¿Qué es una fresadora y sus configuraciones de tecnología de fresado?

El fresado es un proceso de fabricación por corte para la producción de piezas de trabajo con una forma definida geométricamente. El fresado es el proceso de mecanizado que utiliza cortadores giratorios para eliminar material al hacer avanzar un cortador en una pieza de trabajo. Esto se puede hacer variando la dirección en uno o varios ejes, la velocidad del cabezal de corte y la presión. El fresado cubre una amplia variedad de diferentes operaciones y máquinas, en escalas desde pequeñas piezas individuales hasta grandes operaciones de fresado en grupo de servicio pesado. Es uno de los procesos más utilizados para mecanizar piezas personalizadas con tolerancias precisas. Como ocurre con todos los procesos de mecanizado, el material se extrae de una pieza en bruto en forma de virutas. El fresado pertenece al grupo del mecanizado con filos de corte definidos geométricamente, ya que se conoce la geometría de los filos de las herramientas de fresado. Durante el fresado, el material es eliminado por la herramienta de fresado que gira alrededor de su propio eje a alta velocidad, mientras que la herramienta sigue el contorno a producir o la pieza de trabajo se mueve en consecuencia. Durante el fresado, este movimiento de avance tiene lugar perpendicular o en ángulo al eje de rotación de la herramienta; sin embargo, al taladrar, tiene lugar en la dirección del eje de rotación y, al girar, las piezas giran alrededor de su propio eje mientras la herramienta se mueve a lo largo del contorno.

El fresado se puede realizar con una amplia gama de máquinas herramienta. La clase original de máquinas herramienta para fresar era la fresadora (a menudo llamada molino). Después de la llegada del control numérico por computadora (CNC) en la década de 1960, las fresadoras se convirtieron en centros de mecanizado: fresadoras aumentadas por cambiadores automáticos de herramientas, almacenes o carruseles de herramientas, capacidad CNC, sistemas de refrigeración y envolventes. Los centros de fresado se clasifican generalmente como centros de mecanizado verticales (VMC) o centros de mecanizado horizontales (HMC).

La integración del fresado en entornos de torneado, y viceversa, comenzó con herramientas motorizadas para tornos y el uso ocasional de fresas para operaciones de torneado. Esto condujo a una nueva clase de máquinas herramienta, las máquinas multitarea (MTM), que están diseñadas específicamente para facilitar el fresado y el torneado dentro del mismo espacio de trabajo.

Proceso de molienda

Proceso de planeado (el eje de rotación del cortador es vertical - inclinación de 0 ° con respecto al eje de la herramienta)

El fresado es un proceso de corte que utiliza una fresa para eliminar material de la superficie de una pieza de trabajo. La fresa es una herramienta de corte giratoria, a menudo con múltiples puntos de corte. A diferencia de la perforación, donde la herramienta avanza a lo largo de su eje de rotación, el cortador en el fresado generalmente se mueve perpendicular a su eje para que el corte se produzca en la circunferencia del cortador. A medida que la fresa entra en la pieza de trabajo, los bordes cortantes (estrías o dientes) de la herramienta cortan y salen repetidamente del material, cortando virutas (virutas) de la pieza de trabajo con cada pasada. La acción de corte es la deformación por cizallamiento; el material se empuja fuera de la pieza de trabajo en pequeños grupos que cuelgan juntos en mayor o menor medida (dependiendo del material) para formar virutas. Esto hace que el corte de metal sea algo diferente (en su mecánica) de cortar materiales más blandos con una cuchilla.

El proceso de fresado elimina el material realizando muchos cortes pequeños separados. Esto se logra usando un cortador con muchos dientes, haciendo girar el cortador a alta velocidad o haciendo avanzar el material a través del cortador lentamente; la mayoría de las veces es una combinación de estos tres enfoques. Las velocidades y avances utilizados se varían para adaptarse a una combinación de variables. La velocidad a la que avanza la pieza a través del cortador se llama velocidad de avance, o simplemente avance; la mayoría de las veces se mide como distancia por tiempo (pulgadas por minuto [pulg / min o ipm] o milímetros por minuto [mm / min]), aunque a veces también se usa la distancia por revolución o por diente cortador.

