°) para asegurar que la pieza no se moverá de sitio . Por otra paree, tanto la muela conductora como la muela operadora deben perfilarse de acuerdo con el perfil de la pieza, al igual que la regla de apoyo. Para determinar la posición axial de la pieza y lograr su expulsión, cuando la muela de trabajo ha completado su avance radial, se instala un tope o expulsor, accionado manual o automáticamente (figs. 19 .3 y 4) . 19 .1 .3
Práctica del rectificado sin centros
La muela operadora es de naturaleza cerámica y funciona a 25-30 m/s. La muela de arrastre es de resina sintética o de caucho artificial ; su velocidad se determina con relación a la de la pieza, de manera que resulte comparable con la relación que se establece en el rectificado cilíndrico . El avance a de la pieza en sentido longitudinal es función del ángulo a de inclinación de la muela de arrastre ; o sea : a = rr - D, - n, - sen a (mm/min) siendo : D, = diámetro de la muela conductora en mm nc = número de revoluciones por minuto de la muela conductora
Fig. 19.4 Rectificado sin centros por penetración, Esquema del perfilado de las muelas.
El avance axial lento favorece el cilindrado ; mientras que el avance rápido tiende a enderezar lasopiezas . La posición exacta y sin vibraciones de la pieza depende también de la regla de apoyo, cuyo bisel no será inexistente ni demasiado pronunciado . 338
sola pasada . En el desbaste puede El material sobrante no se elimina de una reducirse a 0,02 mm en el acabado ; si para mm llegarse a una penetración de 0,2 los últimos 0,05 mm deben rebajarse elevadas, muy calidades deben obtenerse . sin penetración pasadas en tres pasadas, seguidas de algunas afilada porque, muela bien la siempre con trabajará Como regla general se . cilíndricas de lo contrario, las piezas no salen perfectamente 19 .1 .4 Rectificadora sin centros rectificado sin centros en Son rectificadoras preparadas para realizar el sus diversas modalidades . móviles, montaConstan de una sólida bancada, provista de dos cabezales (fig . 19 .5) . La regla conocidas dos muelas las dos sobre carros, que contienen . de apoyo R va atornillada sobre un carrillo independiente 19.6) que actúa autoCada muela lleva un sistema de repasar adosada (fig . . hidráulico mecanismo máticamente, movido por un sin centros es una máquiComo se comprende enseguida, la rectificadora problemas . Para ello debe adapna que puede automatizarse sin demasiados regularmente a la máquina y un suministre que társele un cargador de piezas través, no es necesario porque sistema de evacuación que, cuando se rectifica a aquella se realiza por gravedad . exactitud porque, de lo La entrega de las piezas debe efectuarse con gran . contrario, las formas obtenidas no serán cilíndricas sin centros con aliEn la figura 19.7 se puede observar una rectificadora vibradora . mentación automática por medio de una tolva 19 .2
Rectificadora automática de exteriores
trabajos de rectificado Es una máquina muy especializada, concebida para exterior en medianas y grandes series (fig . 19.8) . normalmente trabaja por Aunque puede realizar el rectificado alternativo, convenga (fig . 19.9) . Como según recta, inclinada o penetración con muela . puede verse, es posible usar varias muelas a la vez medidas de la pieza son El ciclo de trabajo es totalmente automático y lasseñala la posición axial de controladas por un medidor continuo que, además, a otra de referencia . una cara frontal que se esté rectificando, con relación
Fig . 19.5 Cabezales de una rectificadora sin centros .
Fig. 19.6
Perfilador hidráulico.
Fig . 19.7 Rectificadora sin centros Estarta equipada con alimentador automático.
Fig .
19 .8
Rectificadora automática de exteriores
Hidro-Precis .
Fig. 19.9 Algunos trabajos ejecutados por la rectificadora de la figura ante rior.
19 .3
Rectificadora automática de interiores
Al igual que la anterior, es una especialización de la rectificadora para realizar el rectificado interior con el máximo rendimiento . En ella desaparece la contrapunta y en su lugar se instala un potente grupo rectificador de interiores . El cabezal portamuelas para exteriores desaparece o bien sufre transformaciones que le capacitan para el rectificado planofrontal (fig . 19 .10) .
Fig. 19. 10
Rectificadora automática de interiores Danobat.
Una de las principales ventajas de esta máquina es el sistema automático para repasar la muela . Consiste en un ciclo programable (fig . 19 :11) durante el cual, e interrumpiendo el trabajo, la muela sufre un reavivado para compensar el desgaste sufrido y, a la vez, se verifica una corrección de la posición radial de la muela, en función de la pérdida de diámetro experimentada en el repasado . Para altas velocidades se emplean husillos neumáticos o de alta frecuencia (hasta 120 000 r. p. m.) . 19 .4
Fig. 19. 11 Ciclo automático de repasado de la muela en la rectificadora de interiores.
Rectificadora de perfiles
Es una rectificadora pensada para ejecutar piezas de sección diversa pero cuyas generatrices son rectas . Se basan en sistemas de reproducción mecánicos y ópticos . El sistema mecánico más empleado es el pantógrafo (fig . 19 .12) . El cabezal de la máquina, provisto de una muela de disco, está ligado al palpador que actúa sobre una plantilla de acero, a escala, que reproduce el perfil a obtener. De' este modo, el mecanismo de reproducción traslada al bloque de donde saldrá la pieza todas las incidencias de la plantilla, firmemente sujeta sobre una mesa ortogonal. El método óptico, quizás más perfecto, permite un control directo del operario sobre la pieza . Esencialmente, consiste en una pantalla que ofrece una visión de la zona de trabajo a una escala determinada (fig . 19 .13) . El operador, a través de un volante, puede modificar a voluntad la posición de la pieza que se trabaja y que está sujeta a una mesa o carro móvil desplazáble según dos ejes ortogonales . Sobre la pantalla se coloca un papel transparente que tiene dibujado con precisión el perfil a reproducir, trazado a la misma escala que la que proporciona el sistema óptico . De este modo es posible ir moviendo la pieza de manera que describa una trayectorile perfectamente controlable sobre la pantalla . La figura 19 .14 contiene una piezas de muestra, ejecutadas con toda facilidad y precisión en una rectificadora de perfiles . 340
Fig. 19.13 Esquema de una rectificadora óptica de perfiles .
Fig. 19.12 Rectificadora de perfiles con pantógrafo Studer .
Fig. 19.15 Rectificado de roscas por medio de una muela simple.
Fig. 19.14 Rectificado de perfiles : A, matriz y punzones para piezas de máquinas de escribir, B, vista de la matriz formada por dos partes acoplables .
19.5
Rectificado de roscas
El rectificado de roscas tiene por objeto la producción de piezas roscadas de la máxima exactitud tales como tornillos micrométricos, husillos, calibres, etcétera, e incluso herramientas que se emplean para tallar roscas; es decir: peines, machos, terrajas, etc . Aunque el método tiene características comunes hay una serie de variantes que obligan a clasificar los procedimientos de rectificado en tres : - Rectificado longitudinal con muela simple. Es el más exacto de todos. Se emplea para rectificar roscas de la máxima precisión, o bien, cuando el paso a mecanizar es muy rápido ; por ejemplo, en tornillos de módulo, filete trapecial o diente de sierra, etc. También se emplea para acabar roscas desbastadas por otros procedimientos . Se emplea una muela de disco, afilada según el sistema de la rosca, que se desplaza a lo largo del filete, con la inclinación necesaria, según el ángulo de la hélice media (fig . 19.15) . - Rectificado longitudinal con muela múltiple . Es parecido al anterior, pero la muela, en lugar de tener un solo perfil de rosca, tiene varios filetes ; en consecuencia, se comporta como un peine de roscar, de modo que los primeros hilos realizan una misión de desbaste y los restantes, de acabado (fig . 19.16) . El rendimiento es superior al sistema de muela simple . Este sistema tiene especial interés para el rectificado de roscas interiores .
- Rectificado de penetración. Es el procedimiento más racional y debe emplearse siempre que sea posible . La muela es de perfil múltiple y trabaja por penetración radial . Por consiguiente, debe tener una anchura superior a la longitud de la rosca o bien realizar una penetración al lado de otra (fig . 19 .17) . 341
1 1 1 ~ ~
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Fig. 19.16 Rectificado de roscas con muela múltiple y desplazamiento longitudinal.
CY VIII IIIIIIIIII~ ~III_IIII_III011 Fig. 19 .17 Rectificado de roscas por penetración radial.
La profundidad de rosca se alcanza en el curso de una sola vuelta de la pieza o como máximo dos, de las cuales una es para el desbastado y la otra para el acabado . La realización de penetraciones sucesivas (una junto a la otra) no es ningún problema ; las máquinas modernas aseguran una precisión de ± 0,005 mm con relación al paso . Con el procedimiento de penetración es posible rectificar pasos de 0,75 a más de 4 mm . 19.5.1
Rectificadora de roscas
Uno de los modelos más extendidos aparece en la figura 19.18 . Se trata de una máquina muy sólida y precisa . La mesa de trabajo se apoya sobre un zócalo inclinable y su desplazamiento longitudinal está controlado por un sillo de precisión que lleva un sistema de ajuste para acoplar exactamentehula muela a la rosca tallada previamente . Para el rectificado de roscas cónicas hasta 1 : 16, lleva una regla cónica patrón . El cabezal portapiezas puede girar con velocidad variable y lleva todos los mecanismos para la obtención de los pasos necesarios; así como un sistema para la división del paso . El cabezal portamuelas puede avanzar perpendicularmente a la mesa, lizándose sobre guías de precisión . Es inclinable en ambos sentidos hasta des30° . El husillo está montado sobre rodamientos ajustables que permiten un juego máximo de 0,002 mm . La máquina dispone de un sistema para destalonar roscas, de gran utilidad para el rectificado de herramientas .
Fig. 19.18 Rectificadora de roscas y perfiles Lindner.
19.6 Fig. 19.19 Rectificado de ruedas dentadas con muela de forma.
Fig. 19.20 Procedimiento MAAG para el rectificado de ruedas cilíndricas de diente recto o helicoidal.
Rectificado de ruedas dentadas
Para aumentar las prestaciones de una transmisión por ruedas dentadas en cuanto a potencia, velocidad o nivel de ruidos reducido, se recurre al rectificado de los flancos de los dientes a fin de lograr la máxima perfección del perfil real y una calidad superficial que no pueden obtener los procedimientos de tallado . Los procedimientos de rectificado de ruedas dentadas cilíndricas rectas y helicoidales (que son los casos habituales) son tres : por muela simple perfilada, por generación y por muela de visinfín .
