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Fresado: Principios del mecanizado por fresado.
Máquinas para el fresado, tipos, precisiones, limitaciones de las formas obtenibles, estructura y elementos constituyentes de las máquinas. Utillajes de sujeción de piezas y herramientas. Accesorios. ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN. 2. MÁQUINAS PARA EL FRESADO. TIPOS. 2.1. Fresadoras horizontales. 2.2. Fresadoras verticales. 2.3. Fresadoras universales. 2.4. Fresadoras especiales
3. FORMAS DE MECANIZACIÓN OBTENIBLES. 4. COMPONENTES DE LAS MÁQUINAS FRESADORAS. 4.1. Bancada. 4.2. Puente. 4.3. Eje principal. 4.4. Ménsula. 4.5. Carro transversal. 4.6. Placa giratoria. 4.7. Mesa portapiezas. portapiezas. 4.8. Caja de velocidades. velocidades. 4.9. Caja de avances.
5. SUJECIÓN DE HERRAMIENTAS. 5.1. Eje portafresas normal. 5.2. Eje portafresas corto. 5.3. Fresas de mango cónico 5.4. Juego de pinzas y portapinzas. 5.5. Portabrocas. 5.6. Cabezal de mandrinar
6. SUJECIÓN DE PIEZAS.
6.1. Fijación por medio de bridas. 6.2. Fijación por medio de mordazas. 6.3. Fijación por medio de mesas circulares y `platos universales.
7. OTROS ACCESORIOS. 7.1. Aparato de mortajar. 7.2. Cabezal vertical (universal y Huré) 7.3. Aparatos divisores. 7.3.1. Aparato divisor simple. 7.3.2. Aparato divisor universal. universal. 7.3.3. Mesa divisora circular. 7.4. Otros
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Bibliografía Equipo técnico Edebé
Máquinas-Herramientas 2-3. Bruño Edebé, 1981.
Equipo técnico Edebé
Tecnología Mecánica 3. Editorial Edebé, 1988.
LASHERAS, J. Mª
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ROSSI, m.
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LARBURU, N.
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J.Mª Simó, V. Oller ...
LEVA. Máquinas-herramientas/ Tecnología. Ed. Vicens-Vives 1978
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1. INTRODUCCIÓN. El fresado es una importantísima operación mecánica, consistente en la conformación de piezas de variadísimas características, mediante el arranque de material producido por una herramienta de corte denominada fresa, provista de unas aristas cortantes o dientes, dispuestos simétricamente en torno a un eje y animada de un movimiento de rotación alrededor del mismo. La vinculación de este movimiento con el desplazamiento de la pieza (movimiento de avance) hace posible el continuo arranque de viruta, repartido entre cada uno de los dientes de la fresa. Con ello se consigue la eliminación de grandes cantidades de material de una sola pasada. Pueden conseguirse piezas de gran precisión. La máquina que realiza el fresado se llama fresadora. El movimiento fundamental de rotación lo tiene la herramienta, mientras que el de avance lo asume la pieza. Según la forma de trabajar de la herramienta, podemos distinguir dos tipos de fresado: -
Fresado con herramientas de corte periférico. Fresado con herramientas de corte frontal.
El primer tipo de fresado se realizaría acoplando la fresa a un eje horizontal. En este caso necesitaríamos una fresadora horizontal. El fresado con herramientas de corte frontal habría que acoplar la fresa a un eje vertical, por tanto necesitaríamos una fresadora vertical. Si la fresadora permite indistintamente la disposición de la herramienta de forma horizontal, vertical, e incluso de forma oblicua, entonces se denomina fresadora universal. La fresadora universal satisface todo tipo de trabajos de fresado y ha sido y es una de las máquinas-herramientas indispensables en un taller de fabricación mecánica, después del torno paralelo.
2. MÁQUINAS PARA EL FRESADO. TIPOS. Los principales tipos de fresadoras son los siguientes: -
Fresadoras horizontales. Fresadoras verticales. Fresadoras universales o mixtas. Fresadoras especiales.
2.1. Fresadoras horizontales. El eje de trabajo de este tipo de fresadoras es horizontal. Las fresas que se pueden utilizar son de tipo cilíndricas para el fresado tangencial, es decir, fresas que tienen sus filos de corte o dientes en la periferia de la misma.
