fresadora

Facultat de Nàutica

Apuntes TECNOLOGÍA NAVAL Y MECÁNICA Q2-primavera 2011-Torralbo-001 1

Tecnología Naval y Mecánica-GESTN La fresadora es una máquina dotada de una herramienta característica, denominada fresa, que animada de un movimiento de rotación, mecaniza superficies en piezas que se desplazan con movimiento rectilíneo bajo la herramienta. Si el eje de la fresa se halla dispuesto paralelamente a la superficie a mecanizar, el fresado se denomina cilíndrico. En este caso, la fresa puede girar en sentido contrario al avance, denominándose fresado normal o en el mismo sentido, que es el fresado en concordancia. Es una máquina dotada de una herramienta característica denominada "fresa ", que animada de un movimiento de rotación mecaniza superficies en piezas que se desplazan con movimiento rectilíneo bajo la herramienta. Si el eje de la fresa está dispuesto paralelamente a la superficie a mecanizar, el fresado se denomina "cilíndrico ", en este caso la fresa puede girar en sentido contrario al avance, denominándose "fresado normal", o en el mismo sentido denominándose "fresado en concordancia ". Cuando el eje de la fresa es perpendicular a al superficie de la pieza que se mecaniza, el fresado se denomina "frontal ". Los movimientos de trabajo son: 1. Movimiento de corte, por rotación de la fresa. 2. Movimiento de avance, por desplazamiento rectilíneo de la pieza. 3. Movimiento de profundidad de pasada, por desplazamiento vertical de la pieza. Actualmente, la fresadora tiene un campo de aplicación para el mecanizado de piezas pequeñas, casi ilimitado. Tienen mucho más rendimiento que las demás máquinas para las mismas operaciones, pues como cada diente o arista de la fresa no está en fase de trabajo y por lo tanto en contacto con la pieza nada más que una fracción de tiempo que dura la revolución de la fresa, ésta experimenta mucha menos fatiga, tiene menos desgaste y trabaja a una temperatura inferior que las herramientas de los tornos, sin que pueda considerarse su trabajo intermitente ya que siempre hay una arista de la fresa en fase de trabajo. Componentes principales: La base: Es la base que sirve de apoyo a la máquina. El cuerpo: Es el elemento estructural de la máquina que en forma de columna se apoya sobre la base llena en la parte frontal, las guías verticales por la que desliza la consola y contiene los mecanismos de accionamiento de la máquina. La consola que desliza sobre las guías sirve de soporte a la mesa. La mesa donde se fijan las piezas tiene su superficie ranurada y se apoya sobre los carros, uno de desplazamiento longitudinal y otro transversal. El puente: Es una pieza colocada sobre la parte superior del cuerpo y soporta al cojinete o apoyo del eje de la herramienta. Y el eje de trabajo o de la herramienta está montado horizontalmente en la parte superior del cuerpo, sirve de apoyo y accionamiento a la fresa y recibe el movimiento de rotación del mecanismo de accionamiento alojado en el cuerpo de la fresadora.



Diagrama de una fresadora horizontal. 1: base. 2: columna. 3: consola. 4: carro transversal. 5: mesa. 6: puente. 7: eje portaherramientas. El cabezal divisor se necesita para la fabricación de piezas en las que hay que realizar trabajos de fresado según determinadas divisiones (ruedas dentadas, cuadrados y hexágonos, árboles de chavetas múltiples, fresas, escariadores). Con su ayuda también es posible fresar ranuras en espiral. En estos trabajos cabe distinguir la división sencilla o directa, la división indirecta y la división de compensación o división diferencial. El cabezal divisor (aparato divisor universal) consta de la carcasa en que va soportado el husillo del cabezal divisor. Este husillo sirve para alojar el montaje de sujeción. Las piezas a trabajar pueden sujetarse en voladizo o entre puntos. El disco divisor va fijado sobre el husillo del cabezal. En el aparato divisor también existe un mecanismo de tornillo sin fin necesario para la división indirecta, así como un dispositivo para la división diferencial y para el fresado de ranuras helicoidales.

Fresadoras según la orientación de la herramienta Dependiendo de la orientación del eje de giro de la herramienta de corte, se distinguen tres tipos de fresadoras: horizontales, verticales y universales. Una fresadora horizontal utiliza fresas cilíndricas que se montan sobre un eje horizontal accionado por el cabezal de la máquina y apoyado por un extremo sobre dicho cabezal y por el



otro sobre un rodamiento situado en el puente deslizante llamado carnero. Esta máquina permite realizar principalmente trabajos de ranurado, con diferentes perfiles o formas de las ranuras. Cuando las operaciones a realizar lo permiten, principalmente al realizar varias ranuras paralelas, puede aumentarse la productividad montando en el eje portaherramientas varias fresas conjuntamente formando un tren de fresado. La profundidad máxima de una ranura está limitada por la diferencia entre el radio exterior de la fresa y el radio exterior de los casquillos de separación que la sujetan al eje portafresas.