- Muela simple perfilada. La muela de disco empleada puede tener la forma de un flanco del diente o bien la de todo el intradiente (fig. 19 .19) . En el primer caso se rectifican todos los flancos del mismo lado y, después, los del lado contrario ; en el segundo caso, la muela trabaja los dos flancos a la vez . Después de terminar un diente, se pasa al siguiente por medio de un grupo divisor de gran exactitud y se prosigue el trabajo . - Por generación#' El método MAAG emplea dos muelas de plato inclinadas a 15 - 20° o bien, actualmente, sin inclinación . La operación se efectúa (fig. 19.20) como si la circunferencia primitiva de la rueda girara sin resbalar
342
sobre una recta imaginaria ; la generación del perfil tiene lugar cuando dos tiras o flejes de extremos fijos obligan a girar a la rueda, montada sobre un árbol, cada vez que el carro se mueve alternativamente . Además existe un movimiento axial alternativo para que el engranaje pueda rectificarse en toda la longitud del diente . Al terminar la operación, se pasa al diente contiguo por medio de un sistema divisor . El frotamiento puntual continuo de las muelas produce un desgaste periódico que es necesario compensar . El dispositivo corrector consiste (fig . 19.21) en una palanca oscilante que, a intervalos de tiempos regulares, toca el borde de la muela; si ésta no se ha movido, no ocurre nada ; pero si la oscilación es excesiva, se cierra el circuito eléctrico que acciona el motor del mecanismo de traslación hasta que el cabezal ocupa su posición exacta (la corrección es del orden de milésimas de mm) . En la figura 19 .22 aparece una rectificadora de este tipo trabajando sobre una rueda helicoidal . - Por muela de visinfin . Es el procedimiento Reishauer. Requiere la preparación de una muela de visinfín que actúa de modo comparable a una fresa madre (fig. 19 .23) . El husillo portapiezas, normalmente vertical, oscila axialmente, mientras la muela sufre una inclinación igual al ángulo de la hélice para las ruedas de diente recto o incrementada con el valor del ángulo del diente si la rueda es helicoidal . La sincronización de la muela y la pieza se efectúa eléctricamente de modo que no son posibles los errores de división por oscilaciones de la carga . La duración de la muela es notable por lo que no es necesario repasarla con demasiada frecuencia, cuestión, por otra parte, bien resuelta por una máquina especial que prepara las muelas de varias rectificadoras, siendo innecesario el perfilado sobre máquina . Obsérvese en la figura 19.24 una rectificadora de esta clase ; en ella se aprecian los principales detalles constructivos .
Fig. 19.23
Fig. 19.24 Rectificadora de ruedas dentadas de diente recto o heócoidal
Reishauer .
19.7
Rectificado planetario
Las piezas que contienen orificios y que por su forma o dimensiones no pueden girar sobre sí mismas (bloques, moldes, placas matrices, etc .), se rectifican en máquinas de husillo vertical, cuya muela experimenta, además de la rotación propia, un movimiento de traslación circular planetario (fig . 19.25) . También se emplean con frecuencia cabezales planetarios autónomos que se pueden acoplar a fresadoras de torreta, punteadoras, etc . Están provistos de una turbina neumática o de un grupo eléctrico de alta frecuencia para hacer girar la muela y de un dispositivo de excentricidad regulable que proporciona el movimiento planetario (fig . 19.26) . 19.8
Otras rectificadoras especiales
Las hay de tipos muy diversos . Las más interesantes son las rectificadoras de levas y las de cigüeñales . Fig. 19 .26 Cabezalpara el rectificado planetario MYL.
Fig. 19.21 Corrección de la posición de las muelas en la máquina MAAG.
Fig. 19.22 Rectificado de una rueda helicoidal en una rectificadora MAAG .
Fig. 19.25
Rectificado planetario .
Las primeras sirven para esmerilar el perfil de trabajo de las levas con objeto de mejorar su exactitud y calidad superficial ; esto se traduce en un mejor comportamiento del palpador en cuando a uniformidad de funcionamiento y precisión de recorrido .
Fig. 19.27
El esquema de funcionamiento de una rectificadora representativa de este grupo es como sigue (fig . 19 .27) . La leva a rectificar L va montada sobre el mismo eje que la plantilla P, girando ambas libremente sobre el centro O. El brazo oscilante B, que puede pivotar sobre el punto C, obliga, bajo cierta presión, a que la plantilla se apoye continuamente sobre el rodillo fijo R; esto produce la separación o el acercamiento de la leva según la forma que adopte la plantilla . La muela M puede moverse radialmente con objeto de dar la profundidad de pasada . Esquema de una rectificadora de levas .
La rectificadora de cigüeñales es una especialización de una máquina de exteriores, pensada para rectificar simultáneamente los gorrones de apoyo de los cigüeñales . Para ello tiene un cabezal de muelas múltiples que actúan por penetración sobre cada uno de los cuellos de la pieza, independientemente del diámetro que puedan tener .
19 .9
Máquinas acabadoras
Cuando se pretende lograr las tolerancias dimensionales más estrechas (ISO IT 1 a IT 4) así como calidades superficiales del orden de 0,02 Mm, es preciso emplear técnicas de esmerilado especiales o de superacabado . Las máquinas destinadas a estos trabajos no son propiamente rectificadoras ni tampoco emplean muelas convencionales como herramientas abrasivas . Sin embargo, se estudian aquí por su carácter complementario con las rectificadoras y sus analogías en cuanto a la forma en que se produce el arranque de viruta . Las más importantes son : la bruñidora, la superacabadora (procedimiento superfinish) y la !apeadora. 19 .9 .1
Fig .
19.28
Es una máquina parecida a una mandrinadora vertical, provista de una bancada, un montante y un cabezal de uno o varios husillos . El husillo, de funcionamiento hidráulico, lleva acoplada una herramienta abrasiva, cuya apariencia recuerda los mandriles extensibles (fig . 19 .28) . La cabeza de dicho mandril tiene un manguito ranurado, donde se aloja una serie de piedras abrasivas (corindón, carburo de silicio y a veces diamante) de forma rectangular . Por efecto de un vástago con asientos cónicos, que actúan sobre unas varillas radiales, los órganos abrasivos del mandril pueden desplazarse hacia el exterior, presionando las paredes del orificio que se repasa (fig . 19 .29) . Esta herramienta puede ajustarse con precisión, de modo que al llegar a un diámetro determinado, un anillo de tope impide que las piedras abrasivas continúen su labor . Además, la unión del husillo y el mandril no es rígida sino flotante para que no haya ningún problema de desalineación y la herramienta siga exactamente la dirección del eje del orificio . La velocidad periférica de trabajo es de 0,2 a 0,5 m/s y el movimiento axíal de avance debe oscilar entre 12 y 30 m/min. Pueden someterse a la operación de bruñido diversos materiales como la fundición, el acero templado o sin templar, el metal duro, las aleaciones ligeras, etc . La forma de las superficies suele ser circular e interior (orificios) .
Mandril de bruñir.
G
sls
Un trabajo de bruñido característico es de motores de explosión. Las máquinas que tico y tienen varios husillos, cuya distancia tud . En la figura 19 .30 se puede ver una 19 .9 .2
~irlrr rrrr //~ Fig.
19.29
Bruñidora
Funcionamiento del mandril de bruñir.
el repasado de los cilindros de los bloques lo ejecutan son de funcionamiento automáentre centros puede regularse con exactimáquina bruñidora de varios husillos .
Superacabadora
El método de superacabado (superficieh) se basa en la acción repasadora de un cuerpo abrasiv que vibra impulsado por un órgano neumático con amplitud de 1 a 6 mm y a 1500 - 3000 ciclos por minuto, mientras la pieza gira sobre sí misma (fíg . 19 .31) . 344
Debido a la alta velocidad de actuación se consigue eliminar en poco tiempo los defectos superficiales y geométricos, llegándose fácilmente a un acabado especular (R a = 0,05 ¡Ám) . El procedimiento puede aplicarse de modo discontinuo, acoplando varios cabezales vibradores en un torno o máquina similar (fig . 19 .32), o bien de modo continuo en máquinas especiales, dotadas de rodillos de acero templado para arrastre .
Fig. 19.31 Esquema del método de acabado superfinish.
Fig. 19.30 Máquina bruñidora de varios husillos.
Fig. 19.32 Cabezales de acabado superfinish montados en un torno convencional. 19 .9 .3
Lapeadora
En el ¡apeado se interpone polvo abrasivo entre las piezas y las herramientas que efectúan la presión, mientras se someten a movimientos rotativos y a cambios continuos de dirección. Puede efectuarse a mano o a máquina . La lapeadora consiste en una especie de rectificadora frontal (fig . 19 .33) provista de dos discos concéntricos y una jaula intermedia que contiene las piezas . Los discos tienen movimientos rotativos independientes y el superior puede acercarse o separarse a voluntad . La jaula de las piezas es un disco de chapa con diversos alojamientos donde se introduce aquéllas, conservando determinada inclinación respecto al diámetro del disco . El polvo abrasivo es extraordinariamente fino y es introducido a cierta presión mezclado con petróleo al que se adiciona aceite de trementina o taladrina. CUESTIONARIO 19 .1 Dibujar esquemáticamente los órganos esenciales : ,del rectificado sin centros y explicar los principios en que se basa . 19 .2 Generación de la forma cilíndrica en el rectificado sin centros. 19 .3 Rectificado sin centros por penetración . 19 .4 Naturaleza de la muela de arrastre . 19 .5 Número de pasadas necesarias . 19 .6 Rectificadora automática de interiores . Características que la diferencian de la rectificadora universal . 19 .7 Fundamento del rectificado óptico de perfiles . 19 .8 Rectificado de roscas . Procedimientos existentes . 19 .9 Rectificado de ruedas dentadas por generación (procedimiento MAAG) . 19 .10 Rectificado planetario . 19 .11 Esquema de funcionamiento de una rectificadora de levas . 19 .12 Empleo de la bruñidora. 19 .13 Método de acabado superfinish . 19 .14 Lapeadora.
Fig. 19.33 Esquema de funcionamiento de una lapeadora.
Tema 20. Afiladora . Afilado de fresas, escariadores y brocas
OBJETIVOS - Conocer los órganos principales y el funcionamiento de la afiladora universal. - Determinar la técnica de afilado de algunas herramientas habituales en el taller mecánico como son las fresas, las brocas y los escariadores.