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2.2. Fresadoras verticales. El eje portafresas de estas fresadoras es vertical. Es una máquina adecuada para realizar trabajos de planeado con fresas frontales o platos de cuchillas, aunque pueden realizarse ranuras, vaciados, taladrados...
2.3. Fresadoras universales. Son aquellas que pueden trabajar con herramientas horizontales y verticales. Para ello el puente superior, que permite el montaje del portaherramientas horizontal, se desplaza hacia atrás permitiendo el montaje del cabezal universal para permitir el montaje de un portaherramientas vertical. Además, la mesa permite el giro en torno a un eje, 45º a un lado y a otro, e incluso un giro completo para mecanizar la pieza por ambos lados sin desmontarla. Estos tipos de fresadoras tienen muchos elementos comunes a otros tipos, por lo que se considera conveniente emprender el estudio de la misma para evitar repeticiones inútiles.
2.4. Fresadoras especiales. Son máquinas que poseen características diferentes de la fresadora universal y que han sido concebidas para ejecutar con rapidez y precisión una variedad más limitada de trabajos. Son máquinas especializadas en ciertos tipos de trabajos, con el objetivo de rentabilizar la producción. Entre otras podemos nombrar las siguientes: -
Fresadora de bancada fija. Fresadora circular. Fresadora-cepilladora. Fresadora de pórtico. Fresadora de utillajes. Fresadora de torreta. Fresadora copiadora. Fresadora de ciclos automáticos. Fresadora CNC.
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3. FORMAS DE MECANIZACIÓN OBTENIBLE. Las principales operaciones que pueden realizar las fresadoras son las siguientes: -
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Planeado: Esta operación se puede realizar mediante el fresado tangencial o frontal, es decir podemos utilizar fresas cilíndricas en un portafresas horizontal o podemos usar un fresa frontal en un portafresas vertical. Ranurado: Se pueden realizar tres tipos diferentes de ranuras: Ranuras rectas. Se utilizan fresas de 3 cortes. o Ranuras de forma: Se usan fresas adecuadas a la forma que se pretende, o por ejemplo ranuras en cola de milano o en forma de T... Chaveteros: Se utilizan fresas de mango especial para este fin. o Corte: El corte se realiza con fresas sierras, en forma de disco, de 0,5 a 6 mm de espesor y hasta 300 mm de diámetro. Sus caras laterales están ligeramente vaciadas para evitar el rozamiento con la pieza. Perfilado: Consiste en labrar una superficie de perfil determinado. Se emplean fresas de perfiles adecuados al que se desea obtener. Además, si combinamos los movimientos de desplazamiento lineal con los de rotación de la pieza, se pueden mecanizar levas. Fresado circular: Esta operación se le denomina también contorneado, se realiza en fresadoras provistas de un plato circular con movimiento de rotación usando fresas cilíndricas con portafresas vertical. Fresado helicoidal: Consiste en mecanizar una hélice (fabricación de brocas, escariadores, tornillos sin fin, engranajes helicoidales etc.) Para ello es necesario sincronizar el movimiento de avance de la herramienta con el del giro de la pieza, tal que para una vuelta de la pieza, el carro se desplaza el paso de la hélice. Fresado de engranajes: Aunque se tiende actualmente a mecanizar los engranajes en máquinas especialmente concebidas para esta operación, todavía se emplea mucho la fresadora para tallar engranajes, con fresas de módulo o con fresa madre. Mortajado: Las fresadoras pueden llevar un dispositivo mortajador que transforma el movimiento de rotación en el eje en un movimiento vertical alternativo. Con este accesorio se pueden mecanizar ranurados, chaveteros...
4. COMPONENTES DE LAS MÁQUINAS FRESADORAS. Para describir, de forma general, las principales partes de una fresadora elegiremos una fresadora universal, pues es la que más elementos semejantes tiene con otros tipos de fresadoras.
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La fresadora universal se compone de los siguientes elementos: -
Bancada. Puente. Eje principal. Ménsula. Carro transversal. Placa giratoria. Mesa portapiezas. Caja de velocidades. Caja de avances.
