Carpeta-Didáctica

Manufactura Avanzada


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Carpeta Didáctica 20141


Manufactura Avanzada Avanzada Esta asignatura aporta al perfil del ingeniero mecatrónico los conocimientos y habilidades necesarias para el diseño y fabricación de productos, proporcionando las herramientas suficientes, utilizando procesos avanzados e implementando los sistemas integrados de manufactura mediante las tecnologías en el desarrollo de nuevos procesos en la industria. El curso se desarrolla de manera teórico-práctico dando énfasis en la práctica que permita corroborar la teoría, por lo que se tiene la necesidad de aplicar los conocimientos en el diseño, simulación y fabricación de partes manufacturadas en equipos reales. Dado que esta materia involucra los conocimientos de otras materias cursadas para poder aplicar los conocimientos en el diseño de partes cumpliendo con las normas de fabricación requeridas, que hoy en día se encuentran en el sector industrial y de servicio. Objetivo general del curso Diseñar y fabricar piezas y equipos mecatrónicos m ecatrónicos utilizando sistemas y tecnologías CAD-CAM.

Intención didáctica El contenido temático se organiza en 5 unidades, en la primera unidad se tendrá una visión de las operaciones de maquinado para la manufactura de una pieza determinada por medio del control numérico y su aplicación en los procesos de manufactura. En la segunda unidad se induce al alumno a analizar las piezas diseñadas de acuerdo a las características de las superficies y al material con que debe fabricarse. En la tercera unidad el alumno analizará las superficies a maquinar para establecer las trayectorias de herramientas tomando en cuenta la geometría de la pieza y de la herramienta. En la cuarta unidad el alumno se induce en la aplicación de lenguajes de programación para torno y máquinas aplicando los códigos de programación. En la quinta unidad se usará software de diseño asistido por computadora y de manufactura asistida por computadora para generar programas de control numérico que se apliquen en torno y fresadora.

Competencias previas Interpretar planos de dibujo industrial básico, tolerancias y dimensiones geométricas. Seleccionar materiales para maquinados. Seleccionar herramientas para desbaste de material. Identificar máquinas-herramienta convencionales. Interpretar y aplicar tipos de acabado y su simbología. Utilizar paquetes computacionales para el diseño mecánico. (Tecnológicos, 2010)

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Manufactura Avanzada Avanzada Esta asignatura aporta al perfil del ingeniero mecatrónico los conocimientos y habilidades necesarias para el diseño y fabricación de productos, proporcionando las herramientas suficientes, utilizando procesos avanzados e implementando los sistemas integrados de manufactura mediante las tecnologías en el desarrollo de nuevos procesos en la industria. El curso se desarrolla de manera teórico-práctico dando énfasis en la práctica que permita corroborar la teoría, por lo que se tiene la necesidad de aplicar los conocimientos en el diseño, simulación y fabricación de partes manufacturadas en equipos reales. Dado que esta materia involucra los conocimientos de otras materias cursadas para poder aplicar los conocimientos en el diseño de partes cumpliendo con las normas de fabricación requeridas, que hoy en día se encuentran en el sector industrial y de servicio. Objetivo general del curso Diseñar y fabricar piezas y equipos mecatrónicos m ecatrónicos utilizando sistemas y tecnologías CAD-CAM.

Intención didáctica El contenido temático se organiza en 5 unidades, en la primera unidad se tendrá una visión de las operaciones de maquinado para la manufactura de una pieza determinada por medio del control numérico y su aplicación en los procesos de manufactura. En la segunda unidad se induce al alumno a analizar las piezas diseñadas de acuerdo a las características de las superficies y al material con que debe fabricarse. En la tercera unidad el alumno analizará las superficies a maquinar para establecer las trayectorias de herramientas tomando en cuenta la geometría de la pieza y de la herramienta. En la cuarta unidad el alumno se induce en la aplicación de lenguajes de programación para torno y máquinas aplicando los códigos de programación. En la quinta unidad se usará software de diseño asistido por computadora y de manufactura asistida por computadora para generar programas de control numérico que se apliquen en torno y fresadora.

Competencias previas Interpretar planos de dibujo industrial básico, tolerancias y dimensiones geométricas. Seleccionar materiales para maquinados. Seleccionar herramientas para desbaste de material. Identificar máquinas-herramienta convencionales. Interpretar y aplicar tipos de acabado y su simbología. Utilizar paquetes computacionales para el diseño mecánico. (Tecnológicos, 2010)

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ÍNDICE COMPETENCIAS ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 6 OBJETIVO GENERAL DEL CURSO.............................................................. ................................................................................................ .................................. 6 COMPETENCIAS GENERALES DEL CURSO .................................................................................. .................................................................................. 6 Competencias específicas ........................................................ ..................................................................................................... ............................................. 6 Competencias genéricas .......................................................... ....................................................................................................... ............................................. 6 COMPETENCIAS POR UNIDAD .......................................................... ....................................................................................................... ............................................. 7 Unidad 1: Introducción a la Manufactura Avanzada A vanzada................................................................. 7 Unidad 2: Análisis y diseño de piezas .................................................................. ........................................................................................ ...................... 7 Unidad 3: Definición de trayectorias tr ayectorias de herramientas ............................................................. ............................................................. 7 Unidad 4: Lenguajes de programación para torno y fresa ........................................................ 7 Unidad 5: Uso de programas CAD – CAM ................................................................................. ................................................................................. 7 CRONOGRAMA .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. 7 ENLACES ..................................................................... ........................................................................................................................................ ................................................................... 8 1.

INTRODUCCIÓN A LA MANUFACTURA AVANZADA............................................................... 9 1.1.

ANÁLISIS DE OPERACIÓN DE MAQUINADO .................................................................. 9

Torneado ......................................................................................................... ............................................................................................................................... ...................... 9 Fresado ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 1 2 Taladrado ........................................................... ............................................................................................................................ ................................................................. 15

2.

1.2.

METODOLOGÍA PARA LA MANUFACTURA DE UNA PIEZA .......................................... 17

1.3.

CONTROL NUMÉRICO Y SU APLICACIÓN EN LOS PROCESOS DE MANUFACTURA ...... 18

ANÁLISIS Y DISEÑO DE PIEZA............................................................... ............................................................................................... ................................ 19 2.1.

2.1.1.

Análisis de tolerancias geométricas ........................................................... .................................................................... ......... 19

2.1.2.

Análisis de material .............................................................. ............................................................................................. ............................... 20

2.2.

SELECCIÓN DE HERRAMIENTAS Y PARÁMETROS DE CORTE ....................................... 22

2.2.1.

Tipos de herramientas.......................................................... ......................................................................................... ............................... 22

2.2.2.

Material para herramienta de corte .......................................................... ................................................................... ......... 23

2.2.3.

Parámetros de corte............................................................. ............................................................................................ ............................... 25

2.3. 3.

ANÁLISIS DE LAS SUPERFICIES A MAQUINAR .............................................................. 19

ANÁLISIS Y SELECCIÓN DEL MATERIAL DE LA PIEZA .................................................... 29

DEFINICIÓN DE TRAYECTORIAS DE HERRAMIENTA............................................................. 30 3.1.

SUPERFICIES A MAQUINAR .......................................................... ......................................................................................... ............................... 30

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3.2.

GEOMETRÍA DE LA HERRAMIENTA.............................................................................. 30

Superficies de la herramienta ............................................................................................. 31 Ángulos de la herramienta .................................................................................................. 31 Filos ..................................................................................................................................... 31 3.3. 4.

TRAYECTORIAS DE HERRAMIENTAS ............................................................................ 32

LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN PARA TORNO Y FRESA.................................................... 33 4.1.

LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN PARA TORNO ......................................................... 33

4.2.

LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN PARA MÁQUINA DE TRES EJES ................................ 34

4.3.

ESTRUCTURA DEL PROGRAMA .................................................................................... 35

4.4.

CÓDIGOS DE PROGRAMACIÓN ................................................................................... 37

Función G (Fresado) ............................................................................................................ 37 Función M (Fresado) ........................................................................................................... 38 Función G (Torneado).......................................................................................................... 39 Función M (Torneado)......................................................................................................... 39 5.

USO DE PROGRAMAS CAD-CAM ......................................................................................... 40 5.1.

MANEJO DE LA PANTALLA ........................................................................................... 41

5.1.1.

DIBUJO 2D ........................................................................................................... 41

5.1.2.

DIBUJO 3D ........................................................................................................... 41

5.1.3.

PLANOS MECÁNICOS ........................................................................................... 42

5.2.

TIPOS DE MAQUINADOS ............................................................................................. 44

1. Obtener el modelo de la pieza, en SolidWorks. ............................................................ 45 2. Seleccionar el modo de trabajo de CAMWorks. ............................................................ 45 3. Definir la máquina, controlador y carrusel de herramientas. ....................................... 45 4. Definir las dimensiones y tipo de material a maquinar................................................. 46 5. Reconocer y extraer la geometría de la pieza. .............................................................. 47 6. Generar el plan de operaciones de maquinado. ........................................................... 48 5.3.

PÁRAMETROS DE MAQUINADO .................................................................................. 49

7. Ajusta los parámetros para maquinar. .......................................................................... 49 8. Generar la ruta de las herramientas. ............................................................................ 49 5.4.

SIMULACIÓN DE MAQUINADO ................................................................................... 50

9. Simulación de la manufactura. ...................................................................................... 50 5.5.

CAMBIAR A CONTROL NUMÉRICO .............................................................................. 50

10. Generar el código de Control Numérico. .................................................................... 50

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5.6.

EJECUCCIÓN Y EDICIÓN EN POSTPROCESADOR .......................................................... 51

5.7.

ENVIAR PROGRAMA A MÁQUINA CNC ....................................................................... 52

5.8.

MAQUINADO DE PIEZA ............................................................................................... 53

5.9.

OPERACIÓN DE LAS MÁQUINAS CNC (TORNO Y FRESA) ............................................. 54

Fresadora............................................................................................................................. 54 Torno ................................................................................................................................... 54 Centro de Maquinado ......................................................................................................... 54 HOJA DE PROCESO ...................................................................................................................... 55 EJEMPLO NO.1......................................................................................................................... 56 Diseño.................................................................................................................................. 56 Operaciones ........................................................................................................................ 56 Cálculos ............................................................................................................................... 57 EJEMPLO NO.2......................................................................................................................... 60 BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................. 6 2

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COMPETENCIAS OBJETIVO GENERAL DEL CURSO Diseñar y fabricar piezas y equipos mecatrónicos utilizando sistemas y tecnologías CAD – CAM.

COMPETENCIAS GENERALES DEL CURSO Competencias específicas Diseñar piezas en dos y tres dimensiones para establecer el método de manufactura utilizando programas de diseño asistido por computadora Desarrollar programas de control numérico de acuerdo al diseño de piezas de acuerdo con el método de fabricación, el material y las herramientas para su fabricación utilizando programas de manufactura asistida por computadora. En torno y en fresadora. Aplicar los conocimientos de diseño, proceso de fabricación, metrología y normalización en los diseños y el método de manufactura. Utilizar las características de los materiales para tomar decisiones de fabricación.

Competencias genéricas Competencias instrumentales

Capacidad de análisis y síntesis. Capacidad de planificar y organizar. Conocimientos del área de estudio y la profesión. Habilidad en el uso de las tecnologías de la información y comunicación. Habilidad para innovar, proyectar modificar actualizar y transferir tecnología en equipos maquinaria e instalaciones mecánicas. Buscar, procesar y analizar información procedente de fuentes diversas. Capacidad para tomar decisiones. Competencias interpersonales

Capacidad crítica y autocrítica. Capacidad de trabajo en equipo. Habilidades interpersonales. Capacidad para trabajar en equipos interdisciplinarios. Compromiso ético. Competencias sistemáticas

Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica. Habilidades de investigación. Capacidad de adaptarse a nuevas situaciones. Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad). Habilidad para trabajar en forma autónoma. Capacidad para diseñar y gestionar proyectos. Iniciativa y espíritu emprendedor. Preocupación por la calidad y el desarrollo sustentable.

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COMPETENCIAS POR UNIDAD Dado que el programa exige un trabajo por competencias, será necesario mostrar al alumno los objetivos que deberá cumplir en cada unidad para la acreditación de la misma.

Unidad 1: Introducción a la Manufactura Avanzada Comprender la importancia de los procesos para la fabricación de piezas mecánicas. Conocer las aplicaciones de los sistemas de control numérico para fabricación de piezas. Proponer un método de fabricación de acuerdo al diseño de la pieza. Análisis en el maquinado de piezas siguiendo la metodología adecuada. Conocer las procesos comunes de maquinado y sus características.

Unidad 2: Análisis y diseño de piezas Determinar el tipo de material a utilizar para manufactura de la pieza de acuerdo al diseño. Aplicar las tolerancias dimensionales y acabado de las superficies en el diseño de la pieza. Conocer los parámetros de corte, sus características e importancia. Conocer las herramientas de corte para procesos comunes de maquinado.

Unidad 3: Definición de trayectorias de herramientas Determinar las trayectorias de maquinado de la herramienta de acuerdo a la geometría del dibujo considerando las tolerancias y acabados. Conocer la geometría de las herramientas de corte para procesos comunes de maquinado, sus características e importancia.

Unidad 4: Lenguajes de programación para torno y fresa Desarrollo de programas para maquinado en maquinas CNC de tres ejes. Conocimiento de la teoría y conceptos básicos relacionados a simuladores. Conocimiento de códigos y estructuras de programación.

Unidad 5: Uso de programas CAD – CAM Elaborar piezas en torno y fresadora CNC utilizando software CAD – CAM. Conocimiento de códigos y estructuras. Entendimiento de la teoría.

