Explicación
8.1 Tipos de herramentales utilizadas en centros de maquinados
Los centros de mecanizado con CNC están preparados para utilizar diferentes herramientas que le permitirán desempeñar diversas operaciones, las herramientas se almacenan en la máquina en un magazine o carrusel de herramientas, donde son resguardadas y un brazo electromecánico llamado ATC por sus siglas en inglés (Automatic Tool Changer) es el responsable de tomarlas del carrusel y montarlas en el usillo de la maquina mediante un código de programación. Una vez que se realizó el trabajo, el mismo ATC es desmontado de la herramienta del usillo y la vuelve a almacenar en el carrusel.
Las herramientas utilizadas en fresadoras pueden clasificarse de según su forma:
Fresas cilÃndricas periféricas
Dientes sólo en la periferia, pueden clasificarse de la siguiente manera:
- Dentado recto
- Dentado helicoidal
- Acopladas
Fresas de disco
Poca longitud de corte respecto a su diámetro, se clasifican de la siguiente manera:
- Con dentado recto
- Con dentado cruzado o alterno
- Con dentado en cruz
CilÃndricas frontales sin vástago
Poseen dientes en periferia y en cara lateral.
Angulares sin vástago
Poseen dos filos principales que forman un ángulo entre sÃ, y pueden encontrarse frontales y prismáticas.
Fresas con vástago (end mill)
Poseen un cilÃndrico cónico y pueden clasificarse de la siguiente manera:
- De bola o punta esférica (Ball)
- Punta plana (Flat)
- Ranuras en “Tâ€
- Angulares o cola de milano
Fresas madre
Están diseñadas para remover gran cantidad de material en poco tiempo.
8.2 Materiales de las herramientas
Los materiales de las herramientas varÃan según su aplicación, existen herramientas de baja producción que generalmente son las más económicas, hasta otras de materiales altamente especializados para maquinados de materiales especÃficos. Algunos materiales de las herramientas son los siguientes:
(Aleación de tungsteno) se usa en aplicaciones industriales para el mecanizado de metales.
Son aceros altamente aleados capaces de mantener su dureza a altas temperaturas. Debido a su dureza en caliente, se usan en actividades de corte a velocidades de corte más altas.
Compuestos de materiales cerámicos y metálicos.
Se usan para maquinar fundiciones de hierro y acero.
Se utilizan para obtener buenos acabados en superficies. Tienen baja tenacidad, por lo que no se recomiendan para operaciones de desbaste.
El material más duro que se conoce. Deseable para aplicaciones de esmerilado y mecanizado.
Material de la herramienta |
Recomendaciones |
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Aceros de alta velocidad HSS
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- Formas especiales de herramienta (fáciles de formar)
- Baja Producción
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Carburos (insertos) |
- Funciones de desbaste
- Alta producción
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Cerámicos |
- Maquinado de alta velocidad donde se generan altas temperaturas
- Alta Producción
- Maquinados continuos
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De punta de diamante |
- Superficies de alta calidad
- Tolerancias finas
- Materiales no ferrosos, no metálicos
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Por último, existen herramientas diseñadas para operaciones especÃficas que pueden ser utilizadas en un centro de maquinado, algunos ejemplos son las siguientes:
- Brocas de centrado
- Brocas para taladrados
- Machuelos
- Rimas o escariadoras
8.3 Métodos de sujeción en centros de maquinados
Las fresadoras poseen dos métodos de sujeción, uno está orientado a sujetar las herramientas de corte, y el segundo está destinado a sujetar la pieza de trabajo. A continuación se describe cada uno de ellos.
Sistemas de sujeción de herramientas
Conos portaherramientas
Toda máquina del taller de mecanizado (fresadora, taladradora, contrapunto del torno y, por supuesto, los centros CNC) llevan en el husillo alojamientos en los cuales se acoplan conos que, a su vez, alojan diferentes tipos de sistemas portaherramientas, con el fin de sujetar las herramientas de corte, para que éstas sean intercambiables en cualquier máquina. Por ello, los conos son también portaherramientas, ya que son un elemento de unión entre el husillo y la herramienta, que se fabrica en una sola pieza para otorgar mayor rigidez. Éstos tienen acoplamiento en el husillo gracias a un tornillo tensor o tirante, pieza que debe ser adquirida por separado del cono, de hecho, cada fabricante ha patentado múltiples y modernas tecnologÃas de tirantes.
