PROCESOS DE FRESADO

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Procesos de Fresado

El fresado es el método de mecanizado más flexible que existe ya que permite crear prácticamente cualquier tipo de forma en la pieza. Como contrapartida a esta flexibilidad, el proceso implica muchas variables, y por ello es el proceso más difícil de optimizar

¡Vamos!

Índice

Operaciones de fresado

La fresadora

Tipos y componentes de las máquinas fresadoras.

Debes conocer

Definiciones y conceptos.

Quiz

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Bibliografía

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Tema 3

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Debes conocer

Definiciones y conceptos necesarios.

El fresado.

Se denomina FRESADO al mecanizado realizado por arranque de viruta mediante una herramienta circular de cortes múltiples, llamada FRESA , en una máquina-herramienta denominada FRESADORA.El fresado es el método de mecanizado más flexible que existe ya que permite crear prácticamente cualquier tipo de forma en la pieza. Como contrapartida a esta flexibilidad, el proceso implica muchas variables, y por ello es el proceso más difícil de optimizar. En la FRESADORA, la herramienta tiene un movimiento circular de rotación sobre su propio eje y la pieza un movimiento lineal.

Las superficies que genera.

Superficies planas. Superficies con paredes a 90º (superficies escuadradas). Ranuras. Perfiles de todo tipo. Cavidades (cajeras). Superficies roscadas por fresado. Superficies cilíndricas

Debes conocer

Parámetros de mecanizado

Parámetros de corte.

Si ya conoces los de torneado, estos no son muy diferentes.

Los parámetros que definen las operaciones de fresado son los siguientes (se recomienda ampliar la imagen de la derecha y las que se muestran en la parte inferior para seguir mejor la explicación): n: Velocidad de giro de la herramienta (r.p.m.). Es el número de vueltas que realiza la herramienta de fresado montada sobre el husillo de la máquina. Vc: Velocidad de corte de la herramienta, es la velocidad periférica de la fresa (m/min). D: Diámetro de la herramienta (mm). z: Número de dientes de la fresa. Este parámetro tiene influencia en la evacuación de viruta y en la estabilidad de la operación. fz: Avance por diente (mm/diente). Espacio recorrido por la pieza/herramienta durante el tiempo que un diente está cortando en una vuelta de la herramienta. fn: Avance por vuelta (mm/rev). Espacio recorrido por la pieza/herramienta durante una vuelta completa de la herramienta. Vf: Velocidad de avance. Velocidad lineal con que se mueve la pieza en relación con la herramienta o viceversa (mm/min). Es la velocidad que se suele introducir en la máquina. ap: Profundidad de corte o de pasada axial (mm). Es la parte de material que la herramienta elimina de la superficie de la pieza medida en la dirección axial de la herramienta. ae: Profundidad de corte radial, ancho de pasada, ancho de corte, o empañe (mm). Es la anchura de la pieza sobre la cual mecaniza la fresa. En general, el ancho de corte no se recomienda que sea superior a 3/4 del diámetro de la fresa que se esté empleando. Kr: Angulo de posición. Es el ángulo que forma el filo principal de la fresa con respecto a la superficie mecanizada. Se expresa en grados (º) y es un parámetro que afecta a las fuerzas de corte. Q: Caudal de viruta (cm3/min). Es el volumen de material eliminado por unidad de tiempo. Se trata de un parámetro clave en la productividad de las operaciones de fresado.

Debes conocer

Fresado frontal y tangencial

Fresado frontal

En el fresado frontal, el eje de la fresa es perpendicular a la superficie de trabajo y el mecanizado se ejecuta por los bordes o filos cortantes del extremo de la fresa. Las fresas se denominan fresas frontales y las máquinas más utilizadas en este caso son las fresadoras verticales (el husillo donde se aloja la herramienta es perpendicular al suelo).

Fresado tangencial

En el fresado tangencial o periférico, el eje de la herramienta es paralelo a la superficie que se está mecanizando, y la operación se realiza por los filos de corte de la periferia de la fresa. En este caso, las fresas se denominan fresas tangenciales y las máquinas más utilizadas en este caso son las fresadoras horizontales (el husillo donde se aloja la herramienta es paralelo al suelo). Este tipo de fresas suelen ser huecas para alojarse en el husillo o árbol horizontal de la fresadora, aunque también pueden ser enterizas.

Debes conocer

Concordancia y oposición.

Cada vez que un filo de la fresa entra en el corte, se ve sometido a un pequeño choque, ya que por la forma de las herramientas de fresado, el FRESADO implica un CORTE INTERRUMPIDO. Debido a esto el fresado es un proceso con tendencia a generar VIBRACIONES, las cuales son perjudiciales para la obtención de un buen acabado superficial. Por todo esto, es necesario tener en cuenta el tipo de contacto entre filo y material en la entrada y la salida, para conseguir un buen fresado. En este sentido, se deben tener claros los conceptos de fresado en concordancia y en oposición, que se exponen a continuación.