CRONOGRAMA Unidad

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Semana 8 9 10

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I II III IV V

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ENLACES Para una mejor comprensión de la teoría, dejamos al lector una serie de links para que mediante videos o material didáctico el alumno pueda complementar su conocimiento. Fundamentos sobre el mecanizado: https://www.youtube.com/watch?v=_fSakYlWCfQ Antecedentes máquinas-Herramientas: https://www.youtube.com/watch?v=wfUElpIHMz8 Componentes y funcionamiento del torno: https://www.youtube.com/watch?v=8bp7-s9DeMM Componentes y funcionamiento de la fresadora: https://www.youtube.com/watch?v=xy15TfevdRw Herramientas de corte y geometría: https://www.youtube.com/watch?v=5LArKKxHt54 Fundamentos sobre las herramientas de corte: https://www.youtube.com/watch?v=WP6LNlACLvE Ejemplo de torneado de una pieza: https://www.youtube.com/watch?v=A_qHR_H_2cg Ejemplo de fresado de una pieza: https://www.youtube.com/watch?v=Xn7tsNG6pyo Tutorial para el manejo de CamWorks: https://www.youtube.com/watch?v=YPBXzfPY_QE Tutorial para generar plan de operaciones en torno: https://www.youtube.com/watch?v=C7ChdoRq6Q0 Tutorial para generar plan de operaciones en fresa: https://www.youtube.com/watch?v=T-AA6rOfIKw Ejemplo de maquinaria CNC: https://www.youtube.com/watch?v=KhixETvnMWo Presentación con la teoría sobre CNC: http://materias.fi.uba.ar/7565/U4-control-numerico-por-computadora.pdf

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1. INTRODUCCIÓN A LA MANUFACTURA AVANZADA La manufactura es el proceso de convertir materia prima en productos, incluyendo su diseño, selección de materia prima y la secuencia de operaciones de transformación. Entre los enfoques que se le dan a estos términos podemos destacar el económico en la que a través de operaciones o métodos de ensamble se busca agregar valor al artículo inicial y el tecnológico en el que se modifican mediante procesos químicos y físicos la geometría y propiedades iniciales para obtener ciertas características finales. Los conceptos básicos relacionados a la manufactura son: Maquinado: Proceso que consisten en eliminar de una pieza unas zonas determinadas, al objeto de conseguir una forma o acabado prefijado. Para ejecutar estos procesos se utilizan herramientas de corte instaladas en máquinas-herramienta capaces de llevar a cabo el proceso deseado. (Groover, 1997) Mecanizado: Proceso de manufactura que usa una herramienta de corte para remover el exceso de material de una parte de trabajo, de tal manera que el material remanente sea la forma de la parte deseada. La acción predominante de corte involucra la deformación cortante del material de trabajo para formar viruta. (Kalpakjian & Schmid, 2002) Maquinabilidad: Es la capacidad de un material para ser mecanizado o maquinado, suele definirse en función del acabado o integridad superficial, duración de la herramienta, requerimientos de fuerza-potencia y control de viruta. (Kalpakjian & Schmid, 2002) Máquina-herramienta: Cualquier máquina accionada por fuerza motriz que realice operaciones de maquinado incorporando herramientas en el proceso. (Groover, 1997)

1.1. ANÁLISIS DE OPERACIÓN DE MAQUINADO En los procesos de maquinado, la característica común es el uso de la herramienta de corte que forma una viruta, la cual se remueve de la parte del trabajo. Para realizar la operación, se requiere del movimiento relativo, que se logra en la mayoría de los casos por medio de un movimiento primario, llamado velocidad y un movimiento secundario, denominado el avance. Hay muchas operaciones de maquinado, cada una de las cuales es capaz de generar una cierta geometría y textura superficial. Los tres tipos de maquinado más comunes son: el torneado, el fresado y el taladrado. (Nikolaev, 1985)

Torneado Definición, ventajas y desventajas

El tornear es arrancar viruta con un útil de un filo, de forma geométricamente determinada llamadas cuchillas, que ataca constantemente a la pieza que se trabaja, tal operación se realiza en una máquina llamada torno. (Gerling, 2000). Entre sus ventajas están: mejor acabado, mayor precisión, fácil cambio de piezas ó herramientas y en cuanto al CNC se reducen los errores operarios. Entre sus desventajas encontramos: el coste elevado de las herramientas y accesorios, sólo permite sólidos de revolución o materia prima en su mayoría cilíndrica. (Nikolaev, 1985). Funcionamiento y movimiento

Su principio de funcionamiento es operar haciendo girar la pieza a mecanizar (sujeta en el cabezal mientras una o varias herramientas de corte que van montadas sobre un carro que se desplaza sobre unas guías o rieles paralelos al eje de giro de la pieza que se tornea, llamado eje Z (sobre este carro hay otro que se mueve según el eje X, en dirección radial a la pieza que se

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tornea) son empujadas en un movimiento regulado de avance contra la superficie de la pieza, cortando la viruta de acuerdo con las condiciones tecnológicas. (EcuRed). Operaciones

Existen diversas operaciones de corte para producir una innumerable cantidad de piezas por medio del torno. (Kalpakjian & Schmid, Manufactura, Ingenieria y tecnología, 2002): Cilindrado: para producir piezas rectas, cónicas, curvas o ranuradas. Como ejes, espigas y pernos. El cilindrado interior permite maquinar la parte interna dejando un espacio cilíndrico, el exterior nos permite emparejar alturas. Refrentado: Produce una superficie plana en el extremo de una parte, en partes que se fijan a otros componentes, o ranurar caras y formar asientos para sellos de anillo en “o”.

La herramienta de corte, fija al porta-herramienta, quita el material al recorrer la bancada. Las herramientas formadoras son para producir diversos contornos en piezas redondas. Perforado, barrenado ó mandrinado: se hace en el interior de piezas huecas. La pieza se sujeta en un plato de sujeción. Taladrado: se puede hacer en un torno montando la broca en la boquilla del contra punto. La broca se hace avanzar girando la manivela. Roscado: Permite la maquinación de rosca ya sea interna dentro del material o externa quedando sobre la superficie. Careado: Emparejamiento de las caras perpendiculares a las base. Ranurado: Formas ranuradas en la pieza. Biselado: Chaflanado en las formas de la pieza (eliminación de filos). Tipos de maquinaria

Entre los tipos más usuales en la industria tenemos: Torno paralelo: El torno paralelo o mecánico es utilizado para trabajos puntuales o especiales, esta máquina tiene un arranque de viruta que se produce al acercar la herramienta a la pieza en rotación, mediante el movimiento de ajuste, que al terminar una revolución completa se interrumpirá la formación de la misma. Torno revólver: El torno revólver es una variedad de torno diseñado para mecanizar piezas sobre las que sea posible el trabajo simultáneo de varias herramientas con el fin de disminuir el tiempo total de mecanizado. Las piezas toman una forma final de casquillo. Torno automático: Se llama torno automático a un tipo de torno cuyo proceso de trabajo está enteramente automatizado. La alimentación de la barra necesaria para cada pieza se hace también de forma automática, a partir de una barra larga que se inserta por un tubo que tiene el cabezal y se sujeta mediante pinzas de apriete hidráulico. Torno vertical: El torno vertical es una variedad de torno diseñado para mecanizar piezas de gran tamaño, que van sujetas al plato de garras u otros operadores y que por sus dimensiones o peso harían difícil su fijación en un torno horizontal. Los tornos verticales tienen el eje dispuesto verticalmente y el plato giratorio sobre un plano horizontal, lo que facilita el montaje de las piezas voluminosas y pesadas. Torno CNC: El torno CNC es un tipo de torno operado mediante control numérico por computadora. Se caracteriza por ser una máquina herramienta muy eficaz para mecanizar piezas de revolución. Ofrece una gran capacidad de producción y precisión en el

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mecanizado por su estructura funcional y porque la trayectoria de la herramienta de torneado es controlada a través del ordenador que lleva incorporado, el cual procesa las órdenes de ejecución contenidas en un software que previamente ha confeccionado un programador conocedor de la tecnología de mecanizado en torno. Es una máquina ideal para el trabajo en serie y mecanizado de piezas complejas. (EcuRed) Partes de la maquinaria

Las partes principales de la maquinaria son: Bancada: Se considera como el cuerpo fundamental del torno, soporta todas las demás partes del torno. Debe tener un espacio suficiente entre sus paredes con el objetivo de las virutas puedan caer a su través sin dificultad. La bancada de muchos tornos va provista de un acodamiento o escote para poder mecanizar mayor diámetro. Tiene también las llamadas guías de bancada. Carro portátil: Sirve para fijar las herramientas y facilitar los movimientos de ajuste o penetración de avance. Consta de: Carro de bancada, longitudinal o principal (Se desliza sobre las bandas de guía de la bancada), Carro transversal o de refrentar (Se une al carro de bancada y puede deslizarse perpendicularmente al sentido de movimiento del carro de bancada) y Carro superior o portátil (que es el que lleva la herramienta). Caja de maniobra: Contiene las piezas de transmisión y de maniobra necesarias para el movimiento del carro-bancada y la marcha del carro-transversal. Mecanismo de avance: Hace posible el avance automático y regula su magnitud. El accionamiento se deriva del husillo principal y es transmitido al husillo de roscar o al de cilindrar. Son usuales los siguientes: Mecanismo de avance de poleas escalonadas, mecanismo de avance de cadenas y mecanismo de avance de engranajes. Husillos de roscar y de cilindrar: Compuesta de husillo de roscar (acciona el avance longitudinal automático únicamente en el caso de tallado de roscas y cuando se trate de otros trabajos que exijan un avance exacto) y husillo de cilindrar (es un árbol liso provisto de una ranura longitudinal. Esta ranura sirve para arrastrar una rueda cónica o un husillo en la parte delantera, con objeto de dar al carro de bancada su movimiento de avance). El cabezal móvil: Tiene una misión múltiple, provisto de una contrapunta sirve como sujeción al tornear entre puntas, provisto de una broca o de un escariador su, jetos con el sirve para la ejecución de taladros, para tornear conos esbeltos y para el exacto ajuste de la contrapunta, su parte superior se desliza sobre la inferior (Bartsch, 1981)

Fig.1: Movimientos

Fig.2: Partes del torno

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Fresado Definición, ventajas y desventajas

El fresado es el procedimiento de manufactura por arranque de viruta mediante el cual una herramienta (fresa) provista de múltiples aristas cortantes dispuestas simétricamente alrededor de un eje gira con movimiento uniforme y arranca el material a la pieza que es empujada contra ella (Rossi, 1981). Entre las ventajas del fresado se encuentran: Alta eficiencia del mecanizado, realiza casi cualquier geometría, buena precisión y acabado superficial comparado a la fundición, flexibilidad desde piezas unitarias hasta series largas y amplia gama de materiales. Pero tenemos que es un proceso costoso y está limitado en algunos materiales muy difíciles de trabajar. (Universidad del País Vasco: Dpto. Ingeniería Mecánica., 2000). Funcionamiento y movimiento

Fresar es arrancar viruta con una herramienta (fresa) dotada de múltiples filos de corte en movimiento de rotación. Los dientes de la fresa en forma circular tienen la forma de cuñas cortantes. La fresa realiza el movimiento circular de corte mientras la pieza avanza, éste movimiento de avance y de aproximación son realizados por la pieza que se trabaja (Gerling, 2006). El movimiento de alimentación o avance del elemento/pieza va vinculado al movimiento rotativo de la fresa, por lo que cada diente arranca la porción de material que le corresponde. La maquina que se realiza el fresado se llama fresadora (Rossi, 1981). Operaciones

Las operaciones llevadas a cado en el fresado son: Corte: Consiste en cortar piezas (barras y perfiles) a una longitud determinada. Planeado: Su finalidad es conseguir superficies totalmente llanas y homogéneas; así podrá escoger entre diferentes diámetros y también la cantidad que desea acoplar en cada herramienta. Fresado en escuadra: Es una variante del planeado que consiste en dejar escalones perpendiculares en la pieza que se mecaniza. Fresado de cavidades: En este tipo de operaciones es recomendable realizar un taladro previo y a partir del mismo y con fresas adecuadas abordar el mecanizado de la cavidad. Fresado de roscas: Requiere una fresadora capaz de realizar interpolación helicoidal simultánea en dos grados de libertad. Esta operación da un acabado en forma de rosca. Fresado frontal: Consiste en el fresado que se realiza con fresas helicoidales cilíndricas que atacan frontalmente la operación de fresado. Fresado de engranajes: Se hace en máquinas especiales llamadas talladoras de engranajes y con el uso de fresas especiales del módulo de diente adecuado. Fresado en rampa: Es un tipo de fresado habitual en el mecanizado de moldes que se realiza con fresadoras copiadoras o con fresadoras de control numérico. Con la finalidad de dar un terminado en forma de rampa. Torno-fresado: Este tipo de mecanizado sirve tanto para el torneado de agujeros de precisión como para el torneado exterior. Ranurado recto: Para este tipo de fresado el operario debe utilizar, generalmente, fresas cilíndricas con la misma anchura de la ranura.

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Ranurado de forma: Este tipo de aplicación también consiste en crear ranuras de diferentes formas, para lo cual se utilizan fresas con formas. Ranurado de chaveteros: Se utilizan fresas cilíndricas con mango con las que se puede avanzar el corte tanto en dirección perpendicular a su eje como paralela Cubicaje: Consiste en preparar los tarugos de metal u otro material como mármol o granito en las dimensiones cúbicas adecuadas para operaciones posteriores. Copiado: Este tipo de mecanizado consiste en crear una pieza con iguales características de un determinado modelo. Mortajado: Consiste en mecanizar chaveteros en los agujeros. Taladrado, escariado y mandrinado: estas operaciones consisten en realizar agujeros finos, cortos, o largos. (Lasheras, 1997) Tipos de maquinaria

Las fresadoras pueden clasificarse según y de acuerdo a diferentes criterios tales como: Orientación de la herramienta: Fresadora Horizontal: Aquí el movimiento longitudinal de la mesa se efectúa perpendicularmente al husillo. Es una máquina empleada para efectuar cortes genéricos, tales como el alisado de superficies y el tallado de ranuras rectas en diferentes perfiles. Su característica principal es la disposición horizontal del husillo. La herramienta empleada es el cortador o fresa cilíndrica. La pieza puede moverse en direcciones perpendiculares. Fresadora Vertical: El husillo está dispuesto verticalmente y formando un ángulo recto con la superficie de la mesa. Este husillo tiene un movimiento vertical y la mesa puede moverse vertical, longitudinal y transversalmente. Es una maquina empleada para el fresado horizontal de perfiles, fresado de matrices, mandrilado de agujeros, escuadrado, contorneado de piezas y tallado de ranuras rectilíneas y circulares. Fresadora Universal: Tiene un aspecto parecido al de la fresadora horizontal. En lugar de la mesa sostenida por el caballete, la máquina tiene un elemento adicional, el bastidor de las mesas que pueden girar encima del caballete. Esta característica permite el fresado angular espiral y helicoidal de ranuras, estrías y dientes. (Rossi, 1981). Según el número de ejes: Fresadora de tres ejes: Puede controlarse el movimiento relativo entre pieza y herramienta en los tres ejes de un sistema cartesiano. Fresadora de cuatro ejes: Además del movimiento relativo entre pieza y herramienta en tres ejes, se puede controlar el giro de la pieza sobre un eje. Fresadora de cinco ejes: Se puede controlar el movimiento relativo entre pieza y herramienta en tres ejes, uno perpendicular al eje de la herramienta y otro paralelo a ella; o bien el giro de la pieza sobre un eje horizontal y la inclinación de la herramienta alrededor de un eje perpendicular al anterior. (Lasheras, 1997). Fresadoras especiales: Fresadora copiadora: Está adaptada con algunos aditamentos que nos permite maquinar piezas de forma compleja sin necesidad de hacer trazos previos en el material que se ha de maquinar. El uso industrial de esta máquina es principalmente para producción de modelos metálicos, matrices para la fundición, moldes de plástico, etcétera.