EXPOSICIÓN DEL TEMA La afiladora es una variedad de rectificadora universal que se emplea para dar a las diversas herramientas la geometría de la zona de corte que mejor convenga a cada una de ellas. No es necesario insistir sobre la enorme importancia de un afilado correcto, tanto para la exactitud y calidad de la operación de mecanizado, como para la duración de la herramienta. Para ello es preciso conocer a fondo las máquinas afiladoras, los accesorios disponibles, las herramientas abrasivas y, claro está, las características de afilado que debe reunir cada herramienta de corte. 20 .1
Objeto del afilado
El afilado tiene por objetivo dar a la herramienta construida los ángulos de corte correctos así como recuperar la capacidad de corte primitiva cuando se trata de una herramienta usada . Ninguna herramienta escapa a la necesidad del afilado . Después de cierto tiempo, según las condiciones de trabajo, las superficies de corte y todas sus aristas sufren un proceso de deterioro que origina:
- Desprendimiento excesivo de calor, consecuencia de un incremento del consumo de energía. - Superficies rugosas e imprecisas. - Vibraciones crecientes en el trabajo. Antes de que se produzca esta situación es necesario detener el trabajo y afilar la herramienta. 20 .2
Proceso de desgaste de una herramienta
Si se analiza el crecimiento del desgaste en la cara de incidencia de una herramienta en función de tiempo 'de utilización y se representan gráficamente los 346
resultados, se obtiene el diagrama de la figura 20 .1 . En él se observan tres zonas o períodos : - Período l. Corresponde a una zona de desgaste acelerada . Este fenómeno se explica porque al principio de la utilización de una herramienta, la arista cortante que, en teoría, es una línea recta, en la práctica es una línea quebrada, cuyas crestas soportan un intenso desgaste que las reduce rápidamente porque su resistencia es escasa . - Período 11. Desgastadas las crestas, se puede considerar que el roce con la pieza lo soporta una pequeñísima superficie de la cara de incidencia que se extiende a lo largo del filo . - Periodo lll. La anchura de la superficie o faja que actúa como filo de corte se va ensanchando progresivamente . Crece el esfuerzo necesario para el arranque de la viruta y el calor generado es muy intenso . En esta zona el desgaste vuelve a crecer desproporcionadamente, haciéndose el trabajo muy difícil . Ha de evitarse pues alcanzar la zona III porque el desgaste de la herramienta es tan elevado que la dificultad para desarrollar el mecanizado, el coste del reafilado y la reducción de la vida útil de la herramienta, lo hacen totalmente antieconómico . n
mm
Fig . 20. 1
20.3
Diagrarna de tiempodesgaste .
Tmih
Máquinas de afilar
Los constructores de herramientas disponen de máquinas de afilar de alta producción para el afilado de cada tipo de herramienta . En consecuencia, se puede afirmar que existe una afiladora para cada uso. Sin embargo, no es rentable que un taller mecánico normal disponga de toda la gama de afiladoras para resolver sus problemas de afilado; es más conveniente el empleo de una afiladora universal que, aunque de menor producción, permite afilar satisfactoriamente todas las herramientas habituales. 20 .3.1
Afiladora universal
La figura 20.2 presenta una máquina de este grupo muy conocida . Consta de una bancada (1), de la que se eleva un montante (2), que sostiene el cabezal portamuelas (3) de carácter doble ; es decir, provisto de una muela en cada extremo . El husillo portamuelas va montado sobre rodamientos ajustables que evitan todo juego axial y dispone de una gama de tres velocidades de giro . El cabezal portamuelas es giratorio, tanto en el plano horizontal (360°) como en el vertical (20° a ambos lados) . Sobre unas guías del montante se desliza una ménsula (4), en la que se apoya un carro transversal (5) y sobre éste, a su vez, se mueve longitudinalmente la mesa (6), dotada de una plataforma (7) inclinable . La mesa se desliza sobre patines de agujas para aumentar la sensibilidad en el momento del afilado . Sobre la mesa se instala el cabezal divisor universal (8) cuyo husillo, montado sobre rodamientos, tiene un alojamiento para cono Morse ; en el extremo opuesto se puede ver la contrapunta (9) . En una mesa auxiliar tiene el soporte universal con brida para el afilado de herramientas simples de metal duro (10), controlado por un husillo micrométrico; en la parte delantera existe un soporte (11) para el afilado de brocas . 347
Fig. 20.2
AR5-E.
Afiladora universal
Elite
Además de los dispositivos enumerados, dispone de gran cantidad de accesorios que la convierten en una máquina verdaderamente universal. Entre ellos se puede hacer mención de : cabezal con movimiento helicoidal automático para el afilado de herramientas con filos helicoidales, cabezal de división automática para el afilado de sierras circulares por copiado, mordaza giratoria universal, etc . Hay afiladoras universales más potentes (fig . 20 .3) capaces de realizar pequeños trabajos de rectificado . La máquina representada tiene (12) (13) para los movimientos vertical y transversal, con volantes de cómoda maniobra una apreciación de 0,001 mm . Asimismo, el volante (11) realiza el desplazamiento manual extrasensible de la mesa, a la que, por otra parte, se puede acoplar un equipo oleohidráulico para automatizarla completamente .
Fig .
20.4 Formación del diente destalonado .
Fig . 20.3
te LA 70 . 20 .4
Afiladora universal Eli-
Afilado de herramientas simples
El afilado de herramientas simples para torno y similares se estudió en el tema 8 de la Tecnología 2. 1 Máquinas Herramientas . Por este motivo no se trata de ello en esta -texto, pasándose directamente al afilado de fresas . Fig .
20.5
Afilados sucesivos de una fresa destalonada .
20 .5
Afilado de fresas
Una de las mayores aplicaciones de la técnica del afilado está en la preparación de los filos de corte de las fresas . Estas herramientas, tanto por su elevado precio, como por la complicación geométrica de las superficies cortantes, requieren un cuidado especial . Una de las normas básicas para su afilado es el uso de los apoyos de diente, cuya misión es asegurar la posición del diente que se está afilando con respecto a la muela. Los apoyos desempeñan en la mayoría de los casos la función de divisores, para lo cual es necesario que las fresas estén correctamente divididas . Otro de los principios básicos que conviene recordar es que el diente que se afila debe quedar a la misma altura que el centro de la fresa y después debe situarse el ángulo de incidencia requerido . 20 .5 .1
Afilado de fresas destalonadas
Estas fresas, llamadas también de perfil constante, son aquéllas que se utilizan para mecanizar superficies de determinado perfil . A este grupo pertenecen : las fresas de perfil purvo tanto cóncavo como convexo ; fresas para ejes acanalados ; fresas de disco para tallar ruedas dentadas diente a diente con el aparato divisor; fresas-madre para el dentado por generación_ continua, etc. 348
Todas ellas tienen características similares : - La superficie de incidencia es curva . Si se corta el diente con un plano perpendicular al eje, la curva de intersección es una espiral . Dicha superficie no puede ser objeto de afilado sin que se modifiquen las condiciones originales de la fresa (fig. 20.4). - La superficie de desprendimiento está contenida, casi siempre, en un plano radial lo que implica que el ángulo de desprendimiento es nulo. Por consiguiente, estas fresas deben afilarse por su cara frontal ; es decir, por su cara de desprendimiento, de modo que los planos que la contengan pasen siempre por el centro de la fresa (fig . 20.5) . Como es lógico, las condiciones de corte de una fresa de esta naturaleza no pueden ser muy buenas y en algunos casos deben mejorarse haciendo el ángulo de desprendimiento positivo . 20.5.1 .1
Elección de la muela
Las muelas más apropiadas para el afilado de las fresas destalonadas son las de disco biseladas o bicónicas, y las de plato. Se recomienda que, a ser posible, se escoja una muela de plato y se la haga trabajar por su cara cóncava . 20 .5.1 .2
Fig. 20. 7
Montaje de la fresa
El montaje de la fresa en la afiladora se efectúa empleando el agujero central de la misma, introduciéndola en un mandril . Ahora bien, el mandril citado puede acoplarse directamente al asiento cónico del cabezal divisor de la máquina o, si se prefiere, entre puntos . 20.5 .1 .3
Posicionado de la muela y de la fresa
Como existe la posibilidad de usar diferentes muelas y afilar las fresas con caras de diversa inclinación respecto a los ejes de referencia, es preciso estudiar las variantes que se pueden presentar . Según esto se tiene : - Afilado con muela de plato por su cara cóncava. El eje del cabezal portamuelas debe estar en posición horizontal (fig. 20.6) quedando la cara cortante de la muela perpendicular a la mesa de la afiladora . La posición de la cara que ha de afilarse debe coincidir con un plano vertical que pasa por el eje de la fresa . Esto se consigue apoyando una escuadra sobre la mesa y haciendo coincidir dos dientes opuestos con el brazo vertical de la misma, si la fresa tiene un número par de dientes ; si es impar, se desplaza igual número de dientes a ambos lados, controlando su altura con un gramil, hasta que quede centrado el que se desea afilar .
Fig. 20.8
- Afilado con muela de plato por su cara convexa o con muela bicónica. En este supuesto existen dos posibilidades : componer la inclinación de la: muela con el cabezal portamuelas (fig . 20.7), o bien, dejar el cabezal portamuelas ho rizontal y colocar la fresa de tal manera que la proyección del radio de la misma h (fig . 20.8) cumpla la siguiente relación :
20 .5.1 .4
Sistemas de división
En este tipo de fresas tiene gran importancia la concentricidad de los dientes; si hay errores en este sentido, el trabajo de fresado es desigual y unos dientes trabajan más cargados que otros. Esto implica una división muy precisa en el afilado, de modo que las superficies de desprendimiento estén separadas por una abertura angular constante . Para garantizar la exactitud de la división se emplean dos sistemas : - Tope regulable. Es una lengüeta de acero solidaria a un tornillo micrométrico montado en un soporte . Cuando se mueve el tornillo, la lengüeta, que se apoya sobre un diente, hace girar la fresa y le proporciona la profundidad de pasada requerida (fig . 20.9) . El tope actúa sobre la parte trasera del diente que se afila . Si el punto de apoyo no ofrece garantías, es preciso efectuar un repasado previo, tomando como referencia la cara de trabajo (fig. 20 .10) . 349
Fig. 20.9
Fig. 20.10
- Divisor. La afiladora universal dispone de un cabezal divisor (fig . 20 .11) dotado de platos intercambiables con diferente número de dientes, en cuyos vanos se introduce una uña de posicionamiento . Se elige un plato con igual número de dientes que la fresa, o bien, un múltiplo de aquel valor. Una vez posicionado el - primer diente que debe afilarse, se hace coincidir la uña con uno de los vanos y se bloquea el disco. Para pasar al diente contiguo se extrae la uña y se cuenta el número de vanos necesarios, de acuerdo con la proporción que exista entre los dientes de la fresa y del disco . El avance de afilado no se da nunca con el carro transversal ; el mismo cabezal tiene unos tornillos de ajuste para este cometido . F7g. 20. 11 Afilado de una fresa de módulo con ayuda del aparato universal.
MELVAVAIMIE
W~TT1T Fig. 20.13 Comprobación del salto máximo y la cilindricidad de una fresa-madre .
Fig. 20.14 Verificación de la posición de la cara de desprendimiento.
20 .5 .1 .5
Operación de afilado
Una vez montadas y posicionadas la muela y la fresa, elegido el sistema de división y preparado éste, se puede empezar el afilado, . dando a la mesa el movimiento de vaivén y realizando el avance de penetración por medio de la lengüeta o los tornillos del cabezal citados. Debe evitarse el calentamiento excesivo de las aristas cortantes, puesto que perderían dureza, disminuyendo, en consecuencia, la vida de la herramienta y su rendimiento. Si es preciso dividir el afilado en dos etapas (desbaste y acabado) puede cambiarse la muela, de forma que ésta sea basta y blanda para el desbaste y más fina y dura para el acabado . 20 .5 .1 .6
Afilado de fresas-madre
El método más correcto es el que emplea una muela de disco biselada en lugar de una de cara plana, dado que el afilado con este tipo de muelas produce en las fresas helicoidales una interferencia que se traduce en una directriz curva de afilado en vez de la necesaria dirección radial . La fresa madre se monta entre puntos, sobre un mandril, lo más suavemente posible, sin que se note juego alguno . El avance se da por medio del tope de lengüeta, colocado de modo que se apoye en la cara posterior del diente . El soporte del tope va montado sobre una regla inclinada de acuerdo con él ángulo de la hélice de la fresa (fig . 20 .12) . Al mover la mesa longitudinalmente se efectúa una ligera presión contra la lengüeta, girando la fresa con la mano ; de este modo se verifica el copiado de la ranura helicoidal .