Hay dos clases principales de procesos de fresado:
En el planeado, la acción de corte se produce principalmente en las esquinas de los extremos de la fresa. El planeado se utiliza para cortar superficies planas (caras) en la pieza de trabajo o para cortar cavidades de fondo plano.

En el fresado periférico, la acción de corte se produce principalmente a lo largo de la circunferencia de la fresa, de modo que la sección transversal de la superficie fresada acaba recibiendo la forma de la fresa. En este caso, se puede ver que las hojas del cortador extraen material de la pieza de trabajo. El fresado periférico se adapta bien al corte de ranuras profundas, roscas y dientes de engranajes.

Fresas

En el proceso de fresado se utilizan muchos tipos diferentes de herramientas de corte. Las fresas, como las fresas de extremo, pueden tener superficies de corte en toda la superficie del extremo, de modo que puedan perforarse en la pieza de trabajo (hundir). Las fresas también pueden tener superficies de corte extendidas en sus lados para permitir el fresado periférico. Las herramientas optimizadas para el planeado tienden a tener solo cortadores pequeños en las esquinas de los extremos.
Hay herramientas de corte que se utilizan normalmente en fresadoras o centros de mecanizado para realizar operaciones de fresado (y ocasionalmente en otras máquinas herramienta). Quitan el material mediante su movimiento dentro de la máquina (por ejemplo, un molino de punta esférica) o directamente de la forma del cortador (por ejemplo, una herramienta de encofrado como un cortador de tallado).

A medida que el material pasa a través del área de corte de una fresadora, las cuchillas del cortador toman virutas de material a intervalos regulares. Por lo tanto, las superficies cortadas por el lado de la fresa (como en el fresado periférico) siempre contienen crestas regulares. La distancia entre las crestas y la altura de las crestas dependen de la velocidad de avance, el número de superficies de corte y el diámetro de la fresa. Con un cortador estrecho y una velocidad de avance rápida, estas crestas de revolución pueden representar variaciones significativas en el acabado de la superficie.

En principio, el proceso de planeado puede producir superficies muy planas. Sin embargo, en la práctica, el resultado siempre muestra marcas trocoidales visibles siguiendo el movimiento de los puntos en la cara del extremo del cortador. Estas marcas de revolución dan el acabado característico de una superficie fresada. Las marcas de revolución pueden tener una rugosidad significativa dependiendo de factores como la planitud de la cara del extremo del cortador y el grado de perpendicularidad entre el eje de rotación del cortador y la dirección de alimentación. A menudo, se usa una pasada final con una velocidad de alimentación lenta para mejorar el acabado de la superficie después de que se ha eliminado la mayor parte del material. En una operación de planeado precisa, las marcas de revolución solo serán arañazos microscópicos debido a imperfecciones en el filo de corte.

El fresado en grupo se refiere al uso de dos o más fresas montadas en el mismo eje (es decir, agrupadas) en una configuración de fresado horizontal. Todos los cortadores pueden realizar el mismo tipo de operación, o cada cortador puede realizar un tipo de operación diferente. Por ejemplo, si varias piezas de trabajo necesitan una ranura, una superficie plana y una ranura angular, un buen método para cortarlas (dentro de un contexto no CNC) sería el fresado en grupo. Todas las piezas de trabajo terminadas serían iguales y el tiempo de fresado por pieza se reduciría al mínimo.

El fresado en grupo era especialmente importante antes de la era del CNC, ya que se utilizaba para la producción de piezas duplicadas. fue una mejora sustancial de la eficiencia en comparación con el fresado manual de una característica en una operación, luego el cambio de máquina (o el cambio de configuración de la misma máquina) para cortar la siguiente operación. Hoy en día, las fresadoras CNC con cambio automático de herramienta y control de 4 o 5 ejes evitan en gran medida la práctica del fresado en grupo.

Equipo

El fresado se realiza con una fresa de diversas formas, sujeta en un collett o similar que, a su vez, se sujeta en el husillo de una fresadora.

Tipos y nomenclatura

La orientación del molino es la clasificación principal para las fresadoras. Las dos configuraciones básicas son vertical y horizontal, en referencia a la orientación del eje giratorio sobre el que está montada la cortadora. Sin embargo, existen clasificaciones alternativas según el método de control, tamaño, propósito y fuente de energía.