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Fresadora programada o CNC: Esta máquina está conectada a una computadora, la cual gobierna y automatiza totalmente el trabajo del fresado. La computadora puede realizar cualquier trabajo de fresado que se programe dependiendo a qué tipo de fresadora este integrada. (Ginjaume & Torre, 2005) Partes de la maquinaria

En las máquinas de fresar usadas en los talleres de construcciones mecánicas, podemos distinguir las siguientes partes: Bastidor: Es una especie de cajón de fundición, de base reforzada y generalmente, rectangular. Por medio del bastidor se apoya la máquina en el suelo. Es el sostén de los demás órganos de la fresadora. Husillo principal: Es uno de los elementos esenciales de la máquina, puesto que es el que sirve de soporte a la herramienta y le da movimiento. El husillo recibe el movimiento a través de la caja de velocidades, que a su vez es movido por el motor. Caja de velocidades del husillo: Tiene una serie de engranajes que pueden acoplarse según diferentes relaciones de transmisión. Esto permite una extensa gama de velocidades del husillo principal. El accionamiento de esta caja es independiente del que efectúa la caja de avances. Mesa longitudinal: Es el punto de apoyo de las piezas que van a ser trabajadas. Estas piezas se pueden montar directamente o por medio de accesorios de fijación. La mesa tiene ranuras en forma de T para alojar los tornillos de fijación. Carro transversal: Es una pieza de fundición de forma rectangular, en cuya parte superior se desliza y gira la mesa en un plano horizontal. En la base inferior está ensamblado a la consola, sobre la que se desliza manualmente por medio de tuerca y tornillo, o automáticamente, por medio de cajas de avance. Se puede inmovilizar. Consola: Sirve de apoyo a la mesa y sus mecanismos de accionamiento. Se desliza verticalmente en el bastidor a través de una guía por medio de un tornillo telescópico y una tuerca fija. Caja de avances: Es un mecanismo construido por una serie de engranajes ubicados en el interior del bastidor. Recibe el movimiento directamente del accionamiento principal de la máquina. Se pueden establecer diferentes velocidades de avance. (Rossi, 19 81)

Fig.3: Movimiento

Fig.4: Operaciones

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Taladrado Definición, ventajas y desventajas

Taladrar es un proceso de corte por arranque de viruta. Esta técnica permite realizar agujeros u orificios (pasantes o ciegos), de distintos diámetros. Entre las ventajas del proceso se encuentra que es de operación rápida, tiene precisión y acabado superficial mejorados en comparación con fundición/forja, da posibilidad de realizar agujeros de diferentes diámetros y se puede mecanizar gran cantidad de materiales. Entre las limitaciones del proceso tenemos: agujeros con elevada relación longitud/profundidad, el acabado de agujeros puede ser insuficiente y la operación de mecanizado limitada a hacer agujeros. (Bartsch, 1992) Funcionamiento y movimiento

La máquina utilizada para realizar las operaciones de taladrado es la taladradora, ya sea fija o manual. Esta máquina emplea como herramienta de corte la broca. La broca es una herramienta de corte fabricada en acero especial de corte (Soriano, 2008). En el proceso de taladrado se realizan dos movimientos: el movimiento de corte y el de avance que lo permite el mismo eje de la máquina, llamado eje Z. Estos dos movimientos siempre se realizan, salvo en algunas máquinas de taladrado profundo, en las cuales no hay movimiento de corte ya que la pieza se hace girar en sentido contrario a la broca (Rossi, 1981). Operaciones

En el taladrado, se puede realizar una gran variedad de operaciones de maquinado en una taladradora, todas respetando la trayectoria rectilínea de la broca hacia adentro de la pieza. Escariado: Se usa para agrandar un agujero, suministrar una mejor tolerancia en su diámetro y mejorar su acabado superficial. La herramienta se llama escariador, y por lo general, tiene ranuras rectas. Roscado interior: Se realiza por medio de un machuelo y se usa para cortar una rosca interior en un agujero existente. Abocardado: En el abocardado se produce un agujero escalonado en el cual un diámetro más grande sigue a un diámetro más pequeño parcialmente dentro del agujero. Se usa un abocardo para asentar las cabezas de los pernos dentro de un agujero, de manera que no sobresalgan de la superficie. Avellanado: Es una operación similar al abocardado salvo que el escalón en el agujero tiene forma de cono para tornillos y pernos de cabeza plana. Centrado: También llamado taladrado central, esta operación taladra un agujero inicial para establecer con precisión el lugar donde se taladrará el siguiente agujero. Refrentado: Es una operación similar al fresado que se usa para suministrar una superficie maquinada plana en la pieza de trabajo en un área localizada (Groover, 1997). Tipos de maquinaria

Existen diferentes tipos de taladros: Taladros de banco: Es el más sencillo y común, el dispositivo del avance manual de la herramienta es el que permite al operario sentir el efecto del corte en la pieza a trabajar. Taladros de pedestal: Se diferencia del taladro de banco en que se utiliza para trabajo pesado, permite hacer agujeros más grandes y colocar piezas más grandes en su mesa.

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Taladro con husillos múltiples: Este taladro está equipado con una cabeza taladradora. Esta tiene varios husillos que se pueden ubicar para taladrar cierto número de agujeros en un lugar preciso de la pieza y al mismo tiempo. Taladro múltiple: Es una serie de husillos colocados en una mesa larga y común. Está dedicada a la producción en serie y realiza operaciones secuenciales sobre una pieza ya que va avanzando de operación en operación a través de todos los husillos. En cada uno de estos husillos se hace una operación diferente, pero sobre la misma pieza. Mandrinadora: Taladro tipo pedestal de alta precisión en el cual la pieza se puede colocar, gracia a la mesa de coordenadas, en cualquier posición debajo del husillo. De esta forma se pueden ejecutar huecos en cualquier posición sobre la pieza y de diámetros adecuados, cuando se utiliza un alisador en vez de una broca. Taladro radial: A diferencia de los taladros anteriores, el taladro radial tiene la mesa de trabajo en la parte inferior, ya que está diseñada para acomodar piezas grandes. Es una máquina de gran tamaño que mueve su cabezal, su mesa de trabajo y el husillo principal con motores independieres. El husillo se puede colocar para taladrar en cualquier lugar dentro del alcance de la máquina por medio de los movimientos proporcionados por la cabeza, el brazo y la rotación del brazo alrededor de la columna. Taladro manual: La taladradora de mano es una herramienta que se utiliza para perforar diversos materiales. Los agujeros se hacen por un proceso de arranque de material mediante unas herramientas llamadas brocas. (Groover, 1997) Partes de la maquinaria

Las partes principales del taladro son las siguientes: Base: Esta sirve para dar estabilidad a la máquina como montaje rígido para la columna. Mesa: Esta puede ser redonda o rectangular, se utiliza para sujetar la pieza que se va a trabajar; esta se puede mover hacia arriba, abajo y girar alrededor de la columna. Columna: Esta es cilíndrica, de precisión y se monta en la base. Sirve de apoyo para la mesa y la cabeza del taladro. Cabeza taladradora: Esta aloja el mecanismo utilizado para hacer girar la herramienta de corte y hacerla avanzar hacia la pieza de trabajo. Husillo: Este es un eje redondo que sujeta e impulsa la herramienta de corte. Manguito: Esta parte aloja el husillo, no gira sino que solo se desplaza hacia arriba y hacia abajo, dentro de la cabeza. Porta brocas: Este dispositivo es el que sirve para sujetar las brocas durante la operación. Palanca de avance: Esta se utiliza para controlar el movimiento vertical del manguito del husillo y de la herramienta de corte. (Gerling, 2000)

Fig.5: Operaciones

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Fig.6: Taladro

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1.2.METODOLOGÍA PARA LA MANUFACTURA DE UNA PIEZA Es una serie de pasos orientados a la fabricación de productos con máquinas-herramientas y procesos adecuados, permitiendo obtener artículos que cumplan con requerimientos funcionales deseados, conociendo los conceptos de manufactura y sus parámetros. El siguiente esquema muestra al alumno de manera sencilla los pasos a seguir así como las especificaciones, requerimientos o características que deben cubrirs en cada uno.

Diseño Plano

Especificaciones

Materia prima

Ajustes

Selección de Material Características

Tamaño

Composición

Selección de Operaciones Selección según el tipo de maquinaria, desbaste y acabado requerido

Selección de Proceso Torneado

Fresado

Taladrado

Cepillado

Brochado

Esmerilado

Selección de Herramienta Que sea apropiada para el tipo de material

Que cumpla con los requerimientos

Determinar secuencia Que los procesos no interfieran entre si

Especificación de parámetros R.P.M

Avance

Profundidad

Herramienta

Metrología Verificar dimensiones

Cumple/No cumple

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1.3.CONTROL NUMÉRICO Y SU APLICACIÓN EN LOS PROCESOS DE MANUFACTURA Se considera control numérico a todo dispositivo capaz de dirigir posicionamientos de un órgano mecánico móvil, en el que las órdenes relativas a los desplazamientos del móvil son elaboradas en forma totalmente automática a partir de información numéricas definidas, bien manualmente o por medio de un programa. De esta forma se introdujo el control numérico en los procesos de fabricación, impuesto por varias razones: Necesidad de fabricar productos que no se podían conseguir en cantidad y calidad suficientes sin recurrir a la automatización del proceso de fabricación, necesidad de obtener productos hasta entonces imposibles o muy difíciles de fabricar, por ser excesivamente complejos para ser controlados por un operador humano y necesidad de fabricar productos a precios suficientemente bajos. Inicialmente, el factor predominante que condiciono todo automatismo fue el aumento de productividad. En una maquina CNC, a diferencia de una maquina convencional o manual, una computadora controla la posición y la velocidad de los motores que accionan los ejes de la máquina. Gracias a esto, puede hacer movimientos que no se pueden lograr manualmente. Un conjunto de órdenes que siguen una secuencia lógica constituyen un programa de maquinado dándole las ordenes simples o instrucciones adecuadas a la máquina. Actualmente muchas de las maquinas modernas trabajan con lo que se le conoce como “lenguaje convencional” en el que el programador escoge la operación que desea y la maquina le pregunta los datos que se requieren. También se emplean sistemas CAD/CAM que generan el programa de maquinado de forma automática. Como ya se mencionó, las cuatro variables fundamentales que inciden en la bondad de automatismo son: productividad, rapidez, precisión y velocidad. (Garcia, 1998) Ventajas Mayor precisión y mejor calidad de productos. Mayor uniformidad en los productos producidos. Un operario puede operar varias máquinas a la vez. Fácil procesamiento de productos de apariencia complicada. Flexibilidad para el cambio en el diseño y en modelos en un tiempo corto. Fácil control de calidad. Se reduce la fatiga del operador. Mayor seguridad en las labores. Disminución de tiempos de mecanizado. Permite simular el proceso de corte a fin de verificar que este sea correcto. Desventajas Alto costo de la maquinaria. Falta de opciones o alternativas en caso de fallas. Es necesario programar en forma correcta la selección de las herramientas de corte y la secuencia de operación para un eficiente funcionamiento. Los costos de mantenimiento aumentan, ya que el sistema de control es más complicado y surge la necesidad de entrenar al personal de servicio y operación. Es necesario mantener un gran volumen de producción a fin de lograr una mayor eficiencia de la capacidad instalada. (EcuRed)

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2. ANÁLISIS Y DISEÑO DE PIEZA El proceso de diseño para una pieza requiere primero de la comprensión clara de las funciones y del rendimiento esperado de la pieza, el cual puede ser nuevo o una versión revisada de un producto ya existente. Todos hemos observado, por ejemplo, cómo ha cambiado el diseño y estilo de los radios, tostadores, relojes, automóviles y lavadoras. Tradicionalmente, las actividades de diseño y de manufactura han ocurrido de manera secuencial, más que de manera concurrente o simultánea. Los diseñadores ocuparían un esfuerzo y tiempo considerables en el análisis de los componentes y en la preparación de dibujos detallados de las piezas; estos dibujos serían enviados a los departamentos de organización, como por ejemplo los departamentos de materiales donde se identificarían las aleaciones y las fuentes particulares de proveedores. Las especificaciones se enviarían entonces a un departamento de manufactura, donde los dibujos detallados serian revisados y se seleccionarían los procesos para una producción eficiente. Aunque este procedimiento parece lógico y sencillo en teoría, se ha encontrado en la práctica que es un procedimiento que en forma extrema desperdicia recursos. (P.E., 206)

2.1. ANÁLISIS DE LAS SUPERFICIES A MAQUINAR Antes de realizar operación alguna, se debe determinar la fabricabilidad de la pieza, ya que en el contrato el fabricante se compromete a asegurar el cumplimiento de las especificaciones del plano. En primer lugar se deben contrastar la validez de los procesos disponibles estudiando las cotas críticas y decidiendo los puntos de amarre para conseguirlas. Se han de tener en cuenta si se tienen que realizar operaciones intermedias como tratamientos térmicos, si se han de diseñar amarres especiales, etc. Por último y como cosa importante se han de prever los instrumentos de control necesarios para el control de calidad antes de dar salida al producto. Para realizar bien este estudio previo a la fabricación se va describir una metodología que conviene utilizar sobre todo para los planificadores noveles. Los pasos a seguir son: Numeración de las superficies a mecanizar Análisis de las especificaciones de las superficies. Análisis de la preforma necesaria. Análisis del resto de las especificaciones.