4.1. Bancada. La bancada es una pieza robusta, de gran rigidez, de fundición aleada de la mejor calidad, y estabilizada, en la que se pueden distinguir dos partes: la base o pie y el cuerpo. La base se fija al suelo con tornillos y sirve, a la vez, de bandeja para recoger el refrigerante y como depósito del mismo. El cuerpo va sólidamente unido a la base, normalmente es la misma pieza. En su interior hueco van alojados los órganos de transmisión y regulación de movimiento (caja de velocidades y caja de avances). En la parte superior lleva unas guías horizontales en forma de cola de milano para soportar el puente. En la zona frontal y de forma vertical llevan mecanizadas otras guías en cola de milano que servirá de base de desplazamiento a la ménsula. Estas últimas tienen un tratamiento de temple superficial y con un rectificado posterior de precisión.
4.2. Puente. El puente, denominado también carnero, lo constituye un soporte de fundición que se ajusta en las guías de la parte superior del cuerpo y sobre las cuales puede desplazarse en sentido longitudinal, pudiendo fijarse en cualquier posición mediante unos tornillos de fijación. El puente es portador, a su vez de otro soporte, llamado luneta, que sirve de apoyo en el extremo libre del eje portafresas para evitar la flexión y vibraciones durante el trabajo. Su montaje se realiza sobre la cola de milano del puente.
4.3. Eje principal El eje principal de una fresadora universal es hueco y está montado sobre cojinetes en la parte superior del cuerpo, al que atraviesa. El extremo anterior termina en un agujero cónico (cono ISO), en el cual se montan 6
otros accesorios como el eje portafresas, cabezales universales, mortajadora...) El eje portafresas se sujeta mediante un tirante (varilla roscada) que se introduce en el eje principal por el extremo posterior. El eje principal recibe el movimiento directamente de la caja de velocidades, transmitiéndolo, a su vez, a los ya citados accesorios y consiguiendo así el movimiento de corte de las herramientas de las que son portadoras.
4.4. Ménsula. Se llama así al carro que se desliza sobre las guías verticales del cuerpo o bastidor. En la parte superior lleva a su vez otras guías, perpendiculares a las anteriores, que servirá de soporte al carro transversal. En el interior de la ménsula se alojan los mecanismos para los avances automáticos y manuales de los distintos carros y de la misma ménsula. El perfecto acoplamiento entre ménsula y cuerpo se logra por medio de una regleta ajustable, que debe permitir el fácil deslizamiento sin juego. La subida y bajada de la ménsula se logra por medio de un husillo, generalmente telescópico, que ajusta en una tuerca atornillada a la base de la máquina. El mecanismo se hace girar manualmente con un volante o manivela, o automáticamente a través de la cadena cinemática. La ménsula se fabrica en fundición de gran calidad y convenientemente estabilizada. Su forma y dimensiones deben ser tales que tenga la suficiente rigidez para que no se deforme ni se produzcan vibraciones durante el fresado.
4.5. Carro transversal. El carro transversal es el conjunto de mecanismos que unen la ménsula con la placa giratoria, y que realiza el desplazamiento paralelo al eje principal. Se apoya y puede deslizarse por las guías horizontales de la ménsula. Su parte superior va provista de una plataforma circular y de una ranura en forma de T invertida, también circular, que sirve para apoyar y fijar la placa giratoria, cuya orientación está regulada con un tambor graduado. La fijación se realiza con tornillos y tuercas. Al igual que la ménsula, se construye en fundición de buena calidad convenientemente estabilizada. También va provista de regletas con tornillos para ajustar el juego deslizante y para poder bloquear el desplazamiento del carro. El movimiento se puede realizar manualmente con un volante o manivela o automáticamente a través de la cadena cinemática, y en un laterales lleva una ranura para fijar los topes de limitación del desplazamiento.
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4.6. Placa giratoria. Es el elemento, de base circular, que se apoya y encaja en las guías circulares del carro transversal. La unión y bloqueo de la placa circular se hace con tornillos alojados en las guías circulares y tuercas En la parte superior, lo que hay son unas amplias guías, rectificadas y rasqueteadas, sobre las que encajará y deslizará la mesa portapiezas. También se fabrica en fundición gris estabilizada.