En el mercado mundial existe una gran diversidad de conos y portaherramientas, clasificaciones y tecnologÃas de sujeción. Quizás, por dicha razón, este es uno de los temas que más confusión genera y el conocimiento de la gran mayorÃa de los usuarios se limita a los sistemas tradicionales. Estos, sin excepción, están normalizados por estándares internacionales, entre ellos ISO, DIN, NT y ANSI, según las dimensiones y conicidad de su mango, básicamente con base en la medida del diámetro menor (diámetro de la parte estrecha del cono), el diámetro mayor (parte ancha del cono) y la separación entre ambos (longitud). La razón de ello, es porque las formas y tamaños de los portaherramientas deben ser equivalentes al acoplamiento del husillo de la máquina (unión cono-husillo); que también están normalizados bajo los mismos estándares. En este sentido, es muy importante saber qué tipo de cono es compatible con el acople del equipo disponible para mecanizar, ya que aunque la conicidad entre los diferentes útiles es muy similar, las dimensiones varÃan.
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Particularmente, para la sujeción en CNC los fabricantes han desarrollado un amplio portafolio de conos según las necesidades de maquinado. La diferencia fundamental está en su conicidad, longitud del mango, aplicación y nivel de sujeción, ya que estos parámetros son fundamentales a la hora de lograr una buena rigidez entre la unión cono-husillo. Estos son algunos de los más comunes en la industria metalmecánica:
Los tipos de conos portaherramientas utilizados en fresadoras CNC son los siguientes:
- Cono métrico ISO
- Cono CAT
- Cono tipo BT
- Cono tipo HSK
Portaherramientas
Todos los conos (ISO, CAT, BT y HSK, etcétera) están diseñados para acoplar los diferentes sistemas de sujeción (portaherramientas) que se utilizan en las operaciones de mecanizado, como el torneado, taladrado, fresado, escariado, planeado, mandrilado, roscado e incluso el rectificado, en máquinas dotadas de cambiador automático. SerÃa casi imposible hacer un recuento de todos, pues en este campo los desarrolladores han sido muy prolÃficos. A continuación los más conocidos.
Los sistemas de sujeción más comunes entre los profesionales del mecanizado son los portapinzas, que sirven para sujetar diferentes tipos de herramientas de mango cilÃndrico en una amplia variedad de operaciones de mecanizado.
En el argot de taller también se le conoce como mandril o portafresa. Son usados generalmente para montar fresas para operaciones de corte: planeado, escuadrado y ranurado; con herramientas de diámetro considerable, entre 40 y 200 mm aproximadamente.
son portaherramientas con un gran par de apriete para garantizar la rigidez y equilibrio de las brocas y los machos. En su mayorÃa, el binomio portaherramientas-herramienta asegura un salto máximo de 3 micras, ya que los procesos de taladrado, roscado y mandrilado o alesado, muchas veces, son mecanizados finales, en los que no se puede correr ningún riesgo.
Estos portaherramientas utilizan un tornillo de fijación lateral (radial) que la presiona contra el dispositivo de sujeción. Para ello, la herramienta necesita tener un mango cilÃndrico con encaste (cara plana para el apriete). Existe una variación del weldon, denominada whistle notch, que también usa tornillo lateral, pero la herramienta ya no trae la cara plana sino inclinada, para garantizar aún más que no vaya a salirse.
Los portaherramientas hidráulicos amarran la herramienta mediante un sistema que emplea aceite a presión. Comúnmente, en la parte interior de la membrana metálica del mandril, la cual rodea el orificio en el que se introduce la herramienta de corte, se encuentra una caja hidráulica provista de un depósito de fluido; al accionar un tornillo, se mueve un émbolo y esto aumenta la presión del aceite hasta valores muy elevados. Dicha fuerza ocasiona que la membrana sujete firmemente la herramienta.