Fresado en concordancia

Durante el fresado en concordancia (también llamado trepado o fresado a favor), la pieza de trabajo avanza en el mismo sentido que la rotación de la fresa. Es preferible el fresado hacia abajo siempre que la máquina-herramienta, fijación y pieza lo permitan (husillos sin holguras). Este tipo de fresado es el más empleado en las fresadoras de control numérico (CNC). Menor desgaste por fricción, empuja la pieza hacia la fresa con menor vibración, mejor acabado superficial.

Fresado en oposición

Durante el fresado en oposición (también llamado fresado convencional o a contramarcha), el sentido de avance de la pieza es opuesto al de rotación de la herramienta. Este tipo de fresado se suele emplear en fresadoras convencionales para intentar compensar las holguras que pudieran tener los husillos de los carros. Produce forzado del filo en la entrada y salida, con mayores roturas y desgastes, tiende a levantar la pieza y obtiene peores acabados superficiales.

OPERACIONES DE FRESADO

Operaciones básicas de fresado convencional

Planeado

El planeado es la operación más frecuente de fresado, y tiene como objetivo conseguir superficies planas. Para el planeado se utilizan generalmente fresas de planear de plaquitas intercambiables de metal duro, siendo las plaquitas redondas, o con ángulos de 45º como alternativa, las que los fabricantes de plaquitas recomiendan como primera opción. Parámetros específicos de la operación Relación entre el diámetro de la fresa y el ancho de la superficie a planear. Volumen de viruta a desalojar. Amarre de la pieza. Posición de la herramienta respecto de la pieza. Posición de la fresa en la entrada y salida al material. Aplicaciones Obtención de superficies lisas, bien para operaciones de desbaste (con grandes rebajes de material) o acabado. Preparar superficies para posteriores mecanizados, dando forma de cubo o paralepípedo con las dimensiones finales de la pieza.

OPERACIONES DE FRESADO

Operaciones básicas de fresado convencional

Escuadrado

El fresado en escuadra es una variante del planeado que consiste en dejar escalones perpendiculares en la pieza que se mecaniza. Se utilizan generalmebte plaquitas cuadradas o rómbicas situadas en el portaherramientas de forma adecuada. Parámetros específicos de la operación Relación entre el diámetro de la fresa y el ancho del corte a realizar. Altura máxima de la plaquita mecanizar. Aplicaciones Desbaste de superficies de piezas huecas provenientes de fundición o inyección de aluminio.

OPERACIONES DE FRESADO

Operaciones básicas de fresado convencional

Ranurado y acanalado

El ranurado y el acanalado son dos de las operaciones más difíciles de fresado. La operación consiste en cortar una ranura, generalmente de sección cuadrada, aunque pueden mecanizarse con cualquier otra sección, dependiendo de la forma de fresa. Puesto que la mayoría de las ranuras se realizan para que se ajusten a una pieza determinada, las tolerancias suelen ser estrechas. Además, el corte a través de la pieza presenta problemas de eliminación de viruta y atascamiento en consecuencia. Para la operación de ranurado se emplean fresas de disco. La ranura puede atravesar la pieza por completo y son más bien profundas (los canales son menos profundos). Parámetros específicos de la operación Relación entre el diámetro de la fresa y el ancho de la ranura. Evacuación de viruta. Mantener siempre al menos un filo cortando. Utilizar volantes de inercia para evitar problemas de vibraciones. Aplicaciones En muchas maquinas los elementos móviles se apoyan en guías que se alojan en ranuras, de ahí que las dos paredes de una ranura deben guardar un gran paralelismo entre ellas. Otra aplicación típica de ranuras y canales son los chaveteros, nervaduras, etc. Las formas acanaladas en muchas ocasiones precisan herramientas que puedan realizar pequeños taladrados ya que la profundidad de pasada se toma penetrando en material.

OPERACIONES DE FRESADO

Operaciones básicas de fresado convencional

Cajeado

El cajeado es el mecanizado de cajeras, cavidades generalmente cerradas que se mecanizan desde una superficie lisa de la pieza. Esto obliga a que la fresa sea capaz de penetrar en esta superficie, bien sea de manera perpendicular a la superficie o en forma de rampa. Parámetros específicos de la operación Evacuación de viruta. Ángulo de penetración de la rampa. Avance en dirección axial. Aplicaciones Las cajeras son especialmente usadas en fresadoras CNC, que disponen de ciclos fijos para la realización de cajeras de diversas formas. Así, se pueden usar para desbastes profundos y para generar toda clase de formas en moldes de fundición o en troqueles de prensas.