2.1.1. Análisis de tolerancias geométricas La tolerancia en una dimensión es la variación total permisible de su tamaño, la cual es igual a la diferencia entre los límites de tamaño. En ocasiones se utiliza la plural tolerancia para determinar las variaciones permisibles del tamaño especificado cuando las tolerancias se expresan bilateralmente. Las tolerancias geométricas, son el margen de la forma del elemento individualmente o la posición respecto a otro elemento. Las tolerancias geométricas se especifican para aquellas piezas que han de cumplir funciones importantes en un conjunto, de las que depende la fiabilidad del producto (WIKIPEDIA, 2010). Se clasifican en: Rectitud: Se refiere a la calidad y forma de una línea recta. La zona de tolerancia está limitada bien sea por un cilindro recto de diámetro t. Se considera que la línea es recta siempre que se mantenga dentro de cilindro tolerado o una superficie plana con una altura

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h o una zona rectangular con lado t1 y t2. Si la línea escapa de cualquiera de esta zona se debe rechazar. Planicidad: Concepto que evalúa la calidad de una superficie plana. La zona tolerada está comprendida en medio de dos planos ideales paralelos se parados a una distancia T. La superficie se acepta cuando sus ondulaciones generadas durante el proceso de fabricación están comprendidas dentro de la zona tolerada. Circularidad: Mediante esta tolerancia se acepta o se rechaza un circulo determinado si sus variaciones o errores están comprendidos o no dentro de la zona demarcada por dos circunferencias ideales de Radio R - r. Cilindricidad: Permite valorar la calidad de una superficie cilíndrica. La zona tolerada t está comprendida entre dos cilindros rectilíneos ideales concéntricos t = R - r. Perfil de una línea: Permite evaluar si una línea cualquiera cumple con la forma de su perfil teórico. La zona tolerada se define mediante una superficie cilíndrica ideal de diámetro t, cuyo eje es la línea teórica en cuestión. Perfil de una superficie: Se refiere a la forma de una superficie cualquiera. La zona tolerada queda definida por dos superficies separadas por la longitud t y equidistantes a la superficie teórica. Paralelismo: Se refiere al paralelismo que debe guardar una recta o un plano con respecto a un elemento de referencia, este elemento ser otro plano u otra recta. Perpendicularidad: refiere a la perpendicularidad que debe guardar una recta o un plano con respecto a un elemento de referencia, este elemento ser otro plano u otra recta. Angularidad: refiere al ángulo distinto de 90 ó 0 que debe guardar una recta o un plano con respecto a un elemento de referencia, este elemento ser otro plano u otra recta. Posición: Permite evaluar la posición de un punto en un plano, La zona de tolerancia puede estar definida por un circulo de radio t u un cuadrado de lado t. La zona tolerada se considera como una esfera de diámetro t. Concentridad: Se refiere a la posición del centro de una circunferencia con respecto al centro de otra circunferencia que sirve de referencia. Coaxialidad: Se refiere a la posición del eje de un cilindro recto con respecto al eje de otro cilindro que sirve de referencia. La zona de tolerancia es un cilindro de diámetro t con el mismo eje del cilindro de referencia. Simetría: Se evalúa la simetría de una entidad con respecto a un plano. La zona tolerada es el espacio comprendido entre dos planos separados a una distancia t, ubicados equidistantemente a al plano de referencia. Circular: Máxima variación de posición permitida dentro de la zona demarcada t. Total: Máxima variación de posición permitida sobre la recta y distancia t.

2.1.2. Análisis de material En general, los materiales blandos se mecanizan con mayores velocidades de corte que los duros, pues en los primeros la herramienta se embota más rápidamente. En los materiales blandos deben proyectarse las herramientas de corte de modo que las virutas largas tengan hueco suficiente para alojarse y debe cuidarse que haya una buena lubricación. Además, los materiales duros desarrollan en el arranque de viruta más calor que los blandos y por esta

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razón se deben trabajar con velocidad de corte más reducida que estos últimos. (Gerling, Alrededor de las máquinas-herramienta, 1997) La dureza de la pieza influye en la velocidad de avance que se implementará para el mecanizado de una pieza, ya que mientras más dura sea la pieza a mecanizar, será necesario usar una velocidad de avance menor para evitar que la pieza y la herramienta se calienten y permitirle a la herramienta que realice el corte de una manera adecuada. (Black, 1999) Un factor que influye en la rugosidad que se le da a una pieza mecanizada es la velocidad de avance. Si se emplea una alta velocidad de avance, la herramienta no tendrá la oportunidad de realizar el corte libremente y se obtendrá una mayor rugosidad. En cambio, si se emplea una baja velocidad de avance, la herramienta cortará la pieza libremente y en consecuencia se obtendrá una alta calidad en el acabado. (Nelly, 1992) La velocidad de avance de las herramientas dependiendo del tipo de material de la pieza que se esté mecanizando. Esto influye en ciertos tipos de materiales porque no es conveniente utilizar una alta velocidad de avance en materiales muy duros o en materiales como madera o polímeros, ya que este tipo de materiales tienden a quemarse o desgastarse a causa de la fricción. (Schey, 2002)

Fig.7: Simbología de tolerancias geométricas

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2.2.SELECCIÓN DE HERRAMIENTAS Y PARÁMETROS DE CORTE La selección de las herramientas de corte para una aplicación en particular es uno de los factores más importantes en las operaciones de maquinado, como lo es la selección del material para moldes y matrices (dados) en los procesos de formado y moldeado. Tienen el objeto fundamental de transformar un cuerpo, sea en el sentido geométrico (forma) o en el dimensional (medida). La transformación física, que tiene por objeto hacer adquirir a un elemento una forma diferente a la inicial. El elemento, en su estado indefinido, debe ser transformado gradualmente con una serie de procedimientos tecnológicos a fin de obtener una forma final. (Kalpakjian, 2008). La mayor parte del mecanizado se realiza con herramientas cortante, la cual es una pieza de metal endurecido o de otro material, capaz de cortar metal. Los cuatro factores siguientes determinan el modo en el que una máquina herramienta corta: La clase de material de la pieza que se trabaja: Cada material tiene diferentes características tales como tenacidad, maleabilidad, fragilidad y ductibilidad que afectan la facilidad o dificultad del maquinado. La clase del material de la herramienta cortante: La mayor parte de las herramientas de corte que se utilizan se hacen de acero de alta velocidad. La industria hace un amplio uso de herramientas de carburo-tungsteno y cerámica que se pueden trabajar a velocidades extremadamente altas. La forma de la herramienta cortante: Lo esencial para cualquier herramienta de corte es un borde penetrante, también es obvio que entre más angosta sea la hoja será menos necesaria la fuerza para encajarla en el material que se tiene cortar. El borde cortante debe ser resistente. La acción de la herramienta cortante: Determina la clase de virutas que se formarán, las virutas muestran si una máquina está siendo operada de forma correcta, también muestra si la herramienta de corte está afilada de manera apropiada para la forma y agudeza requeridas. (Feirer, 2004) La selección de los parámetros de corte dependen de: Tipo de material (pieza y herramienta): Cada herramienta tiene propiedades características dadas por el material que están hechas, igual que la pieza de trabajo, fijar ambas condiciones no permitirá hacer un maquinado. Vida de la herramienta: Tener en cuenta el arranque de la herramienta y cómo este influye en su vida o funcionamiento. Tipo de proceso y operaciones: Elegir las herramientas de corte adecuadas tanto para el proceso como la operación, para cortar con la forma y geometría correcta la pieza. Forma desbaste o acabado: Es importante determinar si la operación llevada a cabo es de poco o mucho arranque de viruta. Movimientos: Tener en cuenta tanto trayectorias como el movimiento pieza -herramienta.

2.2.1. Tipos de herramientas Las herramientas de corte, en una forma muy general pueden dividirse en dos tipos principales, las de un filo y las de múltiples filos. Para ello definimos:

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Herramientas de un filo cortante

Las herramientas de una punta se usan en torneado, perforado, perfilado y cepillado. En una herramienta de una punta, la orientación de la superficie de inclinación se define por dos ángulos, el ángulo de inclinación posterior y el ángulo de inclinación lateral. Estos dos ángulos tienen una influencia determinante en la dirección del flujo de la viruta sobre la cara o superficie de inclinación. La superficie del flanco o incidencia de la herramienta se define por el ángulo de incidencia frontal (ERA, por sus siglas en inglés) y el ángulo de incidencia lateral (SRA, por sus siglas en ingles). Estos ángulos determinan la magnitud del claro entre la herramienta y la superficie de trabajo recién creada. (Groover, 2007) Herramientas de múltiples filos cortantes

La mayoría de las herramientas múltiples de filos cortantes se utilizan en operaciones de maquinado en las que la herramienta gira. Los ejemplos más significativos son el taladro y el fresado. La herramienta avanza ya sea de forma lineal o rotacional produciendo un desbaste o acabado con sus múltiples filos en el material. En taladrado la herramienta avanza en una dirección paralela a su eje de rotación dentro de la parte de trabajo para formar un agujero redondo, en el fresado se mueve lentamente sobre el material para generar un plano o superficie recta, la dirección del movimiento de avance es perpendicular al eje de rotación. Dependiendo el tipo de proceso se usan diversas herramientas de múltiples filos las cuales pueden ser labios en las brocas o filos en las fresas.

2.2.2. Material para herramienta de corte Los materiales de las herramientas de corte logran esta combinación de propiedades en varios grados. En esta sección se analizarán los siguientes materiales de herramientas de corte: Aceros de alta velocidad y sus predecesores: Antes de la invención del acero de alta velocidad, los únicos materiales para corte de metales eran el acero simple al carbono y el acero de mushet. En la actualidad estos aceros se usan esporádicamente en las aplicaciones industriales del maquinado de metales. Los aceros de alta velocidad: (HSS por sus siglas en inglés). Son aceros de herramienta altamente aleados, capaces de mantener su dureza a elevadas temperaturas mejor que los aceros de baja aleación y alto contenido de carbono. Su buena dureza en caliente permite el uso de estas herramientas a velocidades de corte más altas. Se dispone de una amplia variedad de aceros de alta velocidad, pero se pueden dividir en dos tipos básicos: 1) tipo tungsteno, designados como grado-T (AISI), 2) tipo molibdeno, designados como grados M por el AISI. Los HSS tipo tungsteno contienen tungsteno (W) como su principal ingrediente de aleación. Los elementos adicionales de aleación son el cromo (Cr) y el vanadio (V). Los grados HSS molibdeno contienen combinaciones de tungsteno y molibdeno (Mo), más los mismos elementos de aleación adicionales que los grados T. El cobalto (Co) se agrega a veces al HSS con el fin de mejorar su dureza en caliente. (Groover, 2007) Aleaciones de fundición de cobalto: Las herramientas de corte fabricadas con aleaciones de fundición de cobalto consisten de cobalto en 40 a 50 %; cromo en 25 a 35 %; y tungsteno, por lo general de 15 a 20 %, con trazas de otros elementos. Estas herramientas se hacen a la forma deseada a través de fundición de moldes de grafito y después se esmerilan para darles el tamaño y afilado final. La resistencia al desgaste es mejor que la

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del acero de alta velocidad, pero no tanto como la de los carburos cementados. La tenacidad de las herramientas de fundición de cobalto es mejor que la de los carburos, pero no tan buena como la de los HSS. Son capaces de cortes burdos pesados a velocidades mayores que las de los HSS y avances mayores que la de los carburos. (Groover, 2007) Carburos cementados, cermet y carburos recubiertos: Los cermet son compuestos de materiales cerámicos y metálicos. Los carburos cementados se incluyen técnicamente dentro de esta definición; sin embargo, los cermet basados en WC-Co, incluidos WCTiC,TaC-Co, se conocen como carburos de uso común. En la terminología de la herramientas de corte, el termino cermet se aplica a los compuestos cerámico-metálicos que contienen TiC,TiN y otros materiales cerámicos, excepto el WC. Un avance en los materiales de corte involucra la aplicación de recubrimientos muy delgados a un sustrato de WC-Co. Estas herramientas se llaman carburos recubiertos. De esta manera se tienen tres materiales estrechamente relacionados que se analizaran en esta sección: 1) carburos cementados, 2) cermet y 3) carburos recubiertos. Carburos cementados: Los carburos cementados (también llamados carburos sinterizados) son una clase de materiales duros para herramienta formulados con carburo de tungsteno(WC), y manufacturados con técnicas de metalurgia de polvo en l as que se utiliza el cobalto (Co) como aglutinante. Además del WC, puede haber otros compuestos de carburo en la mezcla, como carburo de titanio (TiC) o carburo de tantalio (TaC).Los grados de corte para materiales que no incluyen el acero se refieren a aquellos carburos cementados que son apropiados para maquinar aluminio, latón, cobre, magnesio, titanio y otros metales no ferrosos; el hierro colado gris se incluye irregularmente en este grupo de materiales de trabajo. Cerámicos: Las herramientas de corte a base de materiales cerámicos están compuestas principalmente de óxido de aluminio de grano fino, prensado y sinterizado a altas presiones y temperaturas sin aglutinante en forma de inserto. El óxido de aluminio es por lo general muy puro, aunque algunos fabricantes añaden otros óxidos, como óxido de circonio en pequeñas cantidades. Las herramientas de corte de óxido de aluminio tienen más éxito en el torneado a altas velocidades de fundiciones de hierro y acero. Dichas herramientas se pueden usar para operaciones de acabado en el torno en aceros endurecidos, donde las velocidades de corte son altas, tanto el avance como la profundidad de corte son bajos, y se emplean instalaciones rígidas de trabajo. Muchas fallas por fractura prematura de herramientas cerámicas se deben a máquinas herramientas no rígidas, que sujetan a las herramientas a fuerzas dinámicas. Cuando las herramientas cerámicas de corte se aplican apropiadamente, pueden usarse para obtener buen acabado en las superficies. No se recomiendan las herramientas cerámicas para operaciones interrumpidas de corte basto debido a su baja tenacidad. Diamantes sintéticos y nitruro de boro cúbico: El diamante es el material más duro que se conoce. Según algunas medidas de dureza, el diamante es cerca de tres o cuatro veces más duro que el carburo de tungsteno o que el óxido de aluminio. Como la alta dureza es una de las propiedades deseables de las herramientas de corte, es natural que se piense en los diamantes para aplicaciones de esmerilado y maquinado. Las aplicaciones de las herramientas de corte de diamante incluyen al maquinado a alta velocidad de metales no

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ferrosos y abrasivos no metálicos como fibras de vidrio, grafito y madera. No es práctico maquinar el acero y otros metales ferrosos, así como las aleaciones basadas en níquel, con herramientas de SPD, debido a la afinidad química que existe entre estos metales y el carbono. (Groover, 2007)

2.2.3. Parámetros de corte Las condiciones de corte se pueden clasificar en dos grandes grupos: los independientes y los dependientes. Como su nombre lo menciona, los primeros no dependen de manera obligada de otras variantes del proceso, pues pueden ser establecidas y valoradas según las especificaciones, mientras que en las dependientes la obtención de los valores están altamente relacionadas a otras variantes previamente calculadas en el sistema, siendo una consecuencia de las mismas. Entre las independientes, también conocidas como fundamentales encontramos: velocidad de corte, avance, profundidad y rpm. Mientras las dependientes, también llamadas derivadas son la fuerza, potencia, ángulo y el tiempo de corte (Escamilla Salazar, 2004) Independientes Velocidad de corte

Velocidad de avance

Profundidad

rpm

Dependientes Fuerza

Potencia

Tiempo

Ángulos

Desbaste: Operación que consiste en eliminar la mayor cantidad de material posible, aproximándose a la dimensión final de la pieza. No es importante el acabado superficial de la pieza. Parámetro Velocidad de corte Avance Profundidad de corte Fuerza de corte Potencia Tiempo de maquinado