Fresadora vertical. En una fresadora vertical, el eje del husillo está orientado verticalmente, perpendicular a la mesa de trabajo. Las fresas de corte se montan en el husillo y giran sobre su eje. En general, puede desplazarse verticalmente, bien el husillo, o bien la mesa, lo que permite profundizar el corte. Hay dos tipos de fresadoras verticales: las fresadoras de banco fijo o de bancada y las fresadoras de torreta o de consola. En una fresadora de torreta, el husillo permanece estacionario durante las operaciones de corte y la mesa se mueve tanto horizontalmente como verticalmente. En las fresadoras de banco fijo, sin embargo, la mesa se mueve sólo perpendicularmente al husillo, mientras que el husillo en sí se mueve paralelamente a su propio eje Una fresadora universal tiene un husillo principal para el acoplamiento de ejes portaherramientas horizontales y un cabezal que se acopla a dicho husillo y que convierte la máquina en una fresadora vertical. Su ámbito de aplicación está limitado principalmente por el costo y por el tamaño de las piezas que se pueden trabajar. En las fresadoras universales, al igual que en las horizontales, el puente es deslizante, conocido en el argot como carnero, puede desplazarse de delante a detrás y viceversa sobre unas guías. Procedimientos de fresado: Fresado tangencial en oposición llamado también fre sado normal . En este caso el eje de la fresa es paralelo a la superficie trabajada y gira en sentido contrario al avance de la pieza. En este caso el espesor de la viruta crece al girar la fresa y avanzar la pieza, por lo que el esfuerzo de corte va creciendo también progresivamente, en contra de esta ventaja tiene los siguientes inconvenientes: Si se emplean avances muy pequeños no existe más que un diente cortando a la vez y como la resultante de los esfuerzos de corte al final de la carrera están



dirigidos hacia arriba, tiende a levantar la pieza de la mesa con lo que se originan flexiones y vibraciones. El rozamiento de la fresa sobre la pieza al iniciar el corte es muy grande y esto desgasta los dientes y los calienta. La potencia consumida en el fresado a consecuencia de lo anterior es superior a la del fresado en concordancia. Las superficies obtenidas no son perfectamente planas sino ligeramente onduladas. Fresado tangencial en concordancia , La fresa también de eje horizontal gira en el mismo sentido que el de avance de la pieza, en este caso los dientes de la fresa inician el corte de la viruta en su máximo espesor por lo que necesita mayor esfuerzo de corte que en el normal, tiene las siguientes ventajas: La componente vertical de la fuerza de corte se dirige hacia abajo y por tanto si la máquina es lo suficientemente rígida quedan eliminadas las vibraciones. Los dientes de la fresa no sufren el rozamiento inicial con la pieza, que tenían en el fresado norma, por esto y por la ausencia de vibraciones se pueden emplear avances mayores y se obtiene mayor rendimiento. La potencia consumida en el fresado por la ausencia de rozamientos es inferior a la del fresado normal. El acabado obtenido en mejor que en el normal pues generalmente no presenta ondulaciones. Fresado frontal: En el fresado frontal el eje de la herramienta es perpendicular a la superficie de trabajo y el espesor de la viruta arrancada es constante. En este procedimiento solamente trabajan las extremidades de los dientes y se realiza solo cuando la pieza es de anchura inferior a la de la fresa, pues en caso contrario el fresado sería mixto, tangencial y frontal. La superficie mecanizada tiene mejor aspecto que en los procesos anteriores ya que en ella no guarda trazo alguno de la forma de la fresa, sino únicamente la raya dejada por los dientes que son arcos de cicloides, si el eje no es totalmente perpendicular no se obtendrán superficies totalmente planas. En la práctica del fresado frontal el eje de la fresa se lleva ligeramente inclinado hacia delante para evitar el rozamiento de los dientes cuando no cortan, por lo que la superficie gruesa produce es ligeramente cóncava.



Movimientos básicos de fresado. 1.- Fresado frontal (planeado) 2.- Fresado en escuadra 3.- Fresado tangencial en oposición o fresado normal. 4.- Fresado tangencial en concordancia o fresado en equicorriente.

Movimiento de corte ( rojo) Movimiento de avance ( azul) Movimiento de profundización (verde)

Fresas: En su sentido más amplio las fresas pueden dividirse como sólidos de revolución en cuya superficie se encuentran repartidas cuchillas denominadas dientes que se clavan y arrancan viruta de material al girar alrededor de su eje. Los elementos característicos que definen la fresa son: -El cuerpo que es el núcleo sobre el que van apoyados los dientes. -El dentado que es el elemento activo de la pieza. -El mango (cuando lo tiene) por el que se sujeta al portaherramientas. -La periferia es la superficie de revolución imaginaria que envuelve al filo de los dientes.