Fig. 20.12 Afilado de las caras de desprendimiento de una fresamadre. 20 .5 .1 .7
Comprobación después del afilado
Después del afilado de una fresa madre o una fresa simple de módulo, conviene realizar las siguientes verificaciones : - Concentricidad. La fresa se monta entre puntos sobre un mandril exactamente concéntrico (fig . 20 .13) . Apoyando un comparador sobre el filo de cada diente, se controlará el salto máximo producido . Si se trata de una fresa madre, se comprobará su cilindricidad desplazando el comparador al otro extremo de la pieza . - Situación de la cara frontal. En las fresas para tallar engranajes la cara frontal debe seguir una dirección perfectamente radial . Esto se comprueba con el montaje de la figura 20 .14. Fig. 20.15
Verificación de la exactitud de la división .
- Exactitud de la división . Se puede verificar con una galga, o bien, con un dispositivo como el de> figura 20 .15, provisto de un punzón y un reloj comparador que se apoya en el diente contiguo y va señalando las diferencias existentes en cada división . 350
20 .5 .2
Afilado de fresas de tres cortes
Las fresas de tres cortes son fresas de disco, características de los trabajos de ranurado . Las aristas cortantes son tres, como su nombre indica : la arista principal que trabaja tangencialmente y las dos laterales. Pueden ser fresas con dientes rectos, paralelos al eje, o bien, con dientes inclinados, dispuestos alternativamente en sentido diferente. Su afilado se realiza exclusivamente sobre los filos periféricos y excepcionalmente sobre los filos laterales, si éstos se encuentran deteriorados, a costa de perder la anchura original . Para el afilado se preferirá normalmente la muela de copa cónica, trabajando por su cara plana . 20 .5 .2 .1
Obtención del ángulo de incidencia
Ante todo conviene explicar el modo de colocar correctamente el diente de referencia . Para ello se dispone de dos calibres, A y B. El calibre A (figura 20 .16) señala la altura del cabezal portafresas de la máquina; el calibre B, co locado sobre el cabezal portamuelas, indica el centro del husillo. En consecuencia, si se enrasan ambos calibres, el centro de la muela y el de la fresa se encuentran alineados . Dicho de otro modo, un diente de la fresa que se apoye en el calibre B está en el mismo plano que el centro de la muela . El ángulo de incidencia se puede obtener de tres maneras : por ajuste lineal, por medio del calibre de reglaje del ángulo en cuestión y por ajuste directo del cabezal portafresa . - Ajuste lineal. En primer lugar hay que alinear los centros de la fresa y de la muela, empleando los calibres cuyo funcionamiento se ha explicado con anterioridad . Esto supone que el calibre 8 quedará a la altura del centro de la fresa. Seguidamente se baja el cabezal portamuelas una distancia h, cuyo valor es h = R - sen A; o, si se prefiere, se puede determinar por tablas que facilita el constructor de la afiladora. Luego, se baja el diente a rectificar, girando la fresa, hasta que haga tope con el calibre 8 (fig . 20 .17) y se coloca el apoyo del diente . Finalmente, se quita el calibre 8 y se rectifica cada diente con ayuda del tope de referencia que proporciona el apoyo (fig . 20 .18) . - Ajuste con calibre de ángulo . La fresa se monta entre puntos sobre un mandril . El calibre de ángulo va montado en la contrapunta y permite efectuar un reglaje de unos 15° . El centro de la muela se alinea con la fresa y uno de sus dientes se hace apoyar sobre el calibre 8 (fig . 20 .19) . Entonces, el perro de arrastre (1) se fija al mandril con el tornillo (4), después de poner a ceo el nonio . Seguidamente, se quita el calibre 8 y se gira el calibre de ángulo el valor requerido, que se lee en la escala . La posición obtenida se fija con el tornillo (3) . Una vez se ha situado el apoyo del diente, ya se puede soltar el perro de arrastre . A partir de aquí, se procede como en el caso anterior .
Fig. 20.16 Calibres namiento .
Fig. 20.17
Fig. 20.18
Fig. 20.19 - Ajuste directo con el cabezal. La fresa se monta en un mandril y se acopla al cono del cabezal (fig . 20 .20) . Se centra el diente según los procedimientos conocidos . A continuación, se gira el husillo el ángulo requerido que se controla con el círculo graJuado c y se fija la posición alcanzada con el tornillo D. Se coloca el apoyo de diente y ya se puede afilar sin más, después de aflojar el tornillo D. 20 .5 .3
Afilado de fresas cilíndricas
Como es sabido, las fresas cilíndricas son cilindros de acero para herramientas en cuya periferia se ha tallado una serie de dientes paralelos al eje o bien nclinado, siguiendo una hélice de ángulo determinado. 35 1
Fig. 20.20
de posicio-
Por consiguiente, si se corta la fresa según un plano transversal, perpendicular al eje de giro, cada diente aparece como una herramienta simple, perfectamente comparable a la de un torno, por citar un ejemplo . Los ángulos principales que se forman son (fig . 20 .21) : el de incidencia A, el ángulo del filo B y el ángulo de desprendimiento C. El afilado de estas fresas se reduce normalmente a las superficies de incidencia y de desprendimiento . 20 .5 .3 .1
Elección de la muela
Las muelas más usadas son: biseladas o bicónicas y muelas de plato para las caras de desprendimiento; de vaso o de copa cónica para las caras de incidencia y, en mucho menor medida, las planas y de disco por su cara curva.
Fig . 20.21
20 .5 .3 .2
Afilado de la cara de incidencia
Se emplea, como se ha dicho, una muela de vaso o de copa con su eje perpendicular' al de la fresa a afilar . El ángulo de incidencia puede obtenerse de dos maneras diferentes :
- Ajuste linea/. Se procede como en el caso de la fresa de tres cortes, ya explicado . La fresa, situada sobre un mandril entre puntos, se alinea con el centro de la muela. Después de colocar el apoyo de diente (fig . 20 .22) se baja el cabezal una distancia h y se apoya el diente de la fresa contra la lengüeta de tope . El afilado se efectúa dando pasadas longitudinales y avanzando con el carro transversal mientras que si los dientes son helicoidales, el apoyo del diente permite copiar la hélice manteniendo la fresa a tope con una ligera presión . - Ajuste angular. Se emplea el calibre de ángulo ya conocido y el apoyo de diente fijo al cabezal portamuelas (fig . 20 .23) . La fresa debe girar un ángulo igual al de incidencia previsto . En lugar de mover la fresa puede hacerse inclinando el cabezal portamuelas . Para ello, se alinean previamente los centros de la muela y de la fresa y se hace girar el eje de cabezal un ángulo A (fig . 20 .24) . Si por causas especiales hay que usar una muela plana por su cara curva se prepara un montaje con el diente de la fresa centrado en altura respecto al propio centro de la herramienta y el centro de la muela desplazado una distancia h, cuyo valor se calcula por la fórmula conocida (fig . 20 .25) . La cara curva de la muela origina un vaciado o superficie de incidencia curva que debilita el filo . Solamente en superficies de incidencia muy estrechas este defecto puede ser insignificante .
Fig. 20.22
Fig. 20.23
Fig. 20.24 ' 352
En realidad se inclina levemente el cabezal (1°) para que la muela no afile por su borde posterior .
20.5.3.3 Afilado de la cara de desprendimiento Hay que distinguir dos casos, según sea la forma del diente : dentado recto y dentado helicoidal . - Dentado recto. Pueden usarse muelas de plato, tanto por-su cara cónica como por la plana y las muelas biseladas . Si se trabaja con muela de plato por su cara plana hay que desplazar la fresa una distancia h (fig. 20.26), calculada en función del ángulo de desprendimiento . Si se trabaja con muela de plato por su cara cónica, el desplazamiento h es el mismo pero debe inclinarse el cabezal portamuelas para compensar el ángulo de la cara de ataque y dejarla perpendicular a la mesa (fig. 20.27) . También puede afilarse con la cara plana vertical y trabajando con la cara cónica (fig . 20.28) . En este caso, la arista del diente a afilar debe encontrarse a una distancia h del centro de la fresa, cuyo valor es: h=R-sen(a + C)1 El sistema de división puede realizarse con el cabezal o con el apoyo de diente según convenga .
Fig. 20.26
Fíg. 20.27
Fig. 20.28
- Dentado helicoidal. Las muelas empleadas son las bicónicas y las de plato, por su cara cónica . El cabezal portamuelas deberá girarse hasta que el eje de giro de la muela sea perpendicular a la hélice de la fresa . Los cálculos para el posicionamiento de la fresa (cota h) son idénticos a los desarrollados para el dentado recto . La división y copiado de la hélice se efectúan con ayuda del apoyo de diente y con la fresa montada entre puntos sobre un mandril, sin perro de arrastré (figura 20.29) . El copiado de la hélice puede realizarse con un dispositivo especial provisto de una regla patrón inclinarse, cuya posición se fija de acuerdo con el ángulo de inclinación de la hélice. Un palpador transmite a la fresa, montada en el hu sillo del aparato, el movimiento de giro necesario que se combina con el desplazamiento longitudinal del conjunto de la mesa .
20 .5.3.4
Ángulo de incidencia real y aparente
En las fresas de dientes helicoidales hay que tener en cuenta que, por efecto de la hélice del diente, el ángulo de incidencia puede medirse según dos planos; uno normal al eje de la fresa y el segundo, normal al filo del diente (fig . 20.30) . Debido a la forma de trabajar de la afiladora es preciso efectuar los cálculos para el desplazamiento h o el giro angular, con relación al ángulo de incidencia aparente . En consecuencia, interesa hallar una fórmula que relacione dicho ángulo de incidencia aparente A con el ángulo de incidencia real A, medido perpendicularmente al filo . 353 23.
Fig. 20.29 Afilado de una fresa cilíndrica helicoidal.