Nivel Bajo Alto Alto Alto Alto Bajo

Acabado: Consiste en eliminar la pequeña cantidad de material que queda luego de la operación de desbaste para obtener las dimensiones finales y el acabado superficial deseado. (Bartsch, 1981) Parámetro Velocidad de corte Avance Profundidad de corte Fuerza de corte Potencia Tiempo de maquinado

Nivel Alto Bajo Bajo Bajo Bajo Alto

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. 2.2.3.1. Revoluciones por minuto

Es una unidad de frecuencia que se usa también para expresar velocidad angular. En este contexto, se indica el número de rotaciones completadas cada minuto por un cuerpo que gira alrededor de un eje. La podemos calcular como: (Bartsch, 1981)

                                                            2.2.3.2. Avance

Es el ddesplazamiento de la herramienta respecto de la pieza por cada revolución o carrera. Es un parámetro elegible mediante tablas, tales como: Para torno: Sistema métrico (mm/rev ) y en Sistema Inglés (pul/rev). TABLA 1: AVANCES PARA DIVERSOS MATERIALES EMPLEO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE DE ALTA VELOCIDAD Materiales

Cortes de desbaste

Cortes de acabado

Milímetros

Pulgadas

Milímetros

Pulgadas

Acero de máquina

0.25-0.50

0.010-0.020

0.07-0.25

0.003-0.010

Acero de herramientas

0.25-0.50

0.010-0.020

0.07-0.25

0.003-0.010

Hierro fundido

0.40-0.65

0.015-0.025

0.13-0.30

0.005-0.012

Bronce

0.40-0.65

0.015-0.025

0.07-0.25

0.003-0.010

Aluminio

0.40-0.75

0.015-0.030

0.13-0.25

0.005-0.010

Para torno: Sistema métrico (mm/rev ) y en Sistema Inglés (pul/rev). Nota: por diente. TABLA 2: AVANCES RECOMENDADO POR DIENTE HERRAMIENTA DE CORTE DE ACERO DE ALTA VELOCIDAD Materiales

Fresas de corte lateral mm in

Fresas de corte frontal mm in

Fresas helicoidales simples mm in

Acero de máquina

0.18

0.007

0.15

0.006

0.25


0.13

0.005

0.10

0.004

Hierro fundido

0.18

0.007

0.18

Bronce

0.20

0.008

Aluminio

0.33

0.013

Sierras mm

In

0.010

0.05

0.002

0.18

0.007

0.05

0.002

0.007

0.18

0.010

0.05

0.002

0.23

0.009

0.28

0.011

0.08

0.003

0.28

0.011

0.46

0.018

0.13

0.005

26 26


Si lo que se desea es obtener la velocidad de avance, haga uso de las tablas anteriores para seleccionar los parámetros de avance y aplique la fórmula (según el caso):

                                                                                                                                 2.2.3.3. Velocidad de corte

La velocidad de corte es la velocidad de desplazamiento relativo de la pieza con la herramienta en la dirección del corte. Así pues la velocidad de corte es la velocidad con que se produce el movimiento de corte y por lo tanto la velocidad a que se realiza el corte; es la velocidad periférica en un punto cualquiera de contacto de la herramienta de corte con la pieza. Podemos elegir el parámetro o calcularlo dependiendo el caso (Saa Suárez, 2011). Si se trata de una elección podemos usar las tablas. TABLA 3: VELOCIDADES DE CORTE DEL TORNO CON EL EMPLEO DE UNA CHUCHILLA DE ALTA VELOCIDAD Materiales

Torneado y ensanchamiento de agujeros

ROSCADO

Cortes de desbaste

Cortes de acabado

m/min

ft/min

m/min

ft/min

m/min

ft/min

Acero de máquina

27

90

30

100

11

35


21

70

27

90

9

30

Hierro fundido

18

60

24

80

8

25

Bronce

27

90

30

100

8

25

Aluminio

61

200

93

300

18

60

27 27


TABLA 4: VELOCIDADES DE CORTE EN FRESADORA CON EL EMPLEO DE UNA CHUCHILLA DE ALTA VELOCIDAD O CARBURO Materiales

Fresas de acero de alta velocidad m/min ft/min

Fresa de carburo m/min

ft/min

Acero de máquina

21-30

70-100

45-75

150-250


18-20

60-70

40-60

125-200

Hierro fundido

15-25

50-80

40-60

125-200

Bronce

20-35

65-120

60-120

200-400

Aluminio

150-300

500-1000

150-300

1000-2000

De tener los datos de número de revoluciones y el diámetro de la pieza ó herramienta, las fórmulas para velocidad de corte son:

                                                            2.2.3.4. Profundidad de corte

Se denomina profundidad de corte a la profundidad de la capa arrancada de la superficie de la pieza en una pasada de la herramienta. También se denomina como la distancia que hay desde la punta de la herramienta hasta el límite superior de la zona de la pieza donde se esté mecanizando, formando siempre una perpendicular al eje de trabajo (Teruel, 2007). La profundidad de corte por pasada puede ser calculada mediante las relaciones:

                                                         

Tablas y fórmulas obtenidas de: S.F., Krar & J.W., Oswald. (1993). "Entrenamiento en el taller mecánico". 2ed. Ed. Mc.Graw-Hill. México. Página 109-110 & 185-187.

28 28


2.3. ANÁLISIS Y SELECCIÓN DEL MATERIAL DE LA PIEZA Así como es de vital importancia elegir adecuadamente el material de la herramienta que mecanizará, también hay que saber adecuar la naturaleza del material del que estará compuesta nuestra pieza. La relación entre estos dos materiales juega un papel muy importante, qué tan económico resulta usar una herramienta de un material más o menos duro que la pieza a mecanizar, en qué nos afecta, cuáles son las ventajas. Nos encontramos con una amplia variedad de materiales que podemos mecanizar, entre los más comunes son: el acero para máquina, acero de herramienta o acero recocido, hierro colado, latón, bronce, aluminio y polímeros para maquinar como ABS, nylon, PBI, policarbonato, acetal, etc. El material de pieza influirá significativamente en los parámetros de los procesos de corte, no podemos desbastar a la misma velocidad un aluminio y un acero, y esperar obtener los mismos resultados en ambos. Previamente será necesario determinar cuál será la función de la pieza una vez mecanizada, esto nos ayudara a adecuar el material tanto para su función como para el proceso. Por lo general materiales más blandos requieren de menos potencia en las máquinas, ya que la herramienta debe realiza un menor esfuerzo para arrancar la viruta superficial, mientras que los materiales más duros requerirán de máquinas más grandes, más potentes y de herramientas que puedan soportar los esfuerzos generados por el corte. Cabe destacar también que no cualquier material podrá mecanizarse, será muy difícil trabajar con materiales frágiles al corte y quebradizos, podremos incluir solo a aquellos que cumplan niveles bajos de resistencia, ductilidad y dureza, que puedan tolerar los arranques de viruta sin deformarse o romperse. Podemos clasificar estos materiales como materiales maquinables, que se caracterizan por las siguientes propiedades: (Black, 1999) Baja ductilidad. Que la separación de la viruta ocurra después de un corte mínimo y se rompa fácilmente. Opuesto a la deformación plástica. La resistencia TS y la dureza deben ser bajas. La adhesión o unión metalúrgica fuerte entre herramienta y material es indeseable. Partículas suaves o que se suavizan a temperaturas altas, son benéficas ya que promueven el corte localizado y contribuyen al rompimiento de la viruta. La alta conductividad térmica es útil para mantener temperaturas bajas durante el corte. Un bajo punto de fusión del material significa que las temperaturas de corte permanecerán bajas. Menores a las temperaturas en donde la herramienta se suaviza.

Fig.8: Profundidad de corte en torno

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Fig.9: Profundidad de corte en fresa

29


3. DEFINICIÓN DE TRAYECTORIAS DE HERRAMIENTA Las trayectorias de la herramienta en el mecanizado de piezas por arranque de viruta se pueden definir como el camino que debe seguir la herramienta para la obtención de los diferentes tipos de acabados. Una trayectoria adecuada para el tipo de acabado requerido ayuda a evitar daños a la herramienta y ayuda a mejorar la vida de la herramienta y prolonga la utilidad de la máquina herramienta. Además de que permiten un mecanizado más rápido y un mejor acabado en las piezas y minimiza el desgaste de la herramienta. (Mentxaka, 2011)

3.1.SUPERFICIES A MAQUINAR Cualquier superficie real, por perfecta que parezca, presentará irregularidades que se originan antes, durante o después de algún proceso de fabricación. Las irregularidades mayores son errores de forma asociados con la variación de tamaño de una pieza, paralelismo entre superficie y planitud de una superficie o conicidad, redondez y cilindridad. Y las irregularidades menores son la ondulación y la rugosidad. Una superficie mecanizada es aquélla que se consigue mediante una mecanizado, ya sea con separación de virutas: torneado, fresado, amolado o limado, o bien, con un mecanizado especial: esmerilado, rasqueteado o pulido. Un aspecto importante en la fabricación de piezas es conseguir que cumpla los requisitos especificadas en la metodología para la manufactura de esta pieza, y un aspecto importante es seleccionar nuestra superficie a mecanizar. Esto es importante porque de acuerdo a la geometría, tamaño, tipo de irregularidades y de material de esta superficie se seleccionarán variedad de aspectos, como el tipo de material de la herramienta de corte para un mejor trabajo y cuidado de la herramienta y de la maquina, lo que llevará a tomar en cuenta, también, los parámetros de corte permisibles para este tipo superficie (velocidad de avance y de corte, tiempo, revoluciones por minuto, profundidad, etcétera), el acabado o desbastado superficial que obtendremos y consideran el tamaño y tipo de viruta que se desprenderá en durante la operación que se esté realizando. En este caso determinar los grados característicos de mecanizado es de vital importancia para prevenir una esfuerzos residuales en las trayectorias (Rodríguez Montes, Castro Martínez, & del Real Romero, 2006).

3.2.GEOMETRÍA DE LA HERRAMIENTA La geometría de la herramienta hace referencia a la forma que está debe poseer para determinados fines de maquinado, en la cual se incluyen las formas, las partes y principalmente los ángulos que son quienes definen en mayor medida a las misma. Existen dos estándares sobre la geometría de herramienta, el estándar ISO y el estándar ANSI. Las herramientas de corte para mecanizado pueden tener muchas figuras, cada una se define por sus ángulos o geometrías. Cada una de estas figuras tiene un propósito específico en el mecanizado. La meta principal del mecanizado es lograr la separación de viruta más eficiente de la pieza trabajada. Por esta razón, la selección adecuada de la geometría de la herramienta de corte es crítica. Algunos otros factores en la formación de la viruta son: El material de la pieza a trabajar. El material de la herramienta de corte. El poder y la velocidad de la máquina. Condiciones varias del proceso, como los parámetros de corte.

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La herramienta de corte debe contar con una forma apropiada para las aplicaciones del maquinado. Una forma importante de clasificar las herramientas de corte es atendiendo a los procesos de maquinado. De esta forma tenemos herramientas para torneado, fresas, brocas, escariadores y muchas otras herramientas de corte, cuyo nombre deriva de la operación en que se usa cada una con su geometría propia y única. (Society of Manufacturing Engineers).

Superficies de la herramienta Superficie de ataque: Parte por la que la viruta sale de la herramienta. Superficie de incidencia: Es la cara del útil que se dirige en contra de la superficie de corte .

Ángulos de la herramienta Ángulo de incidencia a (alfa): Es el que se forma con la tangente de la pieza y la superficie de incidencia del útil. Sirve para disminuir la fricción entre la pieza y la herramienta. Ángulo de filo b (beta): Es el que se forma con las superficies de incidencia y ataque del útil. Establece qué tan punzante es la herramienta y al mismo tiempo que tan débil es. Ángulo de ataque g (gama): Es el ángulo que se forma entre la línea radial de la pieza y la superficie de ataque del útil. Sirve para el desalojo de la viruta, por lo que también disminuye la fricción de esta con la herramienta. Ángulo de corte d (delta): Es el formado por la tangente de la pieza y la superficie de ataque del útil. Define el ángulo de la fuerza resultante que actúa sobre el buril. Ángulo de punta e (épsilon): Se forma en la punta del útil por lo regular por el filo primario y el secundario. Permite definir el ancho de la viruta obtenida. Ángulo de posición c (xi): Se obtiene por el filo principal del la herramienta y el eje de simetría de la pieza. Aumenta o disminuye la acción del filo principal de la herramienta. Ángulo de posición l (lambda): Es el que se forma con el eje de la herramienta y la radial de la pieza. Permite dar inclinación a la herramienta con respecto de la pieza.

Filos Filo principal: Está en contacto con la superficie desbastada y trabajada. Filo secundario: Por lo regular se encuentra junto al filo primario y se utiliza para evitar la fricción de la herramienta con la pieza.