4.7. Mesa portapiezas. Es una amplia plataforma rectangular, perfectamente plana, rectificada, rasqueteada, con unas ranuras en forma de T, a todo lo largo, donde se alojan los tornillos para la sujeción de las piezas a fabricar o de los accesorios para sujetarlas. En la parte anterior lleva una ranura para disponer los topes de limitación de recorrido. La mesa se apoya sobre las amplias guías superiores de la placa giratoria. Para lograr el perfecto ajuste, se dispone de una regleta y unos tornillos y tuercas de regulación. También dispone de su sistema de blocaje. Para el desplazamiento se emplea un husillo que se puede mover manualmente con un volante o manivela o automáticamente a través de la cadena cinemática del sistema de avance. Se fabrica en fundición de alta calidad y perfectamente estabilizada. Necesita de una gran rigidez que evite la deformación durante el fresado.
4.8. Caja de velocidades. Para la obtención de una amplia gama de velocidades en el eje principal de la fresadora, el movimiento que parte del motor principal, lo recibe después de haber sido regulado en la caja de velocidades. Actualmente el sistema utilizado es el de piñones móviles también llamado “monopolea”. En este caso la caja de velocidades recibe el movimiento del motor por medio de una o varias correas trapeciales, transmitiendo el movimiento al eje principal después de pasar por un sistema de engranajes acoplados en ejes fijos y deslizantes, y que consiguen variar la velocidad del mismo, bajo petición del operario que actúa sobre un juego de palancas en el lateral del cuerpo de la fresadora. Cada máquina dispone a la vista del operario un cuadro de velocidades indicando la combinación correcta de posición de palancas para conseguir cada velocidad.
4.9. Caja de avances. Según el fresado que se realice, el avance se obtiene con el desplazamiento de la mesa, el carro transversal, o con el movimiento vertical de la ménsula. El conjunto de mecanismos para lograr estos movimientos constituye la cadena cinemática de avances. El movimiento de avance puede ser generado de tres formas distintas: 1º Tomando el movimiento directamente del motor. 2º Tomando el movimiento del eje principal de la fresadora. 3º Recibiendo el movimiento de un motor independiente.
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En el 1º y 3º caso, los movimientos son independientes respecto del eje principal que porta la herramienta, por tanto los avances se darán en mm/minuto. En el 2º caso, al partir el movimiento del eje principal, el movimiento de avance dependerá de la velocidad de giro del eje principal, es decir, los movimientos están sincronizados y, de esta forma, los avances se dan en mm/revolución del eje principal o, lo que es lo mismo, de la f resa.
5. SUJECIÓN DE HERRAMIENTAS. Para conseguir cualquier sistema de acoplamiento, tanto el eje principal de la fresadora como el eje del cabezal universal, tienen un cono hembra y además están huecos, para poder pasar interiormente, a todo lo largo, un tirante roscado, para fijar la fresa a la máquina. Existen diferentes tipos de conos de sujeción y que están normalizados, siendo los más utilizados hasta el momento los dos siguientes: -
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Conos Morse. Tienen la ventaja de que no necesitan ningún dispositivo o chaveta auxiliar para el giro. La desventaja es que su desmontaje puede ser muy difícil en las fresadoras. Por tanto, en este tipo de máquinas, se tiende a ser sustituidos por conos ISO. Conos ISO. Son los más empleados en las fresadoras, tanto en el eje principal como en el del cabezal universal. Necesitan ser arrastrados por dos chavetas que coinciden con el chavetero del eje portafresas. Se montan y desmontan con gran facilidad. Hay diferentes tamaños que se denominan ISO 30, ISO 40, ISO 45, ISO 50 ...., en orden sucesivo de tamaños. Para todos ellos la conicidad es 7/24 lo que coincide con una pulgada por pie, en el sistema inglés.
Existen diferentes sistemas de sujeción de herramientas, en función del tipo de trabajo a realizar y del tipo de herramienta a utilizar. Lo vemos a continuación.