Tecnología 2 2
Máquinas Herramientas
Fig. 20.30
h
Si se observa la figura 20 .31 con los cortes esquemáticos del diente de una fresa helicoidal, según planos normal y radial, respectivamente, se pueden establecer las siguientes relaciones trigonométricas : tg A
= h ; m
h=m-tgA
;
tg A' =
m,
h= m'-tgA'
m - tgA=m'-tgA' Fig. 20.31
Ahora bien, en el triángulo rectángulo de catetos m, m,' que forman un ángulo ji igual a la inclinación del diente, se puede escribir : m' = m
cos
Sustituyendo m' por su valor : m-tg A=m
cos¡3
tg A = cos j3 - tg
tg A'
A'1
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 1
El ángulo de incidencia de los dientes de una fresa cilíndrica helicoidal debe ser de 8° Hallar el ángulo de incidencia aparente que servirá para el afilado de la herramienta . El ángulo de inclinación del diente es de 20° tgA=cos(3, -tgA' tg A = cos 20 0 - tg 80 = 0,9397 x 0,1405 = 0,13202 A=7°31' El ángulo hallado servirá para calcular el desplazamiento h o para dar el giro con el cabezal. El ángulo de incidencia real (8°) será el que tiene la cara de incidencia en dirección normal al diente . Los valores de las tablas se refieren siempre a los ángulos de incidencia real . 20 .5 .3 .5
Ángulo de desprendimiento real y ápárente
Lo que se ha dicho para el ángulo de incidencia se cumple igualmente para el de desprendimiento . Sin embargo, como en el afilado se inclina la mesa un ángulo igual al de la hélice, la muela afila el diente según la cara de desprendimiento original y por este motivo no es necesario efectuar corrección alguna . La relación que liga los ángulos de desprendimiento es homóloga a la anterior : tg C = cos P - tí cl 20 .5 .4
Afilado de fresas frontales
Son fresas cilíndricas de dos cortes, periférico y frontal respectivamente. El afilado de los dientes periféricos no presenta ninguna dificultad y puede considerarse idéntico al de las fresas cilíndricas . Estos dientes periféricos .efectúan el trabajo principal de arranque de viruta, mientras que los dientes frontales actúan como filos secundarios, si bien influyen notablemente en la calidad de la superficie . La cara de incidenga de los dientes frontales se afila con una muela de vaso o de copa con una inclinación de 1 ° hacia el centro . El montaje de la fresa se hace siempre sobre el cabezal divisor; si la fresa lleva agujero, se monta sobre 354
un mandril y, caso de ser una fresa de mango, se acopla ésta directamente en el asiento cónico del husillo del cabezal (fig . 20.32) . De este modo puede obtenerse fácilmente el ángulo de incidencia por inclinación del cabezal, así como la división del diente, que se efectúa por medio de los platos ranurados que lleva aquél.
Fig. 20.32 Afilado de la incidencia de los dientes frontales de una fresa cilíndrica de man go.
La cara de desprendimiento de los dientes frontales se afila con una muela de disco biselada, de diámetro no excesivo para que no dañe los dientes opuestos (fig . 20 .33) . El punto de confluencia dei filo frontal y el periférico conviene redondearlo con una piedra de suavizar. A veces es necesario realizar un verdadero redondeado con una muela de forma y la fresa montada entre puntos . 20.5.5
Afilado de sierras circulares
20.5.6
Afilado de fresas cónicas
Fig. 20.33 Afilado de las caras de desprendimiento de los dientes frontales de una fresa de mango.
Consiste en la preparación de los ángulos de incidencia y desprendimiento y en un eventual achaflanado lateral de los dientes . El afilado de estas herramientas en la máquina universal se realiza con muela de disco y la fresa montada entre puntos sobre un mandril . La división puede obtenerse con el cabezal divisor o bien utilizando una sierra nueva del mismo número de dientes, que actúa como patrón, y el apoyo de diente (fig . 20.34) . Si la sierra es de gran diámetro conviene emplear el montaje de la figura 20.35, en el que se observa el apoyo graduable para la herramienta . Se llaman fresas cónicas las que sirven para fresar superficies que forman entre sí un ángulo determinado, distinto de 90° . Tienen dos caras dentadas, siendo las más usuales las que su cara frontal es perpendicular al eje de giro y la cara periférica forma con ella gin ángulo agudo (60°, 75° . . .) ; son las llamadas fresas angulares o propiamente cónicas. También son muy corrientes las que tienen sus caras dentadas dispuestas como los lados de un triángulo, tanto iguales como desiguales, formando ángulos muy diversos; se llaman &cónicas .
Fig. 20.34 Afilado de una sierra circular, empleando otra sierra como patrón .
Dado que su principal característica es la medida angular, para que ésta se cumpla exactamente, las aristas cortantes deben ser generatrices del cono teórico de la fresa . Para conservar esta condición después del afilado es preciso que las superficies de desprendimiento se practiquen según planos radiales; es decir, con ángulo de desprendimiento nulo. En ciertos casos, se prefiere mejorar su capacidad de corte dándole ángulo de desprendimiento, en perjuicio de la precisión de la fresa. En este supuesto, se efectúa una corrección de posicionamiento para lograr la mayor exactitud posible . 20 .5.6.1
Elección de la muela
Para el afilado de la cara de desprendimiento (que muy raramente se realiza) se emplean muelas de plato . Para las caras de incidencia la mejor solución son las muelas de vaso o de copa, de diámetro medio o pequeño . 20.5.6.2
Montaje de la fresa
El tipo de fresa que nos ocupa se fabrica con agujero central por lo que, para ser afiladas, será preciso montarlas en un mandril de extremo cónico que pueda acoplarse al cabezal divisor . 355
Fig. 20.35 Afilado de una sierra circular de gran diámetro .
El montaje entre puntos no es posible en este caso porque para ello sería necesario girar la mesa de la afiladora valores angulares excesivos que superarían casi siempre las posibilidades de la máquina . Por esta razón, el montaje habitual de la fresa es al aire, con el cabezal divisor . 20 .5 .6 .3
Posicionamiento de la fresa y de la muela
Los problemas de posicionamiento se reducen al manejo del cabezal divisor universal a fin de obtener los ángulos de afilado necesario . Los casos más frecuentes que se presentan son: - Afilado de las caras de incidencia . Una vez montada la fresa en el cabezal, se procede a centrar el diente según el centro de la fresa . A continuación, se inclina el cabezal portamuelas el ángulo A que se desea obtener . Por su parte, el cabezal portafresas debe girar un ángulo a igual a la mitad del ángulo del cono de la fresa (fig . 20 .36) para colocarse en posición . Si la fresa es bicónica simétrica, se le da la vuelta para poder afilar el otro lado ; caso de no ser simétrica, se corregirá el ángulo de posición del cabezal portafresas . El afilado de las caras de incidencia de los dientes de la superficie frontal en las fresas cónicas se efectúa con el eje del cabezal divisor colocado verticalmente o mejor con una ligera inclinación (1°), para que el filo descienda de fuera hacia el centro, con objeto de mejorar el acabado superficial . - Afilado de las caras de desprendimiento. Como se ha dicho, no se afilan nunca a no ser que concurran muy raras circunstancias . En este caso, se emplearía una muela de plato por su cara cóncava. El diente que se afila se pone perpendicular al plano de la mesa y la muela perfectamente alineada con el centro de la fresa. Después, se inclina el cabezal divisor hasta que el fondo del vano del diente quede perfectamente horizontal (fig . 20 .37) . - Afilado de las caras de desprendimiento con valores de C 0 0. En las aristas cortantes no son generatrices ya que las caras de desprendimientoeste caso, han sido construidas desplazadas del centro . El diente que se afila estará desplazado una cota h (fig . 20 .38), en función del ángulo C y del diámetro D de la fresa. Hay que tener presente que si h no varía a lo largo del diente, al ser función del diámetro de la fresa, el valor del ángulo de no es constante, siendo menor en el punto correspondiente al diámetrodesprendimiento más pequeño . - Afilado de las caras de incidencia para ángulos de desprendimiento que girar la fresa hasta que el diente de referencia quede a una distancia h C 0 0. Hay del centro y afilar la fresa con un ángulo a' que no es el a que este mismo diente producirá al trabajar . Observando la figura 20 .39 se puede apreciar que los puntos B' y D, proyección de B y D, extremos del filo, determinan un ángulo a' distinto de a. El valor de á se calcula del siguiente modo : A FF ; cos C' = A E R r
cos C =
AF=R-cosC ; AE=r-cosC' EF=AF-AE ; EF=R - cosC-r-cosC' tga'=
GB
tg a' =
Fig. 20.37 Afilado de la cara de desprendimiento de una fresa cónica .
;
GD'=EF ; GB'=b
R - cosC-r-cosC' b
El ángulo de incidencia deseado se obtendrá inclinando el cabezal portamuelas un ángulo igual a la suma de aquél con la semisuma de los mencionados C y C Se comprende que siendo distintos C y C' el valor de la incidencia no es constante . Será mayor en el sector del diente en que el desprendimiento sea menor y viceversa. De todos modos, no podrá ser nunca inferior a 5 6 6° 20 .5 .6 .4
División del diente
La forma más geMÉralizada la constituyen los discos o platos dentados incorporados al cabezal portafresas, máxime al tratarse de herramientas de dientes fresados que ofrecen garantías suficientes en cuanto a la exactitud de la división . 356
Fig . 20.40 fig . 20.39
Puede emplearse el sistema conocido de división por tope de apoyo de diente pero no es lo usual. 20 .5.7 Afilado de fresas de dientes postizos las fresas de dientes postizos son fresas normales en las que por un procedimiento de sujeción mecánico o por soldadura les son acoplados dientes postizos, normalmente constituidos por plaquitas de metal duro . Las normas generales de afilado son idénticas a las fresas convencionales . En todo caso, varían las muelas empleadas si los dientes postizos son de metal duro porque, de darse esta circunstancia, el abrasivo debe ser diamante . Afilado de platos de cuchillas Los platos de cuchillas pueden considerarse como una variedad de fresas cilíndrico-frontales, provistos de dientes postizos y destinados a planear grandes superficies con rendimientos máximos . Los primeros platos de cuchillas fueron cilindros de acero que en unas ranuras periféricas llevaban, sujetas por tornillos, auténticas herramientas, comparables a las del torno, con plaquita de metal duro soldada . Últimamente se están imponiendo las platos de plaquitas recambiables de sujeción mecánica y que no necesitan afilarse. Cuando el filo está gastado, se saca la plaquita y se la vuelve a situar, presentando otra cara de corte que ocupa exactamente la misma posición que la anterior y así sucesivamente, hasta agotar todos los filos . Los platos de cuchillas de metal duro se afilan, como es sabido, con muela de diamante. La primera norma de afilado consiste en trabajar las cuchillas montadas en el plato y no sueltas, como si de herramientas independientes se tratara. Ello es imprescindible para garantizar el posicionamiento idéntico de todas las aristas cortantes, tanto en altura como en distancia radial al eje de giro. El afilado se realiza montando el plato en el cabezal universal y la división se efectúa con ayuda de un apoyo de diente con ajuste micrométrico . Los platos de gran diámetro suelen apoyarse sobre la mesa, con un utillaje especial que los mantiene con el eje vertical y todos los ángulos se obtienen inclinando el cabezal portamuelas (fig . 20.40) . 20.5.8
35 7
Afilado de un plato de cuchillas de gran diámetro .