Fresas cilíndricas y fresas Frontales:

a) Las fresas cilíndricas tienen filos únicamente en su periferia. Se utilizan para desbastar y afinar

superficies planas por medio de la maquina fresadora horizontal;

b) Las fresas cilíndricas acopladas, con dientes helicoidales de sentidos opuestos, tienen la ventaja

de que el empuje axial queda en ellas parcialmente compensado;

c) Las fresas frontales cilíndricas tienen dientes no solamente en la periferia, sino también en una

de las caras frontales. Se prestan estas fresas para trabajar superficies planas y rebajos en ángulo

recto, tanto con la fresadora horizontal como la vertical.

Fresas en forma de disco se utilizan para fresar entalladuras estrechas:



a) La sierra circular se utiliza para cortar piezas y para hacer en ellas ranuras estrechas como, por

ejemplo, en las cabezas de los tornillos;

b) Las fresas para ranurar con dientes rectos sirven para fresar ranuras planas. Con objeto de evitar

el roce lateral, estas fresas van ahuecadas con la muela por ambos lados;

c) Las fresas de disco de dientes triangulares son apropiadas para chaveteros más profundos;

d) Las fresas de dientes cruzados van provistas de filos dirigidos alternativamente a la derecha y a

la izquierda;

e) Las fresas de discos acoplados pueden , después de haber sido afiladas, volver a su primitiva

anchura mediante interposición de las convenientes arandelas;

f) Fresa de disco en posición de trabajo.

Fresa con vástago:

a) Las fresas de vástago con fresas frontales cilíndricas de pequeño diámetro. El vástago o mango

sirve para sujeción. Las fresas de vástago con corte a la derecha y hélice a la derecha o las de

corte a la izquierda con hélice a la izquierda, pueden salirse del husillo como consecuencia del

empuje axial. Para evitar esto, el mangos de fresa provistos de lengüeta de arrastre no se usan

generalmente nada más que para cortes ligeros:

b) Las fresas de vástago para ranuras se prestan para la ejecución de ranuras en T;

c) Las fresas para agujeros rasgados tienen dos filos y se utilizan para el fresado de chaveteros y de

agujeros rasgados.

Fresas de forma:

a) Las fresas angulares son necesarias para la ejecución de guías prismáticas;

b) La fresa frontal angular se utiliza para el mecanizado de guías en ángulo;

c) Las fresas de un solo filo se utilizan para pequeños trabajos de fresado de forma.

Operaciones que realiza la fresadora: Planeado: Se realiza con fresas cilíndricas o frontales.



Ranurado: Se realiza con fresas de 3 cortes.

Corte: Se realiza con fresas sierra en forma de disco. Perfilado: Se emplean fresas de línea periférica adecuada al perfil que se desea obtener. Fresado circular o contorneado: Se utilizan fresas cilíndricas en posición vertical. Fresado helicoidal. Fresado de engranajes.Taladrado. Escariado. Mandrinado. Mortajado.



PARÁMETROS DE MECANIZADO Los ángulos de afilado de los dientes de las fresas dependen del tipo de fresa, de su material y del material a mecanizar. Respecto a las velocidades de corte, son mayores que las de ninguna otra herramienta, pues dichas velocidades están sólo limitadas por el calentamiento de la herramienta, y las fresas se calientan menos, porque sólo trabajan los dientes en una fracción de su rotación, enfriándose en contacto con el aire el resto de ella. Estas velocidades dependen también del material de las fresas y del material a mecanizar. Si se desea obtener las velocidades en revoluciones por minuto partiendo de las velocidades de corte lineales, puede utilizarse la fórmula siguiente, de fácil deducción:

El avance depende también del material de la fresa y del de la pieza que se mecaniza. En los cuadros siguientes se dan las velocidades de corte y avances para fresas cilíndricas según el material a fresar. VELOCIDADES DE CORTE Y AVANCES PARA EL FRESADO CON FRESAS DE ACERO AL CARBONO