Son una alternativa a los hidráulicos y es el sistema que proporciona mayor par de apriete, repetibilidad y precisión en la concentricidad. A diferencia de los mandriles mecánicos e hidráulicos, los térmicos no disponen de ningún sistema interno que ejerza presión para sujetar la herramienta. En vez de esto, el cono es macizo con un orificio de precisión donde encaja la herramienta.
Selección del portaherramintas
Entre más se conozca el proceso de mecanizado, mejor será la forma en que los conos y portaherramientas se desempeñen. Igualmente, los conocimientos de las propiedades de los portaherramientas son fundamentales para su correcta selección y aplicación, asà como la determinación de los parámetros del mecanizado. Una comparación de los distintos sistemas de sujeción suele ser problemática, debido a la diversidad de los métodos de trabajo, formas constructivas y dimensiones de los portaherramientas. La valoración deberÃa ser realizada siempre bajo los factores reales de aplicación y sus requerimientos. Por ejemplo: un portaherramientas rÃgido pero largo, no sirve si éste colisiona con la pieza, o sólo se puede utilizar en una posición inadecuada.
Por otro lado, en caso de que exista espacio suficiente, la selección de un portaherramientas rÃgido siempre será la mejor. Los tres elementos básicos para tener en cuenta en la selección del sistema de sujeción de las herramientas son:
- Primero, conviene considerar la operación de mecanizado a realizar. El tipo de operación afecta la elección del portaherramientas, ya que es indispensable aclarar si será torneado, fresado, taladrado, mandrilado y escariado o roscado. Además, hay que preguntarse por la calidad (tolerancia, acabado superficial) y el número de operaciones de mecanizado.
- Después de analizar la operación, es el momento de observar la pieza y cuestionar: ¿Es posible fijar la pieza con seguridad?, ¿una sola muestra o producción en serie?, ¿es necesario que una herramienta realice dos o más funciones? (para minimizar el número de cambios de herramienta).
- Para finalizar, se debe tener en cuenta la máquina: ¿cuáles son las necesidades de estabilidad, potencia y par torque? (especialmente para piezas grandes). ¿Centro de mecanizado, centro de torneado o máquina multitarea? ¿Tipo de acoplamiento en el husillo de la máquina? ¿Tipo de torreta? ¿Unidades de sujeción manuales o automáticas? ¿Sistema de herramientas modular o enterizo?
El sistema cono y portaherramienta de sujeción debe cumplir una serie de requisitos, por ejemplo:
- El montaje y desmontaje de la herramienta en la máquina debe ser sencillo.
- Permitir el cambio automático de éstas.
- Ajuste preciso con el husillo de la máquina.
- Permitir un perfecto alineamiento del eje de la herramienta con el eje del husillo.
- No introducir pérdidas de rendimiento ni rigidez en el sistema.
- El sistema debe ser adecuado para todos los tipos de máquina-herramienta previstos y para todos los tipos de condiciones de mecanizado.
Sistemas de sujeción de piezas
Existen muchos tipos de sistemas de sujeción para operaciones de mecanizado incluyendo mordazas, portaherramientas y prensas. De estos, los más ampliamente utilizados son las prensas en sus diferentes estilos, todas ellas diseñadas para posicionar y sujetar piezas de trabajo con firmeza mientras que son mecanizadas bajo diferentes especificaciones, dimensiones y tolerancias.
Las prensas de precisión para mecanizado hechas de hierro dúctil son ideales para sujetar con precisión piezas de mecanizado en máquinas básicas como fresadoras, rectificadoras y centros de mecanizado.
Permiten el sujetado de varias piezas para aprovechamiento del husillo, reducen tiempos de cambio de herramientas asà como las distancias de viaje del herramental.
Están disponibles en torretas de cuatro o seis caras de sujeción y en dos sistemas diferentes de pallets. Estos proveen de sujeción repetitiva y flexibilidad para cambios rápidos de montajes para diferentes requerimientos.
Fresas cilÃndricas periféricas 