La técnica de afilado consiste en la obtención de un ángulo determinado del filo y en la reproducción exacta de dicho ángulo en cada cuchilla, por medio del giro de la fresa y el apoyo de diente (fig. 20.41) . Siendo el del ángulo afilado función de la posición de la cuchilla, se comprende la valor gran importancia que tiene la exactitud de la división . Las superficies que se afilan ordinariamente son la de las de incidencia, principal y secundaria y los chaflanes o radiosdesprendimiento, del corte principal . La superficie de desprendimiento se afila en primer lugar apoyado en el propio diente o en el anterior, según convenga . con el divisor Los chaflanes del corte principal son muy útiles en trabajos de gran baste, aunque para conseguir un planeado de calidad conviene redondeardesel filo en lugar de chaflanarlo . El sentido de rotación de la muela es siempre contra el filo. En algunos casos, pese a lo dicho, pueden emplearse muelas de carborúndum .
r
Fig. 20.41 División exacta del afilado de un plato de cuchillas mediante el apoyo de diente de regulación micrométrica .
20.6
Fig. 20.43 Afilado del cono de entrada de un escariador de máquina .
Afilado de escariadores
Los escariadores no deben afilarse por su cara cilíndrica están concebidos para repasar orificios de diámetros determinados y elporque afilado les haría perder la exactitud de la medida . Un escariador presenta el aspecto de la figura 20.42 . distinguirse el cono de entrada, destinado a eliminar el material sobrante Puede y la guía, para mantener la alineación y garantizar la perfección geométrica y la calidad superficial del orificio repasado .
Fig . 20.42 Configuración de los filos de un escariador.
En la zona de entrada, el ángulo de desprendimiento parte directamente del filo, mientras que en toda la guía se conserva una faja cilíndrica muy estrecha (de 0,1 a 0,4 mm) que determina el diámetro nominal del escariador. El afilado de un escariador se efectúa básicamente sobre el cono de entrada. En los escariadores de máquina basta repasar el cono a 45° ; los escariadores manuales llevan un pequeño chaflán a 45° y, a continuación, un cono largo de 2-3'. Este afilado se realiza con muela de vaso o copa cónica (fig . 20.43) con el escariador acoplado al cono de soporte divisor y a veces entre puntos . Si el filo de la zona de guía está deteriorado, puede hacerse un ligero afilado de la cara de desprendimiento, como si se tratara de una fresa cilíndrica de dentado recto o helicoidal . 20 .7
20.44 Broca helicoidal. Di'mensiones y ángulos principales.
Afilado de brocas
La broca más usada es la helicoidal (fig . 20 .44) . A lo largo de la caña lleva dos ranuras en forma de hélice que configuran de entrada el ángulo dimiento C, por lo cuy este ángulo permanece invariable después de desprenEl desgaste aparece, en primer lugar, sobre los filos principales del afilado. derse a las esquinas de los filos . Llegado a este punto, el reafilado para extendeberá con358
sumir una notable cantidad de material de la herramienta que todavía será mayor si, además, se estropean las fajas de guía próximas a la punta . El afilado se realiza únicamente por las caras de incidencia, cuyo ángulo toma un valor en consonancia con el material que se taladra. Para ello, la afiladora universal dispone de un dispositivo que permite efectuar los movimientos combinados que se necesitan para el afilado (fig . 20 .45) . Como la superficie de incidencia es parte de una superficie cónica, la oscila ción para obtener el ángulo debe realizarse alrededor del eje de este cono . Dicho ángulo de incidencia resulta de la altura del eje de la broca respecto al del cono, de modo que, sí varía aquélla, varía también el ángulo construido . superficie de incidencia
Fig. 20.45
Afilado racional de una broca .
El ángulo de punta se obtiene inclinando más o menos el soporte que sostiene la broca . Con este método, los ángulos de incidencia van haciéndose mayores a medida que se acercan al centro de la broca, como procede (fig . 20 .46) . La longitud de los labios y los ángulos de la broca se verifican con galgas especiales (fig . 20 .47) . Los labios de corte deben, tener igual inclinación y longitud para que el taladrado sea concéntrico y equilibrado . El ángulo de punta debe valer normalmente 118° puesto que se ha comprobado que es el más eficaz para los trabajos habituales .
Fig. 20.47 Verificación de los ángulos de la broca : A, ángulo del labio y su longitud,- B, ángulos de la punta, incidencia y transversal.
Por otro lado conviene adelgazar el filo transversal a medida que el núcleo va haciéndose mayor, conforme se acerca al mango de la broca (por razones de resistencia) ; su valor debe ser del 7 al 8 % del diámetro de la broca . Con ello se reduce en un 50 % la presión de taladrado y se puede aumentar la velocidad ya que el momento de torsión es menor . CUESTIONARIO 20 .1 20.2 20 .3 20 .4 20 .5
Objeto del afilado. Proceso de desgaste que se observa en una herramienta . Descripción de los órganos principales de la afiladora universal. Afilado de fresas destalonadas . Forma de dar la profundidad de pasada . 359
Fig. 20.46 Disposición de las superficies de incidencia .
20.6 20.7 20.8 20.9 20.10 20.11 20.12 20.13 20.14 20.15 20.16 Fig. 20.48
Afilado de fresas-madre . Comprobación a realizar después del afilado de fresas de módulo . Obtención del ángulo de incidencia en el afilado de fresas de tres cortes . Afilado de fresas cilíndricas . Tipos de muela adecuados . Sistemas de división empleados en el de fresas cilíndricas . Afilado de los filos periféricos de una rectificado fresa cónica. Afilado de platos de cuchillas . Afilado de escariadores . Proceso de desgaste de los filos de corte de las brocas. Obtención racional de las caras de incidencia en el afilado de brocas .
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 1 Calcular el desplazamiento h del cabezal (fig. 20.48) que debe efectuarse para poder afilar un ángulo de incidencia de portamuelas 10° . El diámetro de la fresa de tres cortes en cuestión es de 100 mm . Problema 2 Se supone que un escariador cilíndrico de dientes rectos debe reafilarse por su cara de incidencia (fig. 20.49) . Para ello se dispone de una muela de plato, cuyo ángulo a = 15° que trabaja por su cara convexa . el desplazamiento h necesario para obtener un ángulo de desprendimiento C = Calcular 5°. El diámetro del escariador es de 30 mm .
Tema 21 . Proceso de rectificado y afilado
OBJETIVOS -- Estudiar algunos procesos de rectificado y afilado característicos, con indicación de las operaciones a realizar, los utillajes, accesorios, aparatos de verificación y las muelas empleadas en cada ocasión.
EXPOSICIÓN DEL TEMA Este tema se dedica íntegramente al estudio de algunos procesos de trabajo que se refieren a las máquinas esmeriladoras estudiadas, con objeto de dar al alumno una visión concreta de las posibilidades de mecanizado que aquéllas poseen . Para ello, y como condición previa, es preciso repasar algunos conceptos básicos a los que se hace referencia aquí, por cuyo motivo conviene tener a la vista la Tecnología Mecánica 2.1 de Máquinas Herramientas, en cuyo tema 15 están explicados . 21 .1
Rectificado de una regla prismática en la rectificadora plana frontal
El primer ejemplo se refiere .al proceso de rectificado de una regla (fig. 21 .1) . Previamente se ha mecanizado en la fresadora una pieza prismática con demasías de material que deberán eliminarse en las operaciones de rectificado . La pieza se coloca en el plato magnético, procurando que quede bien asentada, y se rectifica una de sus caras. Después, se apoya por una cara perpendicular a la anteriormente mecanizada y se rectifica a su vez la (2), controlando que quede bien a escuadra respecto a la cara (1) . Con la pieza apoyada por la primera cara se puede obtener la superficie opuesta con garantía de paralelismo . Para ello hay que asegurar un contacto firme de la regla con el plato en toda su longitud, puesto que, si se apoyara por sus extremos, la parte central de la regla cedería bajo la presión de la muela y el paralelismo no sería perfecto . Esto se controla, por ejemplo, con una sonda de espesores . Finalmente, repitiendo los mismos pasos, se rectifica la cuarta cara de la regla . La muela empleada es de vaso enteriza y sus características, según el trabajo y el material (se supone que es F = 1140) son : Grano 36, Grado L, Estructura 4, Abrasivo A (corindón) . 21 .2
Rectificado de una regla de sección L en la rectificadora tangencia¡
La regla en cuestión se mecaniza previamente en la fresadora o en la timadora, dejando 0,15 mm de demasía en cada cara que deba rectificarse . 361
FORMACION PROFESIONAL Escala
Material F-1140
Hoja ele proceso Dimensiones en bruto
Hoja n"
I
1
Denominación Regla prismática
N7
~
Fase 2
I
Máquina RF
N" de pieza 30/30 .25.130
N9
130__
30
no dejar aristas vivos
4
SF. OP. 11
Montaje de la muela
12
Repasado de la muela
13
Colocación de la pieza en el plato magnético Rectificado de la cara 1
14
2
21
4
útil Herramienta
Verificación
Muela de vaso 150 W x 70 Útil portadiamante Sonda de Plato profundidad magnético Palmer
Dar la vuelta a la pieza y apoyarla por la cara 4 Rectificar cara 2. Control de perpendicularidad
Sonda de profundidad Palmer Escuadra
31
Apoyar la pieza por la cara 1
32
Rectificar la cara 3 y controlar paralelismo con 1 y perpendicularidad con 2
Sonda de profundidad Palmer Escuadra
41
Apoyar la regla por la cara 2
Sonda de profundidad
42
Rectificar la última cara lateral (4) . Comprobar paralelismo con 2 y perpendicularidad con 1y3
Palmer Escuadra
22
3
Designación
N.° V pasada, m/s
n .m . r . p
a
mmlminl
p mm
4-2
23
2800
9000 0,025-0
4-2
23
2800
9000 0,025-0
2800
9000 0,025-0
2800
9000 0,025-0
4-2
4-2
23
0
Em h
Se instala seguidamente un utillaje de fijación (fig . 21 .2) en forma de regla en U, provisto de tornillos, sobre el plato magnético de la máquina y se fija la regla a mecanizar en él . Previo reavivado de la cara tangencial de la muela, se rectifica la cara (1) que servirá de base para el rectificado de la superficie (3) en su momento . En el mismo utillaje se rectifica la base (3), teniendo presente que debe ser perpendicular a la cara (1) . A continuación, se retira el utillaje empleado y se pone la pieza directamente sobre el plato magnético para el rectificado de las caras interiores. Para ello, se sitúa la regla contra el borde del plato magnético, que debe estar limpio y des provisto de rebabas, para conseguir que la cara (5) quede paralela a la (3) . El borde del plato suele estar constituido por una regla atornillada a él que sirve de referencia en casos como éste. Sin embargo, conviene no fiarse y verificar la alineación de (5) con ayuda del comparador . No hace falta decir que la base (1) estará perfectamente adherida a la superficie del plato . Seguidamente, se hace descender la muela en sentido vertical, de modo que el espesor del ala sea casi el exigido, dando pasadas en dirección longitudinal . Al llegar al nivel de la cara (6) se continúa penetrando sin mover la muela transversalmente, porque su espesor es superior al ancho de trabajo necesario . Cuando se ha alcanzado casi la cota de 30 mm se vuelve a subir la muela y se rectifica cuidadosamente la periferia y el lateral de la misma, para que estén bien perpendiculares entre sí. Después se elimina el sobrante de la cara (5), haciendo que la muela trabaje lateralmente, a la vez que se penetra sobre la superficie (6) hasta que se llega a la medida conveniente . En lugar de la muela plano-cilíndrica empleada puede utilizarse otra muela con biselado lateral hacia el interior . Asimismo, si no conviene que sean visibles las marcas cruzadas características sobre la cara interior (5), debe hacerse el rectificado independiente de las caras (5) y (6), trabajando únicamente con la superficie periférica de la muela . El material de la regla es acero de cementación F-1516 y la muela mide 250 x 40 y sus especificaciones son : Grano 60, Grado 1, Estructura 4, Abrasivo (A) . 21 .3
Rectificado de una cuña en la rectificadora tangencial (fig . 21 .3)
Este ejemplo pretende explicar el procedimiento a seguir para el rectificado de un plano inclinado . Ya se dijo en el tema correspondiente que algunas rectificadoras tangenciales tenían un cabezal inclinable al que se adaptaba una muela de vaso o de copa, destinado a la rectificación de superficies angulares. En este caso, se supone que dicho cabezal no existe y que la inclinación de la cara cónica debe obtenerse por otros procedimientos . Para ello puede emplearse una mordaza inclinable, una mesa inclinable, un utillaje con un plano inclinado para situar encima del plato magnético, etc . En nuestro caso, se empleará un dispositivo de la máxima precisión como es la mesa de senos . Es un aparato basado en la regla de senos, ya conocida, que consta de una base y una plataforma inclinable que se articula sobre un centro fijo . La altura del otro extremo de dicha plataforma puede ajustarse finamente por medio de calas, sobre las que se apoya un rodillo que dista de la articulación una cota exacta, conocida de antemano . De este modo, se obtiene un triángulo rectángulo de hipotenusa fija y cuyo ángulo a es el propio de la superficie a rectificar respecto al plano horizontal. El cateto h se calcula por medio de la sencilla fórmula h = d - sen a y puede construirse sin dificultad con una colección de calas. El rectificado de las caras laterales de la cuña no ofrece ninguna dificultad y su proceso no se comenta aquí. Una vez obtenidas, se instala sobre la mesa de la máquina el aparato descrito y se fija la pieza sobre él por medio de tor nillos . Si en otro caso esto no fuera posible, se recurre a bridas o a cualquier otro método que no ofrezca ningún impedimento a la acción de la muela . Se supone que la distancia entre centros de la mesa de senos es de 150,000 milímetros y que el ángulo de la cuña es de 15° . La cota h desconocida valdrá : h=d-sena ; h=150x0,2588=38,82 mm Esta medida se compondrá tal como se ha dicho, a base de una combinación de calas o bloques patrón . 363
Hoja
FORMACION ROFESIONAL f f
Escala
F-1516
l
I
SF.