VELOCIDADES DE CORTE Y AVANCES PARA EL FRESADO CON FRESAS DE ACERO AL CARBONO

En todo caso, en cualquier trabajo de fresado deben tenerse en cuenta las siguientes recomendaciones: 1º. Comenzar el trabajo con una velocidad de avance pequeña y aumentarla progresivamente, ya que la capa superficial es más dura que las interiores. 2º. Procurar trabajar con velocidad de corte elevada y modificar el avance durante el trabajo, pues el avance afecta más a la máquina que la velocidad de corte, siempre, claro está, que no se llegue al límite de calentamiento admisible. 3º. En los trabajos de desbastado se debe adoptar una velocidad de corte media. Para el acabado se debe reducir el avance y aumentar la velocidad de corte, para mejorar así la superficie. 4º. Refrigerar con líquidos de corte la herramienta para conseguir un enfriamiento máximo. 5º. Emplear sólo fresas de acero rápido en aquellos trabajos en que se tema un calentamiento excesivo de la herramienta. MATERIALES PARA LAS HERRAMIENTAS DE CORTE ( tornead o y fresado) La selección de material para la construcción de una herramienta depende de' distintos factores de carácter técnico y económico, tales como: ' 1. Calidad del material a trabajar y su dureza. 2. Tipo de producción (pequeña, mediana y en serie). 3. Tipo de máquina a utilizar. 4. Velocidad de Corte. Los materiales para las herramientas de corte incluyen aceros al carbono, aceros de mediana aleación, aceros de alta velocidad, aleaciones fundidas, carburos cementados, cerámicas u óxidos y diamantes. El carbono forma un carburo con el hierro, lo que hace que responda al temple y, de esta manera aumentar la dureza, la resistencia mecánica y la resistencia al desgaste. El contenido de carbono de los aceros para herramientas está entre 0.6% y 1.4%.



En algunos casos a la aleación hierro-carbono se le mezclan otros elementos (con la, finalidad de aumentar la resistencia al desgaste) tales como: cromo, cobalto, manganeso, molibdeno, níquel, silicio, tungsteno, vanadio. En estos casos los aceros asumen la denominación de especiales y pueden emplearse para trabajar a una velocidad de corte de hasta 25 m/min. .

Acero al carbono: Son el tipo más antiguo de acero empleado en herramientas de corte. Este acero es poco costoso, tiene resistencia a los choques, se puede someter a tratamiento térmico para obtener un amplio rango de durezas, se forma y rectifica con facilidad y mantiene su borde filoso cuando no está sometido a abrasión excesiva y utilizado para brocas que trabajan a velocidades más o menos bajas, para machuelos, brochas y escariadores, aunque y a los han sustituido otros materiales para herramientas Rápidos. Mantiene su elevada dureza a altas temperaturas y tienen buena resistencia al desgaste. Las herramientas de este tipo de aleaciones que se funden y se rectifican a la forma deseada, se componen de cobalto 38% a 53%, cromo 30% a 33% y tungsteno 10% a 20%. Estas aleaciones se recomiendan para operaciones de desbaste profundo con velocidades y avances más o menos altos. Sólo se emplean para obtener un buen acabado superficial especial. Extra-rápidos. Estos aceros están caracterizados por una notable resistencia al desgaste" del filo de corte aún a temperaturas superiores a los 600° C por lo que las herramientas fabricadas con este material pueden emplearse cuando las velocidades de corte requeridas son mayores a las empleadas para trabajar con herramientas de acero rápido. Los aceros extra-rápidos tienen la misma composición que los aceros rápidos, a los cuales se les añade del 4 al 12 % cobalto. Carburos cementados: Tienen carburos metálicos como ingredientes básicos y se fabrican con técnicas de metalurgia de polvos. Las puntas afiladas con sujetadores mecánicas se llaman insertos ajustables, se encuentran en diferentes formas, como cuadrados, triángulos, circulares y diversas formas especiales. Hay tres grupos:

• Carburo de tungsteno aglutinado con cobalto, que se emplea para maquinar hierros fundidos y metales abrasivas ferrosos

• Carburo de tungsteno con aglutinante de cobalto más una solución sólida, para maquinar en aceros.

• Carburos de titanio con aglutinante de níquel y molibdeno, para cortar en donde hay altas temperaturas debido alas altas velocidades de corte o a la alta resistencia mecánica del material de la pieza de trabajo.

Carburos revestidos: Con insertos normales de carburo revestidos con una capa delgada de carburo de titanio, nitruro de titanio u óxido de aluminio. Con el revestimiento se obtiene resistencia adicional al desgaste a la vez que se mantienen la resistencia mecánica y la tenacidad de la herramienta de carburo. Cerámicas o de óxido: Contienen principalmente granos finos de óxido de aluminio ligados entre sí. Con pequeñas adiciones de otros elementos se ayuda a obtener propiedades óptimas. Las herramientas de cerámica tienen una resistencia muy alta a la abrasión, con más dureza que los carburos cementados y tienen menor tendencia a soldarse con los metales durante el corte. Sin embargo, carecen de resistencia al impacto y puede ocurrir su falla prematura por desportilladura o rotura. Se ha encontrado que las herramientas de cerámica son eficaces para operaciones de torneado ininterrumpido a alta velocidad.



Diamantes: Policristalino se emplea cuando se desean buen acabado superficial y exactitud dimensional, en particular en materiales no ferrosos, blandos, que son difíciles de maquinar. Las propiedades generales de los diamantes son dureza extrema, baja expansión térmica, alta conductividad térmica y un coeficiente de fricción muy bajo.

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