Fig.10: Superficies

Fig.11: Ángulos

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3.3.TRAYECTORIAS DE HERRAMIENTAS Existen diferentes tipos de trayectoria, entre los más usuales en el mecanizado tenemos los siguientes (Ángel, 2013): Trayectoria circular: Como su nombre lo dice, es el movimiento del carro describiendo círculos. Es utilizado el mecanizado de arcos. Trayectoria trocoidal: Este tipo de trayectoria se incorporó recientemente. La novedad de esta forma de trabajo es que se consigue evacuar grandes volúmenes de material con bajos niveles de consumo de potencia del cabeza, caso que es muy frecuente en los centros de mecanizado de alta velocidad. (Bilbatua, 2002). Mediante la aplicación de una trayectoria trocoidal, el acabado radial en la herramienta se reduce drásticamente. Esto mejora la vida de la herramienta y prolonga la utilidad de la máquina herramienta. El mecanizado trocoidal evita el corte con todo el ancho de la herramienta cuando se mecaniza, creando trayectorias que eliminan el material de forma progresiva desde el bloque con un movimiento circular, ajustando automáticamente la trayectoria para asegurar un mecanizado de forma eficaz y seguro. (DELCAM)

Fig.12: Trayectoria trocoidal

Fig.13: Trayectoria circular

Trayectoria lineal: Es el desplazamiento del carro en línea recta, es decir, si tenemos un punto A hasta un punto B el movimiento desde A-B se describe como una recta con una inclinación respecto al eje de simetría de la pieza. Las trayectorias minimizan cualquier cambio repentino en la dirección de la herramienta, permitiéndole mecanizar más rápido con un menor uso de la zona de corte y minimizando el desgaste de la máquina herramienta. (DELCAM) Trayectoria helicoidal: Es originada por un movimiento rápido circular (movimiento de corte) uniforme y un movimiento lento rectilíneo. Dicha trayectoria corresponde a la muesca que la herramienta va trazando sobre la pieza. Este estilo de trayectoria de herramienta retira material en niveles Z, mientras mantiene una carga de viruta constante a través de sucesivos ófsets del contorno interno.es utilizada principalmente para la elaboración de roscas. (Esteba Domínguez, 2008)

32 Fig.14: Trayectoria lineal

Fig.15: Trayectoria helicoidal

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4. LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN PARA TORNO Y FRESA Las maquinas de control numérico son maquinas que trabajan por coordenadas, a las que se les incorpora un ordenador, y mediante una programación específica que este procesa, es capaz de ponerla en marcha, mover los carros, dar el avance a las herramientas, cambiar las revoluciones, etc. De forma automática sin que el operario mueva ningún carro durante el mecanizado de la pieza siendo el operador el que comanda la maquina. Para programar una maquina de control numérico son necesarios lenguajes de programación, así también como conocer la estructura debida del programa. Los movimientos de los carros de nuestra máquina herramienta están en función de las medidas que tenga la pieza a trabajar, y se asentarán en los ejes coordenados correspondientes a cada carro. (Gómez, 2012) El programa WinUnisoft permite simular el mecanizado de un programa de CNC, tanto para torno como fresadora, editado en código ISO o definido mediante un sistema de CAD/CAM, analizando los errores que en él se puedan producir. WinUnisoft consta de una serie de módulos independientes que confieren al programa de la flexibilidad necesaria para adecuarse a los requerimientos de cada ambiente formativo. Estas son algunas de sus características más destacadas. Una plataforma común para el aprendizaje de los diferentes lenguajes de programación utilizados por los principales fabricantes de CNC. En el mismo programa se trabaja, de forma simultánea, con ejercicios de torno y fresadora. Amplia gama de ejercicios propuestos para torneado y fresado que permite adaptar el programa a los diferentes niveles formativos. La adquisición de las licencias para los diferentes lenguajes de programación se puede hacer de forma progresiva. Cada licencia incluye la versión de torno y fresadora (FANUC, 2014). WinUnisoft ha sido concebido específicamente para su utilización en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Sin descuidar el contenido tecnológico, se ha dotado al programa de prestaciones específicas que facilitan a la rápida adquisición de los conocimientos. Contiene: (Rodríguez) Asistente gráfico para la programación de todas las funciones ISO. Adaptación de los parámetros del software a cualquier máquina-herramienta Definición de diferentes tipos de brutos y sistemas de amarre. Simulación gráfica en diferentes vistas 3D con representación de la herramienta y las trayectorias. Editor gráfico de herramientas de corte con una amplia gama de geometrías. Vista seccionada de la pieza según diferentes planos. Cálculo del tiempo de mecanizado. Detección de colisiones entre la herramienta y el bruto, la mordaza o el plato. Inspección, medición de la geometría y detección de geometrías básicas (alecop, s.f.)

4.1.LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN PARA TORNO El torno trabaja en el plano y sus coordenadas son la Z para el eje longitudinal y la X para el eje transversal. Para la materia de Manufactura Avanzada en el Tecnológico de Colima se usará el controlador FANUC. (Gómez, 2012) Código C: Código de programa para un chaflán o determina la distancia desde el centro de intersección donde comienza al achaflanado. Código F: Código de programación que determina el avance durante una operación de corte.

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Código G: Código de programación que determina el tipo de operación que lleva a cabo la máquina. Código H: Código que determina el número de dirección de corrección en el registro y desajustes. Códigos I, J, K: Distancias en incremental que hay desde el punto de inicio del punto al centro de un arco. Para I medida en el eje X, para J medida en el eje Y, y para K medida en el eje Z. Código M: Código utilizado para señalar una acción desde un grupo de funciones misceláneas o funciones auxiliares de comandos. Los códigos M cambian herramientas de corte, activan o desactivan el refrigerante, husillo o abrazaderas de la pieza de trabajo, etc. Código N: Código de programa que determina el número de bloque, de 1 a 9999. Código O: Código de programa que determina el número de programa, de 1 a 9999. Código P: Código de programa utilizada para crear un temporizador. Código Q: Código de programa que determinar la profundidad de corte. Código R: Código de programación utilizado para indicar un radio de círculo o un plano de retroceso en el ciclo. Código S: Código de programa que determina la velocidad durante una operación de corte. Código T: Código de programación utilizado para indicar la herramienta específica para un cambio de herramienta. Códigos X y Z: Códigos de programación que indican una posición de coordenadas de la máquina, pieza y/o herramienta a lo largo del eje X, Y o Z. Símbolo “;”: Sumarios de mandos en funciones M. (Centro de Formación Tecnológica (IMOCOM), 2011)

4.2.LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN PARA MÁQUINA DE TRES EJES La fresadora trabaja en el espacio y sus coordenadas son X para el eje longitudinal, Y para el eje transversal y Z para el eje vertical. (Gómez, 2012) Código C: Código de programa para un chaflán o determina la distancia desde el centro de intersección donde comienza al achaflanado. Código F: Código de programación que determina el avance durante una operación de corte. Código G: Código de programación que determina el tipo de operación que lleva a cabo la máquina. Código H: Código que determina el número de dirección de corrección en el registro y desajustes. Códigos I, J, K: Distancias en incremental que hay desde el punto de inicio del punto al centro de un arco. Para I medida en el eje X, para J medida en el eje Y, y para K medida en el eje Z. Código M: Código utilizado para señalar una acción desde un grupo de funciones misceláneas o funciones auxiliares de comandos. Los códigos M cambian herramientas de corte, activan o desactivan el refrigerante, husillo o abrazaderas de la pieza de trabajo, etc. Código N: Código de programa que determina el número de bloque, de 1 a 9999. Código O: Código de programa que determina el número de programa, de 1 a 9999. Código P: Código de programa utilizada para crear un temporizador.

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Código Q: Código de programa que determinar la profundidad de corte. Código R: Código de programación utilizado para indicar un radio de círculo o un plano de retroceso en el ciclo. Código S: Código de programa que determina la velocidad durante una operación de corte. Código T: Código de programación utilizado para indicar la herramienta específica para un cambio de herramienta. Códigos X, Y y Z: Códigos de programación que indican una posición de coordenadas de la máquina, pieza y/o herramienta a lo largo del eje X, Y o Z. Símbolo “;”: Sumarios de mandos en funciones M. (Centro de Formación Tecnológica (IMOCOM), 2011)

Fig.16: Eje coordenadas para torno

Fig.17: Eje coordenadas para fresa

4.3.ESTRUCTURA DEL PROGRAMA La edición de programas de control numérico computarizado se realiza en forma de bloques. Cada código se encuentra separado de otro por un espacio y cada uno de estos bloques forma una línea de trabajo para el control. Generalmente, estos bloques son consecutivos; es decir, pueden ir de diez en diez, o como se desee enumerar. Lo importante es que entre un número y otro exista por lo menos una diferencia de nueve posibilidades de colocar bloques adicionales, con el fin de hacer modificaciones a programas ya establecidos. El programa CNC se compone de una secuencia de bloques de programa que se guardan en memoria en la unidad de control. Al mecanizar piezas de trabajo, el ordenador lee y comprueba estos bloques según la secuencia programada. Se envían a la máquina herramienta las correspondientes señales de control (MAIER, 2014). Un programa de ejecución consta de: Número de secuencia o programa. Bloques CNC. Palabras. Direcciones. Coordenadas (X, Y, Z). Programación de la herramienta de corte. Combinaciones de números (si es preciso para las direcciones de ejes, con signos). Funciones  Funciones de movilidad. Las funciones de movilidad son el G00 (Desplazamiento rápido) y el G01 (Interpolación lineal).

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Funciones tecnológicas. Se refieren a la forma de programar la velocidad del cabezal y el avance de trabajo.  Funciones de conversión. La función más importante de este grupo es la que corresponde al traslado de origen para situar el cero pieza. Así como funciones para determinar las unidades de medida (pulgadas o milímetros).  Funciones de mecanizado especiales. Funciones como roscado, refrentados, roscados con macho, escariado, etc.  Funciones modales. Funciones que, una vez programadas, permanecen activas hasta que se programa una función contraria, o el programa se termina.  Funciones auxiliares (M): sirven para establecer el funcionamiento de la máquina. Factores tecnológicos: Los factores tecnológicos que hay que tener a la hora de elaborar un programa, estos factores tecnológicos son los que van a determinar entre otras cosas la velocidad de corte, la profundidad de pasada, el avance de trabajo, el refrigerante y la fijación de la pieza en el cabezal, por mencionar algunos. Son los siguientes:  Material de la pieza a mecanizar.  Tolerancia de cotas y calidad superficial del mecanizado.  Estructura de la pieza a mecanizar. (MAIER, 2014) 

Fig.18: Plano ejemplo para torno

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Fig.19: Código ejemplo en torno

4.4.CÓDIGOS DE PROGRAMACIÓN FANUC desarrollan y producen sistemas de CNC para máquinas herramienta y otras aplicaciones. Los sistemas de control de CNC gozan de una excelente reputación y son muy populares entre los fabricantes de máquinas y usuarios. FANUC CNC es el número 1 mundial en sistemas de control de CNC. La familia de productos de CNC comprende tanto sistemas de control para máquinas de nivel básico, como para aplicaciones complejas. Los sistemas de control de CNC de FANUC son conocidos en todo el mundo por su alta fiabilidad, alta precisión, alta velocidad y su sencillo manejo (FANUC). Entre los principales y más usuales códigos para programación CNC FANUC se encuentran:

Función G (Fresado) G00: Avance lineal del cortador a velocidad alta, para posicionar o sin aplicar corte G01: Avance lineal del cortador a velocidad programada, para aplicar corte. G02: Avance circular del cortador en el sentido de las manecillas del reloj, a velocidad programada. G03: Avance circular del cortador en sentido opuesto a las manecillas del reloj a una velocidad programada. G04: Pausa, acompañada de una letra X, se detiene la herramienta un determinado tiempo, por ejemplo: G04 X4, la pausa durará 4 segundos. G17: Selección del plano XY G18: Selección del plano ZX G19: Selección del plano YZ. G20: Entrada de valores en pulgadas G21: Entrada de valores en milímetros G28: Regreso al punto cero de la máquina (HOME) G40: Cancela compensación radial del cortador. G41: Compensación a la izquierda del cortador

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G42: Compensación a la derecha del cortador G43: Compensación longitudinal G49: Cancela compensación longitudinal del cortador G81: Ciclo de taladrado para perforación de agujero pasante. El agujero atraviesa la pieza en un solo movimiento a una velocidad determinada de avance. G82: Ciclo de taladrado para perforación de agujero ciego. El agujero no atraviesa la pieza, en su punto final de taladrado debe tener una pausa para remover el material sobrante y se determina con la letra “P” con un tiempo en milisegundos.

G83: Ciclo de taladrado para perforación de agujero profundo. En este agujero por ser para una perforación de toda una pieza de más espesor, se debe llevar a cabo por incrementos, los cuales se determinan con la letra “Q” con un valor determinado, el cortador avanzará con ese valor hasta perforar a toda la pieza. G80: Cancela los ciclos G81, G82 y G83 G91: Comando para hacer uso de coordenadas relativas G90: Comando para hacer uso de coordenadas absolutas. G92: Programación del punto cero absoluto, o cero de pieza G94: Avance programado sobre unidad de tiempo (mm/min ó pulg/min) G95: Avance programado sobre velocidad angular (mm/rev ó pulg/rev) G98: Retorno a un punto inicial correspondiente a un ciclo determinado G99: Retorno al punto de retroceso de un ciclo determinado.

Función M (Fresado) M00: Paro del programa M01: Paro opcional M02: Fin del programa M03: Giro del husillo en sentido de las manecillas del reloj M04: Giro del husillo en sentido contrario de las manecillas del reloj M05: Paro del husillo M06: Cambio programado de la herramienta M08: Activa el refrigerante M09: Apaga el refrigerante M10: Abre la prensa de trabajo M11: Cierre de la prensa de trabajo M29: Control de la máquina por medio de una computadora. Final del programa. M30: Fin del programa y regreso al inicio del mismo. M38: Abrir la puerta. M39: Cierra la puerta. M63: Se activa una señal de salida (enviada de la fresadora al robot (manipulador) para que el robot pueda actuar. M65: Desactiva la señal de salida para que el robot se retire. M66: Comando que ordena una señal de espera activada por el manipulador (enviada del robot a la fresadora), cuando está efectuando una operación. M76.- Comando que ordena una señal de espera desactivada por el robot, cuando la operación término y la fresadora continúen con su trabajo.

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M98: Comando que ordena la llamada a un subprograma. M99: Con este comando también se ordena el fin del programa, regresando al inicio del mismo y haciendo que el ciclo se cumpla cuantas veces sea necesario.

Función G (Torneado) G00: Avance lineal del cortador velocidad alta. Para posicionar o sin aplicar corto. G01: Avance lineal del cortador a velocidad programada para aplicar corte. G02: Avance circular del cortador en el sentido de las manecillas del reloj. G03: Avance circular del cortador en sentido opuesto a la manecillas del reloj a una velocidad programada. G04: Pausa, acompañada de una letra X, se detiene la herramienta un determinado tiempo, por ejemplo G04 X4, la pausa durará 4 segundos. G20: Entrada de valores en pulgadas. G21: Entrada de valores en milímetros. G28: Regreso al punto cero de la máquina, HOME. G40: Cancela compensación radial del cortador G41: Aplica compensación a la izquierda. G42: Aplica compensación a la derecha. G70: Fin del ciclo. G71: Ciclo de cilindrado G72: Ciclo de refrentado G74: Ciclo de barrenado G76: Ciclo de roscado.