Material
OP.
Dimensiones en bruto
Designación
11
Montaje de la muela
12
Repasado de la muela
13 14
Instalación del utillaje y montaje de la regla Rectificado de la cara 1
21
Girar la pieza
de proceso Denominación Regla de guía
Croquis
Útil Herramienta
I
FT
N° de pieza RG/12 50 400
n r.p .m.
Regla útil
Micrómetro
6-2-2
30
2300
Comparador Micrómetro Escuadra
6-2-2
30
1200 0,02800 0,015-q
6-2-2
30
1200 0,02800 0,015-0
6-2-2
30
1200 0,02800 0,015-0
30
1200 800
Retirar utillaje
32
Apoyar regla sobre el plato magnético por la cara 1 Rectificar la cara 3 . Comprobar la perpendicularidad con 2 y el paralelismo con 1
Sonda de profund . Micrómetro Escuadra
Girar la pieza . Apoyarla por la cara 2 Rectificar la cara 6 . Comprobar la perpendicularidad con 1 y 3 y el paralelismo con 2
Sonda de profundidad Micrómetro Escuadra
51
Situar la pieza sobre el plato haciendo tope contra el borde . Verificar, no obstante, la alineación de la regla
Comparador
52
Rectificar las caras 4 y 5. Vérificar la perpendicularidad y el paralelismo
42
Máquina
3
N.° V asada mls
Verificación
31
41
Fase
a
mmlmln
p mm
á
Muela plana 250 x 40 Útil portadiamante Plato magn . Comparador
Rectificar cara 2 . Comprobar perpendicularidad con 1
33
Hoja n' 1
útil diamantado
Sonda de profundidad Micrómetro Escuadra
1200 I 0,02800 0,015-0
N N
2
3
4
5
11
Montaje de la muela
12
Repasado de la muela
13
Situar la cuña apoyada por la cara 1 sobre el plato magnética . Emplear cuña suplementaria
14
Rectificar la cara 4
21
Dar la vuelta a la pieza
22
Rectificar la cara 1 . Comprobar paralelismo con 4
31
Instalar escuadra sobre el plato magnético . Fijar la pieza con ayuda de tornillos, aprovechando los taladros que lleva
32
Rectificar cara 5. perpendicularidad
41
777777
0,020,015-0
6-2-2
30
2300
1200 10,02800 ,p,015-0
Escuadra Mícrómetro
6-2-2
30
2300
1200 0,02800 0,015-0
Escuadra Micrómetro
6-2-2
30
Escuadra Reglas
Comprobar ,0 1
awy .02.
Colocar la pieza sobre el plato magnético Rectificar cara 3 . Comprobar perpendicularidad y paralelismo
Reglas
51
Instalar una mesa de senos . Colocar el ángulo necesario con ayuda de calas
Mesa de senos
52
Colocar la pieza sobre la mesa de senos, sujeta con tornillos
Calas
53
Rectificar superficie 2. Comprobar el ángulo cuña
Goniómetro Escuadra Micrómetro
de
la
El material de la cuña es acero F-1280, templado y revenido. Las especificaciones de la muela pueden ser las mismas que las del ejemplo anterior . 21 .4
Rectificado de precisión de una pieza cilíndrica
Se supone que la pieza en cuestión (fig . 21 .4) debe servir de patrón para determinadas comprobaciones y se exige que su diámetro sea muy preciso pero, sobre todo, se hace hincapié en su cilindricidad y en la coaxialidad sus puntos con la superficie cilíndrica . Asimismo, la calidad superficial de de la parte rectificada debe ser muy elevada . El material del cilindro es acero F-5211 templado y revenido . Aunque se trata de un acero indeformable es conveniente repasar los puntos ya que éstos serán la base del rectificado. Para ello se emplea una pequeña muela de mango, sujeta con una pinza en el aparato de rectificar interiores, y que, previamente ; ha sido repasado con un útil portadiamante que puede seguir una trayectoria oblicua, dejando la muela con el ángulo exacto . También deben controlarse los puntos de la máquina para comprobar si están en perfectas condiciones . Si no es así, se rectifican igualmente con la propia muela del cabezal . La pieza se coloca entre puntos y se sujeta con una brida de La salida de la muela se regulará de tal modo que, por un lado, no arrastre. sobresalga más de la mitad de su espesor y, por el otro, no choque contra la brida y tenga salida suficiente. Seguidamente se efectúa una pequeña penetración por cada extremo con la misma profundidad de pasada y se controla el diámetro obtenido en cada caso . Si el resultado no es idéntico hay que realizar la corrección, ya conocida, inclinando levemente la plataforma superior de la mesa hasta que se alcancen los resultados deseados . A partir de este momento se puede empezar el verdadero rectificado, que puede dividirse en dos fases : desbaste y acabado . En el acabado, la penetración y el avance lateral deben ser mínimos, refrigerando con abundancia y vigilando atentamente que no se caliente la pieza en exceso . El control del diámetro se realiza con un micrómetro de exteriores, desmontar la pieza . Cuando se llegue a la medida correcta, se darán varias sin sadas de chispeo, hasta que se extingan las chispas, con objeto de lograrpala máxima calidad superficial y eliminar los pequeños errores geométricos que puedan existir . La muela empleada mide 300 x 40 y es del tipo plano-cilíndrico . Sus características son : Abrasivo A, Grano 80, Grado M, Estructura 4. 21 .5
Rectificado de un punto de torno
Se trata de rectificar la superficie lateral de un punto de torno compuesta por el cono de punta (60°), un tramo cilíndrico y el cono de acoplamiento, en este caso un cono Morse n° 4 (fig . 21 .5) . La pieza se mecaniza previamente en el torno, entre puntos . Para ello, se construye, en el extremo de la punta cónica una especie de tetón en donde se mecaniza el punto necesario y que, al finalizar el mecanizado, se podrá eliminar fácilmente. Una vez templada y revenida, la pieza se monta entre puntos y se rectifica la faja cilíndrica . Como su anchura es pequeña, el rectificado puede efectuarse por penetración radial (plongée) . A continuación, se inclina la plataforma de la mesa un ángulo de 1 ° 29' 14" correspondiente a la inclinación del cono Morse n° 4. Para ello se monta entre puntos un cono patrón del mismo número y, con ayuda de un comparador centesimal, se sitúa la plataforma giratoria, haciendo mover la mesa en dirección longitudinal, hasta que la aguja del reloj permanezca inmóvil de un extremo a otro del patrón. Después se vuelve a colocar la pieza y se empieza el rectificado del cono. Si no se tiene cono patrón puede realizarse igualmente el giro de la mesa por medio del dispositivo que lleva la propia máquina ; sólo hay que calcular el desplazamiento necesa o (ver 18.6) . Acabado el rectificado del cono Morse se monta la pieza en el cabezal de la rectificadora con ayuda de un manguito de reducción o bien directamente, 366
FORMACION PROFESIONAL Escala
I
Hoja de proceso
Material
Dimensiones en bruto
Hoja n°
Denominación
F-5211
I
1
(
NS
250
Fase 3
I
Máquina RU
N' de pieza 30/03 .250 .35
N5
punto de centrado A 5 DIN 332 N Ó 00
SF 1
2
3
4
5
DP.
l
Designación
Croquis
Útü Herramienta
11
Montar plato de garras en el cabezal
Plato de garras
12
Fijar pieza
13 14
Montar muela cónica de mango en la pinza del aparato de interiores Repasar punto
Muela cónica M .7 15 x 20 Útil de repasar
21
Invertir la pieza
22
Repasar el otro punto
31
Montar plato zal y punto
32
Colocar contrapunta
33 34
Verificar los conos de los puntos Instalar la pieza entre puntos
35
Repasar muela
36
Efectuar penetración de ensayo en ambos extremos
37
Controlar diámetros obtenidos y efectuar correcciones, si procede
41
Colocar topes de recorrido en posición
42
Colocar avances de trabajo con parada automática y pasadas de chispeo
liso
en el cabe-
Verificación
No V n a p pasada mlmin r.p .m. mmimin mm
15
20000
15
20 000
Galga
Plato liso Brida Puntos Muela plana 300 x 40 Comparador Util de repasar
Micrómetro
43
Rectificar superficie 1
Micrómetro
51
Controlar diámetros y tolerancias exigidas en un banco de centrar
Banco de centrar Comparador
0,25 (pieza) 1780 6-3-3 28 (muela)
1200 0,02 800 0,005-0
a °
FORMACION PROFESIONAL Escala
Material
Hoja de proceso Dimensiones en bruto
Denominación Punto de torno
SF.