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5.1. Eje portafresas normal. Son ejes de acero al cromo-níquel de longitudes y diámetros adecuadas a la fresadora. Se usa con fresas cilíndricas de agujero con chavetero. Llevan mecanizados una ranura longitudinal para conseguir por medio de chavetas el enclavamiento de las fresas. De hecho, se pueden montar varias fresas a la vez en el mismo eje, separadas por anillos de espesor normalizados. El eje portafresas se monta en el eje cónico del eje principal, fijado mediante el tirante roscado. En el otro extremo debe apoyarse en el cojinete de la luneta apoyada y ajustada en la cola de milano del puente. Cuanto más cerca se sitúe ésta de la pieza menor será la flexión a la que será sometido por efecto de las fuerzas de corte. Es por esto que algunas veces se montan dos lunetas cerca de la pieza. Los anillos de separación de las fresas son de anchura normalizada de 0,1; 0,2; 1; 2; 5; 10; 20; 50 mm.
5.2. Eje portafresas corto. Al igual que el anterior está fabricado en acero al cromo-níquel y va dotado de un agujero roscado para la fijación con el tirante. El otro extremo es donde se fija la fresa y va dotado de un chavetero y su correspondiente chaveta y un tornillo roscado que impide que la fresa se deslice. Se puede montar en el eje principal sin necesidad de luneta, trabajando al aire. De igual forma se puede montar en el eje del cabezal universal. Pueden montarse fresas cilíndricas y fresas frontales.
5.3. Fresas de mango cónico propio. Algunas fresas, de grandes dimensiones respecto al cono de la máquina, vienen con un cono ya fabricado y preparado para montar directamente en el eje. Incorporan el agujero roscado para la fijación con el tirante. Algunas pueden tener el cono de dimensiones menores al de la máquina. Esto se arregla interponiendo un mandril entre el cono de la herramienta y el del eje de la máquina.
5.4. Juegos de pinzas y portapinzas. Las pinzas se emplean en el montaje de fresas de mango cilíndrico. Constan de un cuerpo cónico con un agujero ligeramente mayor que el diámetro del mango de la fresa a colocar y, talladas longitudinalmente, lleva tres o cuatro ranuras que le proporcionan elasticidad por un extremo.
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La pinza se cierra al ser presionada contra la pared cónica interior del soporte portapinzas, por la acción de la tuerca, la cual se aprieta con una llave de gancho. En este caso, las piezas se fijan también por medio de mandriles con piezas. Cada mandril puede estar equipado con varios juegos de pinzas para servir a distintos juegos de fresas.
5.5. Portabrocas. Para usar brocas cilíndricas se usa el portabrocas, que es del mismo tipo que el de la taladradora, teniendo en cuenta que debe tener el cono correspondiente al de la fresadora, o interponer una reducción del mismo para lograr el acoplamiento. El portabrocas no se debe utilizar para sujetar fresas cilíndricas.
5.6. Cabezal de mandrinar. Tiene un mango con un cono que debe ser igual que el cono del eje de la fresadora para no tener que utilizar manguitos. La parte superior va fija al mango y la inferior puede desplazarse sobre unas guías de la primera. El desplazamiento se consigue con un tornillo micrométrico controlado por un tambor graduado. La cuchilla, de cuerpo redondo, se sujeta en la parte inferior del cuerpo por medio de un tornillo.
6. SUJECIÓN DE PIEZAS. La fijación de todo pieza en una máquina debe cumplir ciertas condiciones, a fin de que quede centrada, orientada y fuertemente sujeta. Se requieren para ello: -
Inmovilizar la pieza en posición correcta. Conservar la posición durante el mecanizado. Prever la salida de herramienta y viruta. Evitar que los elementos de sujeción no flexionen o deformen la pieza. Que los sistemas de sujeción de la pieza sean robustos. Que la pieza no se deforma bajo la acción de la herramienta. Evitar que la pieza se desmonte más veces de las necesarias. Que el montaje y desmontaje de la pieza sea rápido.
Las piezas se pueden fijar sobre la mesa por medio de tres procedimientos:
6.1. Por medio de bridas. Las bridas de sujeción tienen la forma adecuada para ser fijadas sobre las ranuras en forma de T de las fresadoras y adecuadas también a la forma de la pieza. Es normal el empleo de escuadras, calzos, dados, etc., como elementos auxiliares.