Función M (Torneado) M00: Paro programado. M01: Paro opcional M02: Final del programa. M03: Giro de la pieza en sentido horario M04: Giro de la pieza en sentido anti-horario M05: Paro del husillo. M06: Cambio de herramienta. M08: Refrigerante activado M09: Refrigerante desactivado. M10: Abrir chuck. M11: Cerrar chuck. M19: Paro exacto del husillo. M30: Final del programa con regreso al principio del programa M38: Paro exacto conectado. M39: Paro exacto desconectado. M58: Abrir la puerta M59: Cerrar la puerta. M98: Llamado de subprograma M99: Final del subprograma. Fuente de la lista de códigos para fresadora y torno: (Rodríguez, 2014)

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5. USO DE PROGRAMAS CAD-CAM Para el maquinado de piezas se han desarrollado varias técnicas en los últimos años: Avances en las máquinas y herramientas, Control Numérico, Control Numérico Computarizado y los Sistemas CAD/CAM. Cada uno de ellos ha permitido grandes avances en la fabricación de piezas, siempre buscando la máxima eficiencia en el proceso, la optimización de trayectorias de corte, facilidad de programación, simulación del proceso, manejo de información y otros beneficios. Estos avances se han desarrollado ya que la situación actual del mercado obliga a los fabricantes a ofrecer productos de alta calidad y ajustados a las necesidades del cliente, realizar la manufactura de los productos en menor tiempo y sin incrementar los costos. Hoy en día existen una gran variedad de sistemas que por computadora ayudan a conseguir los objetivos antes mencionados, ejemplo; los Sistemas CAD/CAM. Los sistemas de CAD/CAM han permitido grandes logros en la manufactura de piezas maquinadas y en particular en la aplicación de componentes de geometrías complejas y en la disminución dramática del tiempo de generación de los programas de CNC. (Kalpakjian, Schmid, & Figueroa López, 2008) CAD

CAM

(Dibujo)

(Manufactura)

Diseñar

Generación de programas de CNC

Modificar

Transferir programas de CN

Dibujar

Simulación de trayectorias de corte

Acotar

Selección de herramientas

Rotular

Determinar sujeción Fig.20: Usos de los programas CAD-CAM

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Fig.21: Esquema de un sistema CAD/CAM

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En la parte conceptual del proceso de diseño, una de las herramientas con las que cuenta la ingeniería es el Diseño Asistido por Computadora (CAD). La cual ayuda a plasmar las ideas en la solución del problema de una forma virtual, así como dar una aproximación del modelo en donde se pueden observar montajes, interferencias y propuestas de elementos comerciales. Por lo tanto el sistema CAD SolidWorks te facilita el trabajo de diseño mecánico. A través de la visualización se reconocerá el ambiente de trabajo SolidWorks, las herramientas que lo componen y a qué tipo de sistema CAD pertenece. Con SolidWorks no sólo se pueden crear dibujos 2D si no también piezas 3D. SolidWorks es un sistema conducido por cotas. Puede especificar las cotas y las relaciones geométricas entre elementos. Al cambiar las cotas, cambia el tamaño y la forma de la pieza, se altera la intención del diseño. (Góngora Corte, 2009)

Fig.22: Pieza 3D y pieza 2D

Fig.23: Sistema conducido por cotas .

5.1.MANEJO DE LA PANTALLA 5.1.1. DIBUJO 2D Un modelo 2D en SolidWorks es simplemente un croquis o un dibujo en un solo plano de una pieza o figura geométrica. Fácil de realizar con las herramientas básicas de croquis.

5.1.2. DIBUJO 3D Un modelo 3D de SolidWorks consta de piezas, ensambles y dibujos. Éstos muestran el mismo modelo en documentos distintos. Los cambios que se efectúen en el modelo de un documento se propagan a los otros documentos que contienen dicho modelo. (Góngora Corte, 2009)

Fig.24: Piezas, ensamble y dibujos de un mismo modelo.

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5.1.3. PLANOS MECÁNICOS Primero se crean croquis y se utilizan para construir la mayoría de las operaciones. Un croquis es un perfil o sección transversal 2D. Los croquis se pueden extruir, recubrir, se les puede aplicar una revolución o barrer a lo largo de un trayecto para crear operaciones.

Fig.25: Croquis de una pieza.

Fig.26: Selección de la herramienta croquis.

La herramienta croquis en SolidWorks es la herramienta con la cual iniciamos para realizar una pieza mecánica, lo que se logra con esta herramienta son dibujos base en dos dimensiones, los cuales se utilizarán para realizar la pieza base, una saliente, un corte, una curva guía, entre otras. Para iniciar a trabajar con la herramienta croquis con el botón derecho del mouse, se selecciona la herramienta que la activa. (Góngora Corte, 2009) Antes de iniciar a trabajar con la herramienta croquis es necesario seleccionar el plano de trabajo, para ello existen dos formas: la primera es realizarlo desde el gestor de diseño, y la segunda es después de seleccionar la herramienta croquis y SolidWorks solicita elegir un plano de trabajo, el cual se elige dando un clic con el botón derecho del mouse sobre el nombre del plano en el que se desea trabajar. Ahora bien, para realizar el dibujo se requiere de líneas, cuadros, rectángulos, arcos y círculos. SolidWorks los incorpora dentro de la herramienta croquis de una forma muy intuitiva y fácil de reconocer. También, este software da la posibilidad de trazar polígonos, donde la herramienta para realizar esto se encuentra en el menú entidades de croquis que se encuentra en el menú herramientas de la barra de menús.

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Fig.27: Herramientas básicas.

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No solo el trazar una figura regular o irregular basta para definir un dibujo, para ello es importante establecer relaciones de entidades y entre entidades. El beneficio de aprendizaje es obtener un dibujo base totalmente definido. Y para ello se necesita: Agregar cotas (se selección “ cotas” dentro de la herramienta “ croquis”): Para acotar o darle medida una entidad (lado, ángulo, diámetro, etcétera) se da un clic sobre ella y posteriormente se da un clic en donde se quiere ubicar la cota, en seguida aparece un cuadro de diálogo en el que se pone el valor para esa cota. Agregar relaciones a entidades: Las relaciones que se pueden tener en una entidad y entre entidades son verticalidad, horizontalidad, coincidencia, igualdad, paralelismo, etcétera. Obtener el dibujo base: Para obtener un dibujo base se deben considerar los siguientes puntos: origen (intersección de los tres planos de trabajo), dibujo totalmente definido (contiene relaciones y cotas, y sus entidades son de color negro), área cerrada (todas las entidades deben de conectarse) y cuadrados totalmente definidos. (Góngora Corte, 2009)

Fig.28: Rectángulo, ángulo y círculo acotados.

Las operaciones son las formas (salientes, cortes, taladros, etcétera) y funciones (redondeos, chaflanes, vaciados, etcétera) que se combinan para construir piezas. Las herramientas de operación, facilitan la obtención de una pieza mecánica sencilla. A partir de las herramientas de operación se realizará el extruido de un sólido, se le agregarán operaciones y así obtener una pieza mecánica. Parte de un dibujo base completamente definido, después se le da clic a la operación “extruir saliente” en el gestor de diseño, despliega un lista do de opciones y se selecciona la opción necesaria para nuestra pieza (hasta profundidad, hasta vértice, hasta superficie, equidistante a la superficie, hasta sólido, plano medio, etcétera). Si es la forma y dimensión del extruido que se desea, solo se le da clic en “Aceptar” y con esto se obtiene la pieza base en un sólido 3D. En seguida, se le agregan las operaciones, entre las cuales están las básicas: extruir saliente, extruir corte, redondeo, chaflán, barrenos, etcétera. Para agregar una operación se debe seleccionar el lugar en donde se desee, se realiza dando clic en este lugar, la parte seleccionada se torna color verde. También existen operaciones de revolución, de patrón lineal, patrón circular y el de simetría. (Góngora Corte, 2009)

Fig.29: Operaciones para construir piezas

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5.2.TIPOS DE MAQUINADOS La Manufactura Asistida por Computadora realiza la fabricación de piezas mecánicas por medio de una computadora, utilizando un software que tiene una base de datos, donde se encuentran los diferentes tipos de materiales de piezas a trabajar, máquinas de CN, carruseles de herramientas con velocidades y avances de cortes pre – establecidos, así como diferentes tipos de controladores de CN para realizar el post – procesado y obtener el código de control numérico. Para iniciar en CAM Works, es necesario contar con una pieza previamente elaborada en SolidWorks o importarla de otro software de CAD. CAM Works tiene una base de datos tecnológica, donde se encuentran las herramientas, a las cuales se les asignan automáticamente las RPM y los avances de corte, también cuenta con diferentes tipos de materiales, carruseles de herramientas (tool crib) y varios controladores de diferentes máquinas para el post – procesado. Para verificar la manufactura de las piezas en la computadora, el software de CAMWorks simula los procesos de maquinado y posteriormente realiza el post – procesado, para generar el archivo de control numérico y así maquinar las piezas en cada una de las máquinas de control numérico. El software de CAMWorks puede generar el archivo de control numérico para diferentes máquinas de Control Numérico (Castañeda Nava, 2010). No hay una regla fija que permita parametrizar cuál es la mejor herramienta para cada pieza o programa. La elección de la herramienta (o herramientas) será subjetiva y responderá a la estrategia del programador. La geometría de la herramienta vendrá determinada por la pieza y por el material a mecanizar. Lo más importante es escoger la herramienta que permitirá realizar el desbaste o acabado con las condiciones más adecuadas en cada caso, como se ha descrito anteriormente y respectando las especificaciones de corte de cada tipo de herramienta. Un factor también a tener en cuenta es la vida de la herramienta. Cuánto más pequeña sea la herramienta escogida, más largo será el tiempo que se tendrá que trabajar. (eMagazine Metalmecánica, 2002)

Fig.30: Pasos para generar el CAM de una pieza.

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1. Obtener el modelo de la pieza, en SolidWorks. Abrir el archivo con extensión “.sldprt”, de alguna ruta donde se halla guardado la pieza

generada en el módulo de CAD. (Castañeda Nava, 2010)

Fig.31: Ruta del archivo.

2. Seleccionar el modo de trabajo de CAMWorks . Al seleccionar el icono de CW, se despliega el árbol de CAMWorks. (Castañeda Nava, 2010)

Fig.32: Árbol principal de

CAMWorks .

3. Definir la máquina, controlador y carrusel de herramientas. Para definir el tipo de máquina que se va a utilizar, se lleva a cabo lo siguiente: Selección en el árbol de CAMWorks, el icono y haga clic con el botón derecho del mouse, se desplegará un submenú y se elegirá la opción “ edit definition”.

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Fig.33: Submenú de tipo de máquina.

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Aparecerá un cuadro de diálogo con varios botones, donde la etiqueta de “ Machine” (máquina) esta activada, mostrando un listado de diferentes tipos de máquinas, se selecciona la máquina a utilizar, de acuerdo a la geometría de nuestra pieza, y presionamos el botón de “Select ” para confirmar la máquina. Pulse la etiqueta de “ Tool Crib” (carrusel de herramientas), seleccione el indicado y presione el botón de “ Select ” para confirmar. Pulse la etiquete de “Controller ” (controlador), seleccione el controlador indicado de l a lista que se despliega y presione el botón de “ Select ” para confirmar. (Castañeda Nava, 2010)

Fig.34: Selección de máquina a utilizar.

Fig.35: Selección del carrusel de herramientas.

4. Definir las dimensiones y tipo de material a maquinar. Para definir el material, seleccione con el botón izquierdo del mouse, en el árbol de CAMWorks el icono de “Stock Manager ”, se muestra el volumen de la pieza, con el mínimo de material que se requiere para su manufactura.

Fig.36: Volumen de material de la pieza de trabajo.

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Si se desea cambiar las dimensiones del material, presione el botón derecho del mouse sobre el icono

se despliega un submenú y se selecciona “ edit definiton”.

Fig.37: Submenú de material a maquinar.

Aparece un cuadro de diálogo, donde podemos modificar las dimensiones del material, el tipo de material, colocando el excedente de material necesario en cada uno de los ejes.

Fig.38: Material excedente de la pieza a maquinar.

5. Reconocer y extraer la geometría de la pieza. Seleccione el icono de CW, y presione en la barra de CAMWorks, el primer icono con el botón izquierdo del mouse, el software empieza a extraer las características que fueron realizadas en el diseño, se despliega una ventana de mensajes de CAMWorks, y en el árbol de componentes que está del lado izquierdo en forma de lista, aparece la geometría que reconoció el software de la pieza elaborada. (Castañeda Nava, 2010)

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Fig.39: Reconocimiento de la geometría de la pieza.

Nota: El software la mayoría de veces detecta de forma automática todos los tipos de geometrías que tiene la pieza.

6. Generar el plan de operaciones de maquinado. maquinado. Ahora presione el segundo icono de la barra de CAMWorks, se genera el plan de operaciones de maquinado, de acuerdo a la geometría que reconoció anteriormente, al hacerlo se observa que cambian de color las geometrías que reconoció y propone los procesos de maquinado así como las herramientas a utilizar, cambiándose del árbol de características al de operaciones. (Castañeda Nava, 2010)

Fig.40: Icono para generar el plan de operaciones de maquinado.

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5.3.PÁRAMETROS 5.3. PÁRAMETROS DE MAQUINADO 7. Ajusta los parámetros para maquinar. Un software te permite considerar todos los parámetros de corte durante el proceso de nuestra pieza, en los cuales puedes hacer los cálculos aparte y editar los parámetros que da el software o tomar los pres – establecidos. Verificar si es necesario cambiar los parámetros de maquinado de cada una de las herramientas, presionando el botón derecho del mouse sobre cada una de ellas y eligiendo la opción “edit definition”, definition”, aparece una ventana con varias etiquetas que permiten modificar los parámetros de maquina ya pre – establecidos e incluso la herramienta de corte. Nota: De acuerdo con las geometrías que reconoce el CAM, empleando su base de datos asigna las herramientas, avances, RPM y condiciones de maquinado, para cada proceso. (Castañeda Nava, 2010)

Fig.41: Ajustes de los parámetros para maquinar.

8. Generar la ruta de las herramientas. Presione el tercer icono de la barra de CAMWorks CAMWorks (toolpath) para generar la ruta de las herramientas, al hacerlo se visualiza la trayectoria de cada herramienta en los diferentes procesos de maquinado, las herramientas propuestas cambian de color magenta a negro. (Castañeda Nava, 2010)

Fig.42: Ruta de las herramientas.

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5.4.SIMULACIÓN 5.4. SIMULACIÓN DE MAQUINADO 9. Simulación de la manufactura. El software nos ofrece la oportunidad de simular la manufactura de nuestra pieza. Una vez que se cuenta con las rutas de las herramientas podemos simular el proceso de manufactura, en ella se visualiza el recorrido de las herramientas y se puede detectar si hay errores, para ello presione el cuarto botón de la barra de CAMWorks, CAMWorks, aparece un cuadro para controlar la velocidad de simulación, las características de herramienta y material. (Castañeda Nava, 2010)

Fig.43: Simulación de la manufactura.

5.5.CAMBIAR 5.5. CAMBIAR A CONTROL NUMÉRICO 10. Generar el código de Control Control Numérico. Como se mencionó, los software CAM tienen la ventaja de generar por cuenta sola el código de Control Numérico tomando en cuenta todos los procesos, operaciones, parámetros de corte y condiciones que se presentaron en la creación y simulación de la pieza. Entonces, se presiona el icono de “ G1” para obtener el po st – procesado del archivo CL (localización del cortador), convirtiendo los datos de trayectoria de las herramientas a códigos de control numérico, aparece una ventana que permite direccionar el archivo que se va a generar.

Fig.44: Generación del código de control numérico.

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Después de direccionar y dar nombre al archivo, aparece una ventana con controles para generar el programa paso a paso o en forma continua. (Castañeda Nava, 2010)

Fig.45: Ventana para generar el programa de Control Numérico.