I Op.
Designación
1
11
Montar plato liso y contrapunta
12
Colocar pieza entrepuntos
13
Verificar salto máximo
14
Repasar muela del cabezal
15
Rectificar en plongeé el tramo cilíndrico. Controlar diámetro
21
Inclinar mesa . Controlar inclinación con ayuda de un cono patrón y un comparador
22
Colocar topes y seleccionar avance
23
Rectificar superficie cónica 2. Verificar cono con calibre patrón o galga
31
Colocar punto en el husillo del cabezal
32
Eliminar tetón de la punta . (Se puede hacer en la electroesmeriladora)
33
Inclinar cabezal con ayuda del cono patrón y un comparador
Cono Patrón
34
Repasar la muela
35
Rectificar el cono delantero 3 . Controlar el ángulo con galga o goniómetro
útil de repasar
2
3
Hoja n° 1
Croquis
Útil Herramienta Plato liso Puntos Brida de arrastre
Verificación
Máquina RU
N" de pieza 30/06 CM 4
No n pasada mlmin r.p .m.
mmlmin
p
mm
Comparador
útil de repasar Muela plana Micrómetro 300 x 40 Cono patrón
Fase 3
0,25 (pieza) 28 1780 (muela)
Comparador
Calibre
0,25 6-3-3 (pieza) 1780 28 (muela)
Comparador
Galga
0,25 (pieza) 1780 28 (muela)
1200 0,02800 0,005-~
0 mÉ ti
Hoja de proceso
FORMACION PROFESIONAL Escala
Material
Dimensiones en bruto
2
0p.1
Designación
11
Montar plato de garras
12
Colocar casquillo . Centrar
13
Abatir aparato de interiores
14
Colocar muela
15
Repasar muela
16
Colocar topes
17
Rectificar orificio (1) . Controlar diámetro
21
Colocar pieza en mandril de expansión Repasar muela
22 23
Seleccionar avances y colocar topes
24
Rectificar superficie exterior (2) . Controlar el diámetro
1
Denominación
F-15'22
SF.
Hoja n°
I Herramienta I Ubi
Plato de garras
Verificación
Máquina RU
N' de pieza
Casquillo guía
Croquis
Fase 3
30104.40.64 .45
V n I,oasadal mlmin r.p.m . N0.
mmlmin
a
p mm
1400 1000
0,0150,01-0
1200 800
0,020,01-0
Comparador
útil de repasar Muela cilíndr . 25 x 32 Micrómetro
Mandril extensible útil de repasar
0,16 (pieza) 10-5-0 12 9000 (muela)
Comparador
0,25 (pieza) Micrómetro
8-4-0
28 1780 (muela)
I: ti
si coincide el número del cono . Se inclina el cabezal un ángulo de 30° (semiángulo del cono) y se rectifica con el cabezal de exteriores . Para mayor facilidad conviene eliminar antes el tetón que ha servido para el mecanizado entrepuntos . Como la pieza está templada, puede hacerse en una tronzadora con disco abrasivo o en la electroesmeriladora . El control del cono Morse se hace con calibre patrón o bien con galga de reloj que mide la semidiferencia de diámetros . El cono de punta se verifica con una galga o goniómetro . La muela usada es del tipo plano y mide 300 x 40 . Sus características más notables son : Grano 60, Grado K, Abrasivo A . El material de la pieza es acero F-5118 . 21 .6
Rectificado de un casquillo en la rectificadora universal
Se trata de un ejemplo de rectificado interior y exterior en la rectificadora universal. Como los dos diámetros deben ser perfectamente concéntricos y el rectificado exterior sería difícil sin sujetar la pieza en un mandril, primeramente se realizará el mecanizado del interior del casquillo . La pieza templada y revenida, con las demasías necesarias previstas en el torneado, se fija en el plato universal del cabezal portapiezas (fig . 21 .6) . El centrado se efectúa con un comparador de palpador largo apoyado en la superficie interior del casquillo . Cuando está centrado satisfactoriamente, se aprietan las garras del plato aunque no en exceso (si las paredes fueran delgadas, hay grave riesgo de deformar la pieza) . El rectificado interior se efectúa con el aparato de que dispone la máquina, provisto de muela cilíndrica de pequeño diámetro . Este tipo de muelas se desgasta con rapidez y, en consecuencia, hay que rectificarla con frecuencia con el útil diamantado . El diámetro del orificio puede verificarse con el alexómetro, el palmer de interiores con cabeza de tres apoyos (/micro-Tesa) y, finalmente con un calibre tampón pasa-no pasa . Terminado el rectificado interior, se introduce la pieza en un mandril de expansión o similar y se coloca al aire, en el cabezal portapiezas. Seguidamente, se rectifica la superficie cilíndrica exterior siguiendo los pasos ya conocidos . El material de la pieza es acero de cementación F-1522 . La muela cilíndrica para interiores mide 25 x 32 y sus especificaciones son : Grano 60, Grado K, Abrasivo A. La muela para exteriores es plana, de 300 x 40, Grano 60, Grado !, Estructura 4, Abrasivo A. 21 .7
Afilado de una fresa de módulo en la afiladora universal
La fresa se introduce en un mandril (fig . 21 .7) y se coloca directamente en el cabezal divisor, al aire . La alineación del diente de la fresa se consigue con ayuda de una escuadra, haciendo que dos dientes diametralmente opuestos se apoyen por su cara de desprendimiento sobre el brazo vertical de la escuadra (se supone que la fresa tiene un número par de dientes) . Por su parte, la muela de plato escogida debe trabajar por su cara plana y, en consecuencia, ésta deberá ser perpendicular a la mesa de la máquina . Para asegurar esta condición se repasa dicha cara con el útil diamantado, moviendo verticalmente el cabezal portamuelas. Terminadas estas operaciones, se fija la posición de la fresa y se procede a colocar el apoyo del diente, de modo que su lengüeta apoye por detrás el diente que se afila . El afilado se realiza dando breves pasadas longitudinales sobre la cara de desprendimiento . La profundidad de pasada depende de) dispositivo micrométrico del apoyo del diente que al propio tiempo garantiza la división . Primera mente se da un desbaste ligero (se trata de eliminar el menor material posible) a todos los dientes. El paso de uno a otro se realiza manualmente, girando la fresa y apoyando la cara dorsal contra la lengüeta de tope, que permanece inmóvil. Después del desbastado se da una pasada de acabado bien fina a todos los dientes . Una vez afilada, la -fresa se somete a un control para determinar la posición correcta de la superficie de desprendimiento, los errores de división, si los hay, y la concentricidad de los extremos del filo . La muela de plato empleada es de corindón y tiene un Grano 60 y un Grado M. 370
Hoja de proceso
FORMACION PROFESIONAL Escala
Material
Dimensiones en bruto
Designación
Montar muela Repasar muela Colocar fresa en mandril al aire Centrar fresa . Alinear la cara plana de la muela con el primer diente 15
Colocar apoyo del diente con regulación micrométrica
21
Afilar cara de desprendimiento de primer diente . C = 0
22
Efectuar división con giro manual de la fresa y con tope en el apoyo de diente
23
Afilar el 2" diente y as( sucesivamente hasta completar la pasada de desbaste
3
31
Efectuar pasada suave de acabado
4
41
Verificar la posición de la superficie de desprendimiento y la concentricidad del filo
2
1
Fase
Máquina
1
AFU
Denominación
Acero rápido
SF. IOP1-
Hoja n°
N° de pieza
Fresa de módulo
Croquis
útil Herramienta
I
N.° V n Verificación (pasada mlmín r.p .m.
I
Muela de plato 125 x 14 Útil de repasar Mandril
Escuadra
Soporte y lengüeta de apoyo 25
Galga
3800
I
a mm
Hoja de proceso
FORM ACION PROFE SIONAL Escala
SF.
2
H
Material Acero rápido
Dimensiones en bruto
Designación
Denominación Fresa de tres cortes
Croquis
11
Montar muela de copa
12
Repasar muela
13
Montar fresa en mandril al aire
14
Centrar la muela
15
Colocar apoyo de diente
21
Afilar cara de incidencia del primer diente
22
Efectuar cambio de diente con rotación manual
23
Afilar segundo diente y as( sucesivamente hasta completar el desbastado
Máquina AFU
útil Herramienta
i"_' -Je pieza
N V n Verificación pasad mlmin r, p, m .
p
j
fF?,r13
[M_,M
0
É
Muela de copa 125 x 45 Útil de repasar Mandril Escuadra Soporte y lengüeta de apoyo 25
Efectuar pasada suave de acabado 41 ¡Verificar ángulo, posición concentricidad del diente
y
Galga Utillaje especial
00
N
21 .8
Afilado de la cara de incidencia de una fresa de tres cortes
La fresa .en cuestión (fig . 21 .8) se monta en un mandril y éste, a su vez, se introduce en un alojamiento cónico del cabezal divisor . Con ayuda de un reloj comparador se centra la fresa, para que el filo sea concéntrico y paralelo al eje de rotación . Seguidamente se alinean los centros de la muela y la fresa, empleando los calibres que para este menester lleva la máquina . Después se baja el cabezal portamuelas una cota h (ver 20 .5 .2 .1) y luego, con la mano, se gira la herramienta hasta que el diente de referencia se apoya en el calibre del cabezal. Hecho esto, se puede colocar el apoyo del diente de forma que la lengüeta haga tope en la cara de desprendimiento del diente citado . Si se supone que la fresa que debe afilarse mide 120 mm de diámetro y debe tener una incidencia de 8°, la distancia h valdrá : h = R - sen A ; h = 60 - 0,1392 = 8,35 mm El afilado se efectúa con la cara plana de una muela de copa perpendicular a la mesa de la máquina,' por cuyo motivo debe rectificarse previamente con el útil diamantado . Las pasadas de afilado se dan con la mesa longitudinal . La profundidad de pasada se toma con el carro transversal . Una vez afilado un diente se pasa al siguiente, moviendo la fresa a mano y se da la pasada sin modificar la profun didad de la misma. Como se ve, la división la proporciona el apoyo del diente contra cuya lengüeta debe empujarse la fresa. Después del afilado se controla la inclinación del filo, la concentricidad y el valor del ángulo de incidencia . Las dos primeras variables se pueden controlar con un comparador y la tercera requiere el empleo de una galga especial . La muela utilizada es de copa cónica y tiene las mismas características que la del ejemplo anterior .
EJERCICIOS A REALIZAR Problema 1
Estudiar el proceso de rectificado de un calzo de una sola abertura en V en la rectificadora tangenciaL Determinar las medidas de la pieza y las operaciones a seguir en una hoja al efecto . Problema 2
Idear el proceso de rectificado de una pieza cilíndrica entre puntos con .tres diámetros de diferente valor . Problema 3
Realizar el proceso de rectificado de un mandril portafresas de cono ¡SO. Problema 4
Describir el proceso de afilado del ángulo de incidencia de los dientes periféricos de una fresa cilíndrica de dentado recto .
Bibliografía
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