La fresadora

Tipos y componentes

Movimientos de la fresadora.

Ejes lineales

Las fresadoras se encuentran entre las máquinas-herramienta más versátiles ya que pueden realizar multitud de operaciones. Aunque la primera fresadora fue construida por Whitney en 1820, en la actualidad existe un gran abanico de tipos de fresadoras (se verán en capítulos posteriores), muchas de las cuales están siendo sustituidas por centros de mecanizado y por fresadoras equipadas con control numérico, ya que en este tipo de máquinas es posible obtener muchas más formas de las que se obtienen en las fresadoras convencionales, como pueden ser roscas y superficies más complejas y con mayor precisión. Antes de pasar a analizar los componentes principales de una fresadora convencional, es fundamental conocer cuáles son sus ejes principales.

La fresadora

Tipos y componentes

Partes de la fresadora.

EFresadora universal

1. Base

En este apartado y en el siguiente, aprenderás cuáles son los componentes principales y los mandos que gobiernan las fresadoras convencionales. Como ejemplo, se ha elegido una fresadora vertical por ser una de las más comunes en los talleres de mecanizado (haz clic en la imagen para ampliar la explicación):

3. Cabezal

4. Carro longitudinal

5. Carro transversal

6. Carro vertical o ménsula

7. Accionadores manuales de carros

La fresadora

Clasificación

Tipos de fresadoras.

Las fresadoras son máquinas-herramientas capaces de proporcionar los movimientos de corte, avance y penetración mediante una serie de elementos, mecanismos o dispositivos. La estructura y disposición de estos elementos da lugar a los diferentes tipos de fresadoras y su clasificación. Una forma de clasificar los diferentes tipos de fresadoras, podría ser la siguiente (aunque no la única): -Por la disposición del eje principal o husillo. -Por la estructura y número de ejes.-Por el tipo de trabajos que se pueden realizar en ellas. -Por el tipo de control.Existen muchas más clasificaciones, y en algunos casos pudiera pasar, que una determinada fresadora pudiera englobarse en más de un grupo por tener características propias de más de un grupo. En cierto sentido, la razón de ser de los diferentes tipos de fresadora que existen en el mercado es la gran variedad de piezas (en cuanto a forma, peso, volumen, material, etc.) que deben ser mecanizadas por procesos de fresado

EJE PRINCIPAL

ESTRUCTURA Y EJES

CONTROL

La fresadora

Evolución en el proceso industrial.

Centros de Mecanizado

Evolución productiva.

El centro de mecanizado ha sido el resultado de la evolución lógica de la fresadora en un contexto donde se ha precisado aumentar la productividad, la flexibilidad y la precisión. Las características esenciales de un centro de mecanizado son las siguientes: Está dotado de un control numérico (CNC). Puede realizar otras operaciones además del fresado (como taladrado, roscado, etc.). Dispone de un cambiador de herramientas automático. Puede disponer de un cambiador automático de piezas..

Las fresadoras de CNC, sean del tipo que sean, no disponen de un cambiador automático de herramientas. Si a una fresadora de control numérico se le añade un cambiador de herramientas automático controlado por el propio control de la máquina, el resultado es un CENTRO DE MECANIZADO. Por lo tanto, y de forma muy sintetizada, se puede afirmar que un centro de mecanizado es una fresadora equipada con control numérico y un cambiador automático de herramientas. Se utilizan para series de 10 a 1000 piezas aproximadamente.

La fresadora

Evolución en el proceso industrial.

Aplicaciones para carga y descarga de piezas

A la hora de mecanizar piezas en la Ffresadora, puede ocurrir que sean muy pesadas y voluminosas, por lo cual no es posible su manejo manualmente, o que, aun pudiendo cargarse a mano, se precise gran cantidad de ellas durante los turnos de trabajo. Por lo tanto, en algunas ocasiones, se hace necesario un sistema de carga y/o descarga de piezas en bruto y acabadas (y de los utillajes) en las máquinas-herramienta. En la imagen se aprecia un centro de mecanizado con un cargador automático de palets. Este tipo de alimentación de piezas es muy usado en fresadoras, centros de mecanizado y mandrinadoras. La pieza a mecanizar se coloca y amarra en una mesa o palet que se puede mover y orientar en varias direcciones. Después de completar un ciclo de mecanizado, el palet se aleja de forma automática con la pieza terminada y automáticamente se carga otro palet a la zona de trabajo mediante un cargador automático de palets. El ciclo puede ser el siguiente: mientras la máquina está mecanizando la pieza montada en el palet de la zona de trabajo, el operario puede estar montando y amarrando otra pieza en la estación de preparación de palets. Al completarse el ciclo de mecanizado, el operario suelta la pieza terminada y puede ir montando otra. Todos los movimientos se controlan mediante el CNC de la máquina y los tiempos de cambio de palet en máquina suelen oscilar entre 10 y 30 segundos. Con este sistema, se consigue reducir el tiempo de cambio de piezas y el tiempo de preparación de máquina.