6.2. Fijación por medio de mordazas. El tornillo de máquina, o simplemente mordaza, es una de los medios más extendidos de sujeción de piezas que se han de fresar. Debe ser un conjunto robusto, rígido e indeformable. 11
Pueden ser de base fija o de base giratoria, en este caso montadas sobre un plato circular graduado, pudiéndoles adoptar dispositivos en las mandíbulas para la fijación de piezas especiales.
6.3. Fijación por medio de mesas circulares y platos universales. Las mesas circulares y aparatos divisores, son accesorios imprescindibles para la sujeción de piezas a las que hay que realizarles trabajos de división. Por supuesto, antes de nada, hay que conseguir la fijación de estos accesorios a la mesa mediante los tornillos a las ranuras en T.
7. OTROS ACCESORIOS DE FRESADORA. Cada tipo de fresadora debe disponer de una serie de accesorios de tipo general o bien de tipo especial. De esta forma conseguimos darle una mayor versatilidad a la máquina aumentando el abanico de tipos de mecanizado que se puedan realizar en la fresadora. Ya se han nombrado anteriormente prácticamente la totalidad de accesorios, pero vamos a destacar los siguientes para realizar una mejor descripción:
7.1. Aparato de mortajar o mortajadora. Es un aparato muy útil para realizar pequeñas entallas, ranuras interiores, chaveteros o para cepillar perfiles especiales. Para trabajos de gran intensidad es preferible utilizar una máquina especializada, pues la manera de trabajar en estas operaciones es muy violenta y puede acelerar inútilmente el deterioro de la máquina.
7.2. Cabezal vertical (universal y Huré) Es un importante accesorio con el que podemos conseguir cualquier posición del eje de la fresa. Se acopla al eje principal y se fija por medio de tornillos en la parte anterior del cuerpo. Los dos tipos de cabezales verticales más empleados son: -
Cabezal universal. Cabezal tipo Huré.
El primero está formado por dos plataformas circulares, orientables y graduadas, una en un plano vertical y la otra, perpendicular a ésta, en un plano horizontal. La transmisión de movimiento en el interior se realiza por medio de piñones cónicos a 90 º. El cabezal tipo Huré consta, también, de dos plataformas, una vertical y otra inclinada a 45 º respecto de la anterior. 12
Ambos cabezales admiten la fijación de herramientas portafresas, portabrocas etc., en su eje cónico hueco, donde se colocan usando un tirante roscado, como ya vimos.
7.3. Aparatos divisores. Los aparatos divisores son accesorios imprescindibles en las fresadoras cuando se pretende hacer divisiones iguales en una pieza circular (engranajes, entallas, chaveteros múltiples, ejes estriados, etc.). Además, algunos, permiten el giro de la pieza en un ángulo determinado para otros mecanizados (engranajes cónicos, levas, etc.) También se puede realizar divisiones longitudinales sincronizando su movimiento al de la mesa de trabajo. 7.3.1. Aparato divisor simple. Se utiliza para realizar graduaciones circulares simples siempre en la cantidad de divisiones sea divisor del número de entallas del plato. 7.3.2. Aparato divisor universal. Su cabezal universal de tres garras sirve como sistema de sujeción de piezas de revolución, probablemente mecanizadas anteriormente en un torno. Este cabezal puede girar para darle ángulo a la pieza. Su movimiento se puede sincronizar con el del eje vertical y con el de la mesa de la fresadora, para conseguir movimientos compuestos. Por ejemplo, la pieza podría girar a la vez que avanza la fresa para realizar hélices. Las posibilidades de división son mucho mayores que las del aparato simple y con mayor precisión. 7.3.3. Mesa divisora circular. La mesa divisora es una variante del aparato divisor universal. La mesa circular se sitúa horizontalmente sobre la mesa de trabajo de la fresadora. Se utiliza para fijar piezas de gran tamaño con dificulta para sujetar en el aparato divisor. El sistema de división es de iguales características al de éste.
7.4. Otros. Por supuesto, además de todos estos accesorios, la fresadora lleva otros elementos mecánicos auxiliares, para utilizar con los anteriores y hacer los montajes, como por ejemplo juegos de engranajes para montar entre mesa y aparato divisor, contracabezales o contrapuntos para sujetar los extremos de piezas de mayor longitud, juntas cardan para crear cadenas cinemáticas para sincronizar eje principal con la mesa o con el aparato divisor... etc.
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