5.6.EJECUCCIÓN Y EDICIÓN EN POSTPROCESADOR Los programas de CAD – CAM realizan cálculos, elevaron las instrucciones de desplazamiento de todos los ejes, calculan los parámetros de corte y generan todas las órdenes de accionamiento para diferentes acciones (cambio de herramienta, pieza, refrigerante y muchas más). Pero éstos datos no sirven por si solos para su introducción a una máquina de CNC, sino que deben de ser preparados con la sintaxis de una máquina en particular a través de un programa denominado post – procesador.

Fig.46: Preparación.

El post – procesador nos sirve para que un programa pueda ser corrido en una máquina – herramienta determinada de CNC. Puede existir un post – procesador para cada marca y modelo de control CNC, así el programa puede ser manejada por cualquier control CNC. El post –procesador es, básicamente, el traductor que convierte el lenguaje del sistema CAM a lenguaje máquina (ITESCAM, 2010)

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Fig.47: Post – procesadores más utilizados.

Fig.48: Post – procesador.

5.7.ENVIAR PROGRAMA A MÁQUINA CNC Para la transferencia de datos a una máquina CNC existen diferentes métodos, entre los principales y más usuales podemos destacar: Cinta Perforada. Un perforador de cintas produce agujeros en papel, mylar o cualquier material delgado, de manera tal que representa un conjunto particular de datos. La geometría estándar para este tipo de medios es EIA RS-227. Se utiliza un teletipo en los programas CNC. Al escribir el código, una máquina perforadora produce la cinta perforada. RS232. Es un conjunto de estándares que especifican varias características eléctricas y mecánicas para la interfaz (comunicación) entre computadores, terminales y módems. El conector tradicional tiene 25 pines pero algunos computadores tienen un conector más reciente que usa tan sólo 9 pines. Algunas CNC se conectan vía RS232 a computadores para el ingreso de datos del programa Redes. Las redes son grupos de computadores que pueden comunicarse entre sí y compartir datos, archivos, programas y operaciones. Muchas máquinas CNC están conectadas a algún tipo de red. Esto puede eliminar la necesidad de cinta perforada, disquetes y MDI. También permite la creación de la parte del programa en la estación de

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trabajo CAD / CAM del diseñador / programador. Posteriormente el archivo puede ser enviado electrónicamente a la CNC para la maquinación. Ingreso manual de datos. El ingreso manual de datos es una función del control de la máquina CNC que permite el ingreso de instrucciones del programa directamente en la memoria de la máquina con un teclado que tiene integrada dicha máquina. Para ello es necesario conocer el significado o función de las teclas de este teclado. (Bergen County Academies, 1996) .

5.8.MAQUINADO DE PIEZA Para llevar a cabo el maquinado de una pieza en una maquina CNC es necesario tener en cuenta los siguientes aspectos, conocerlos y tenerlos bien establecidos para obtener resultados de calidad y la máquina tenga un excelente funcionamiento. Planificación.  Programa CNC.  Elección de la máquina adecuada. Considerando: el ambiente de cada máquina (área de trabajo), las opciones de cada máquina (fresado, taladrado, etc.), las herramientas de corte, los parámetros de corte, el montaje o fijación de la materia prima, y las operaciones de la máquina (ajuste, instalación y ejecución de programas).  Hoja de operaciones. La hoja de operaciones, u hoja de instalación, es usada para describir los procesos necesarios para maquinar una pieza en una máquina CNC.  Selección de herramientas adecuadas. Movimiento de la herramienta. Sistemas de unidades y modos de entrada. Los sistemas de unidades son las unidades de medición que se usan en un programa CNC (sistema métrico o inglés). Los modos de entrada se refieren al tipo de información coordenada que se ingresa al programa de la máquina CN (entrada absoluta o entrada incremental). Códigos de Programación. N Número de Secuencia G Funciones Preparatorias X Comando del Eje X Y Comando del Eje Y Z Comando del Eje Z R Radio desde el Centro Especificado A Ángulo contra los punteros del reloj desde el vector +X I Desplazamiento del Centro del Arco del Eje X J Desplazamiento del Centro del Arco del Eje Y K Desplazamiento del Centro del Arco del Eje Z F Tasa de Alimentación S Velocidad de Giro T Número de la Herramienta M Función Miscelánea  Ciclos especiales.  Códigos especiales.  Posición de cambio de una pieza y de una herramienta.  Consideraciones de Programación.  Ajuste y operación de la máquina.  Partida o encendido de la maquina  Posición HOME (de inicio).

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   

Ajuste del origen de una pieza. Carga del programa. Consideraciones del ajuste de piezas. Maquinado de la pieza. Se comienza a efectuar el maquinado de la pieza automáticamente en la máquina CNC, es decir, se le indica a la máquina que comience a manufacturar la pieza. (Comesaña Costas, 2004)

5.9.OPERACIÓN DE LAS MÁQUINAS CNC (TORNO Y FRESA) Fresadora Las máquinas CNC fresadoras usan un cortador rotatorio para el movimiento de corte y un movimiento lineal para la alimentación. El material es empujado en el cortador, o el cortador es empujado al material, en caminos rectos o curvos tridimensionales, para producir los elementos deseados de una pieza. La pieza terminada es creada mediante la remoción de todo el material innecesario desde la pieza de trabajo. Este proceso se denomina fresado. (Bergen County Academies, 1996). Elimina material de un material bruto de partida utilizando cuchillas que rotan en torno a un eje, mientras que la pieza se mueve en las 3 direcciones del espacio (“x”, “y” y “z” ). Esta combinación de movimientos (rotación y desplazamiento) crean la forma de la pieza deseada. (Comesaña Costas, 2004)

Fig.:49 Fresadora CNC.

Fig.50: Torno CNC.

Torno Los tornos CNC rotan la pieza de trabajo en contra de un único punto de una herramienta para producir movimiento de corte. La herramienta se alimenta a lo largo o en la pieza de trabajo para producir el movimiento de alimentación. El maquinado de una pieza en un torno se denomina Giro. (Bergen County Academies, 1996). Los movimientos de la herramienta de corte se realizan sobre los ejes “x” y “z” de manera conjunta o individual en cada eje. Cuando la herramienta “penetra” a la pieza se indica un movimiento negativo en los ejes correspondientes, cuando la herramienta se “aleja” o “retira” de la pieza se da un movimiento positivo en los ejes. Ahora bien, los movimientos que se deben programar sobre el eje “x” son de tipo diametral, es decir, se indica el valor del diámetro al que se requiere que la nariz de la herramienta de corte llegue, comenzando por el diámetro exterior y llegando hasta el eje generatriz de la pieza o eje de simetría. (Comesaña Costas, 2004)

Centro de Maquinado Los centros de maquinado son máquinas CNC más sofisticadas que frecuentemente combinan las tecnologías de fresado y torneado. (Bergen County Academies, 1996)

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HOJA DE PROCESO Antes de comenzar a manufacturar una pieza, organizamos nuestro proceso de fabricación, tomando en cuenta los distintos factores que intervienen en el mecanizado de la pieza y optimización de la producción: 1 2 3 4 5 6

•Diseño de la pieza a mecanizar. •Selección del material. •Determinación del proceso y máquina-herramienta (Torneado/Torno). •Determinación del orden de operaciones más adecuado. •Cálculos necesarios de los parámetros (de corte) de cada fase. •Diseño de los controles metrológicos a aplicar durante el proceso.

Entre las operaciones que podemos citar como fundamentales en nuestro proceso de trabajo, cabe referir la siguiente secuencia: ESTUDIO DEL PLANO

ANÁLISIS DEL TRABAJO

ELECCIÓN DE LOS MEDIOS

ELABORACIÓN DE LA HOJA DE PROCESO

Es importante hacer énfasis en la elaboración de la hoja de proceso, puesto que es un escrito ordenado y detallado del mecanizado que se realizará cuando se quiere ejecutar un proyecto. Esta hoja nos sirve de apoyo para posteriormente realizar el proyecto escrito, y después se empieza la construcción del proyecto. En ella se deben describir todos los pasos para la construcción del mismo. La hoja de proceso se realizará en forma de tabla. Deberá llevar: Esquema o croquis que muestre el especto de la pieza, elemento o conjunto en cada fase. Una descripción en la leyenda que explique en qué consiste la operación en concreto. Indicación de las herramientas que intervienen en cada operación. Operarios si son necesarios. Tiempo que implica cada una de las operaciones. Medidas y cálculos de los parámetros (de corte) para un mejor mecanizado y calidad. Útilies de control a emplear. Los parámetros de corte en el proceso del torneado son de gran importancia en la fabricación de piezas, hay que considerar en este proceso son los siguientes: velocidad de corte, velocidad de avance, profundidad y revoluciones por minuto. Cada uno de estos parámetros influye de manera directa en nuestro proceso de maquinado y en el producto que obtendremos. Cumplir de manera adecuada y responsable con cada uno de estos parámetros, nos permitirá obtener un producto útil y eficaz, y así, evitar en gran medida desperdicios, errores y/o fallas dentro del proceso en general. Es decir, cumplir de manera seria y exacto los parámetros de corte indicados para cada operación nos ofrecerá un desbastado y acabado deseado en nuestra

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pieza final, calidad y perfección en esta misma, una disponibilidad y reducción de costos, además de no acabar ni dañar la vida útil de nuestras herramientas, equipos de medida y control y la pieza misma, pero se debe tomar en cuenta consideraciones como el tipo de material, de máquina-herramienta y de operación o proceso, y el tiempo que se llevará en cada operación. El cálculo de estos parámetros de corte de acuerdo a las consideraciones dadas, son escritas y tomadas en cuenta en la creación de nuestra hoja de proceso de nuestro proyecto de mecanizado. Puesto que nos señalará la medida y variación que se aplicará en cada operación. (Moro Piñeiro, 2000) En las tablas de proceso tomamos en consideración los puntos siguientes: Material: Es el material elegido para la elaboración de la pieza. Dimensión del bruto: Medidas de la materia prima. Fases y Sub-fases: Son las etapas y sub-etapas de terminado. Operación: La operación correspondiente al proceso de mecanizado. Esquema: Imagen que muestra la forma de mecanizado en tal etapa. Descripción: Refiere al tipo de geometría dada a la pieza, ya sea acabado o desbaste en forma interior o exterior. Dimensión: Las medidas de las piezas en ciertas parte del proceso. Máquina: Máquina-Herramienta usada para el mecanizado. Herramienta: La usada para el mecanizado, especificando en varios casos el material, el tipo y algunas medidas. Condiciones de Corte: Refiere a los parámetros de corte tanto

EJEMPLO NO.1 Diseño Realizamos el diseño de la pieza incluyendo todas sus vistas. Para ello es necesario determinar las unidades a usar, en nuestro caso será pulgadas.

Operaciones Determinamos usando la metodología de manufactura de una pieza las operaciones de corte que se llevarán a cabo, el orden y el tipo de herramienta que se manejará en cada una. Para este primer ejemplo no pondremos detalladamente las herramientas a usar.

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Cálculos Usando las tablas del subtema 2.2.3 "Parámetros de corte" determinamos de cada operación los parámetros de corte que se deben calcular como es el caso de velocidad de avance y rpm, así como seleccionar adecuadamente la velocidad de corte y el avance. A continuación mostramos el desarrollo de todos los cálculos y las selecciones de los parámetros. Los siguientes cálculos se elaborarán en base a las tablas, dado que la pieza de ejemplo será fabricada de acero 1018 usaremos los datos correspondientes al acero de máquina. Ha de notarse la importancia que tienen tales tablas en la práctica, agilizando y facilitando la selección de parámetros. Como observación final, dado que nuestra pieza fue diseñada bajo unidades del sistema inglés, los valores que tomemos serán congruentes con estos. Calcularemos para cada operación los parámetros desconocidos, que posteriormente serán condensados en nuestra hoja de procesos. Chéquese con cuidado los valores utilizados. Velocidad de corte

Para los cilindrados y careados usaremos el valor de velocidad de corte para desgaste en cuanto al roscado tomaremos el valor específico y los refrentados y biselados consideraremos a ambas operaciones de acabado.

      Primer cilindrado exterior:      Segundo cilindrado exterior:      Tercer cilindrado exterior:      Cilindrado interior:      Primer refrentado:     Segundo refrentado:     Tercer refrentado:     Roscado exterior:      Primer biselado:     Segundo biselado:    Primer y segundo careado:

Revoluciones por minuto

Las velocidades serán tres distintas, para las operaciones de careado, refrentado y cilindrado

 , para el roscado     , y en el biselado    .                Primer y segundo careado con diámetro de 3 pulgadas:              Primer cilindrado exterior con diámetro de 2.5 pulgadas:               Segundo cilindrado exterior con diámetro de 1.5 pulgadas:               Tercer cilindrado exterior con diámetro de 1 pulgadas:               Cilindrado interior con diámetro de 0.75 pulgadas:               Primer refrentado con diámetro de 3 pulgadas:        

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Manufactura Avanzada                  Tercer refrentado con diámetro de 1.5 pulgada:               Roscado exterior con diámetro de 1 pulgada:               Primer biselado con diámetro de 2.5 pulgadas:               Segundo biselado con diámetro de 1.5 pulgadas:         Segundo refrentado con diámetro de 2.5 pulgadas:

Velocidad de avance

Para los cilindrados y careados usaremos el valor de avance para desgaste, mientras que los biselados, refrentados y roscado serán considerados como operaciones de acabado (las rpm usadas son tomadas de la pág.47-48)

 )(  )    (       Primer cilindrado exterior:   (  )( )       Segundo cilindrado exterior:   ( )( )       Tercer cilindrado exterior:   ( )(  )    )  Cilindrado interior:   ( )(       Primer refrentado:   ( )( )       Segundo refrentado:   ( )( )       Tercer refrentado:   ( )(  )    )  Roscado exterior:   ( )(       Primer biselado:   ( )(  )    )  Segundo biselado:   ( )(    Primer y segundo careado:

Profundidad de corte

Dado que la profundidad de corte en el desbaste depende de la condición de la máquina, el tipo de herramienta de corte y la rigidez de la pieza, usaremos un valor usual de 0.1in para desbaste y 0.01 en acabado. Primer y segundo careado:  Primer cilindrado exterior:  Segundo cilindrado exterior:  Tercer cilindrado exterior:  Cilindrado interior:  Primer refrentado:  Segundo refrentado:  Tercer refrentado:  Roscado exterior:  Primer biselado:  Segundo biselado: 

                                     

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EJEMPLO NO.2 Para la siguiente hoja de proceso, los cálculos no serán mostrados, pero en base a la anterior el alumno debe deducir cada parámetro obtenido. En este caso serán consideradas las herramientas de corte usadas, las descripciones así como fases y sub-fases del proceso. Recuerde que las fórmulas para el fresado en sistema métrico son diferentes, y es de vital importancia conocer las características de la herramienta pues los dientes de la misma determinan las velocidades de avance.

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Carpeta-Didáctica

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