6. Carro vertical o ménsula

Es una estructura de fundición, que se desliza por unas guías sobre la columna según el eje Z mediante un mecanismo tornillo-tuerca (normalmente accionado por movimiento manual). Sustenta al carro transversal y al longitudinal. Un dispositivo adecuado permite su bloqueo.

4. Mesa y Carro longitudinal.

Es una estructura de fundición de forma rectangular, por cuya parte superior se desliza la mesa en un plano horizontal y en la dirección del eje X. En la base inferior, por medio de unas guías, está ensamblada a la consola o al carro vertical, sobre el que se desliza accionada manualmente por un mecanismo de tornillo-tuerca, o automáticamente, por medio de la caja de avances. Un dispositivo adecuado permite su bloqueo.

7. Mandos manuales de accionamiento de los ejes

Son manivelas acopladas a tambores graduados para conseguir los movimientos longitudinal, transversal y vertical (X, Y, Z) mediante el mecanismo tornillo-tuerca. El sistema se basa en el empleo de un tambor graduado, asociado a un mecanismo de tornillo-tuerca. Es necesario conocer el valor que corresponde a una vuelta del tambor (que es el paso del tornillo) y el de cada división del mismo. Para calcular el desplazamiento del carro correspondiente, se debe multiplicar el valor correspondiente por el número de vueltas dadas, y se le debe añadir la fracción de vuelta leída con la ayuda de los divisores del tambor.

Estructura

Se refiere a la configuración de la máquina de la que dependen los movimientos relativos de las partes en fabricacion. Puede ser una estructura convencional de consola o cabezal movil. Bancada movil o bancada fija con el soporte del husillo en pórtico o en columna. y con un número de ejes variable.

CONTROL

Fresadoras manuales Las fresadoras más básicas emplean manivelas con nonios (escalas para ver el avance) para que el operario mueva los ejes al girarlas. Algunas fresadoras incluyen también avance automático en alguno de sus ejes, el operario puede engranar un eje para que se mueva automáticamente y acabe la operación sin necesidad de estar moviendo la manivela. Fresadora con visualizador de cotas . Uno de los accesorios más habituales a una máquina manual es el visualizador de cotas. El lector indica la posición de los ejes en una pantalla, para que no sea necesario usar los nonios manivelas o tomar más medidas de las necesarias. En definitiva, el control sigue siendo manual pero tienes la ayuda del lector para guiarte. Fresadoras CNC (Control Numérico por Computadora) Este tipo de máquinas está controlado íntegramente de manera digital. Es ideal para automatizar procesos de fabricación. Los cortes y fresados se diseñan previamente en el ordenador en un software CAM y se los trasmite a la máquina en el formato GCODE.

Apreciamos en el video un centro de mecanizado automatizado, con cambiador automático de palets, preparado para 6 mesas. Dispone de plato giratorio con capacidad de torneado y cambiador automático de herramientas y cabezales de mecanizado.

Direccion del husillo

Se refiere a la dirección de la herramienta cortante. En las fresadoras tradicionales lo hace en una sola posición y pueden ser las siguientes: Fresadora horizontal. El eje del husillo es horizontal, las fresas se montan sobre un árbol horizontal llamado árbol portafresas. Fresadora vertical. En ella, la posición en el husillo es vertical, perpendicular a la mesa de coordenadas Fresadora universal. Esta máquina combina los dos tipos anteriores y cuenta con la posibilidad de usar la herramienta de forma horizontal y vertical.

3. Cabezal

Es uno de los órganos esenciales de la máquina, puesto que es el que sirve de soporte a la herramienta y le dota de movimiento a través del husillo. Este husillo recibe el movimiento del motor a través de la caja de velocidades.

1. Base o bancada

Es una especie de cajón de fundición, de base reforzada y de forma generalmente rectangular. Es el asiento de la fresadora en el suelo. Es la parte que sirve de sostén a los demás elementos de la fresadora.

2. Columna

Es el órgano que unido a la base sirve de sostén al cabezal y al carro vertical o ménsula.

5. Carro transversal

Es una estructura de fundición de forma rectangular, por cuya parte superior se desliza la mesa en un plano horizontal y en la dirección del eje Y. En la base inferior, por medio de unas guías, está ensamblada a la ménsula, sobre la cual se desliza accionada manualmente por un mecanismo de tornillo-tuerca, o automáticamente, por medio de la caja de avances. Un dispositivo adecuado permite su bloqueo.