Orientación del molino

Vertical
En la fresadora vertical, el eje del husillo está orientado verticalmente. Las fresas se sujetan en el husillo y giran sobre su eje. El husillo generalmente se puede bajar (o la mesa se puede elevar, dando el mismo efecto relativo de acercar o profundizar el cortador en el trabajo), lo que permite realizar cortes de inmersión y taladrar. Hay dos subcategorías de molinos verticales: el molino de lecho y el molino de torreta.

Ein Revolverfräser hat eine feste Spindel und der Tisch wird sowohl senkrecht als auch parallel zur Spindelachse bewegt, um das Schneiden durchzuführen. Einige Revolver Mühlen haben eine Feder, die der Fräser (oder ein Bohrer) ermöglicht es in einer Art und Weise zu einer Bohrmaschine ähnlich angehoben und abgesenkt wird. Dies bietet zwei Methoden zum Schneiden in vertikaler (Z)-Richtung: subiendo o bajando la pluma y moviendo la rodilla.
En el molino de bancada fija, sin embargo, la mesa se mueve solo perpendicular al eje del husillo, mientras que el husillo mismo se mueve en paralelo a su propio eje.

En general, algunos consideran que los molinos de torreta son más versátiles de los dos diseños.

También existe un tercer tipo, una máquina más liviana y versátil, llamada molino-taladro. El molino-taladro es un pariente cercano del molino vertical y muy popular en la industria ligera; y con aficionados. Un molino-taladro es similar en configuración básica a un taladro prensa muy pesado, pero equipado con una mesa X-Y y una columna mucho más grande. También suelen utilizar motores más potentes que una prensa de taladro de tamaño comparable, la mayoría son accionados por correas de varias velocidades y algunos modelos tienen un cabezal de engranajes o control de velocidad electrónico. Por lo general, tienen cojinetes de husillo para trabajo pesado para hacer frente a la carga lateral en el husillo que se crea por una operación de fresado. Un taladro de molino también suele subir y bajar toda la cabeza, incluido el motor, a menudo en una columna vertical en cola de milano (a veces redonda con cremallera y piñón). Un taladro de molino también tiene una gran pluma que generalmente se bloquea durante las operaciones de fresado y se suelta para facilitar las funciones de perforación. Otras diferencias que separan un molino-taladro de una taladradora pueden ser un ajuste fino para el eje Z, un tope de profundidad más preciso, la capacidad de bloquear los ejes X, Y o Z y, a menudo, un sistema de inclinación del cabezal. o todo el conjunto de columna vertical y cabezal motorizado para permitir la perforación y corte en ángulo. Aparte del tamaño, la principal diferencia entre estas máquinas más ligeras y los molinos verticales más grandes es que la mesa X-Y está a una altura fija; el eje Z se controla moviendo la cabeza o la pluma hacia la mesa X, Y. Un taladro de molino generalmente tiene un ajuste cónico interno en la canilla para tomar un mandril de pinza, fresas de planear o un mandril Jacobs similar al molino vertical.

Fresadora horizontal.

Un molino horizontal tiene el mismo tipo, pero los cortadores están montados en un eje horizontal (consulte Fresado de eje) a lo largo de la mesa. Muchos molinos horizontales también cuentan con una mesa giratoria incorporada que permite fresar en varios ángulos; esta característica se llama tabla universal. Mientras que las fresas verticales y los otros tipos de herramientas disponibles para una fresa vertical pueden usarse en una fresa horizontal, su ventaja real radica en las fresas montadas en mandril, llamadas fresas laterales y frontales, que tienen una sección transversal similar a una sierra circular, pero son generalmente más ancho y más pequeño de diámetro. Debido a que los cortadores tienen un buen soporte desde el árbol y tienen un área de sección transversal más grande que una fresa, se pueden realizar cortes bastante pesados, lo que permite velocidades de eliminación de material rápidas. Se utilizan para fresar ranuras y ranuras. Los molinos planos se utilizan para dar forma a superficies planas. Se pueden juntar varios cortadores en el eje para fresar una forma compleja de ranuras y planos. Los cortadores especiales también pueden cortar ranuras, biseles, radios o incluso cualquier sección deseada. Estos cortadores especiales tienden a ser costosos. Los molinos simplex tienen un husillo y los molinos dúplex tienen dos. También es más fácil cortar engranajes en un molino horizontal. Algunas fresadoras horizontales están equipadas con una toma de fuerza en la mesa. Esto permite sincronizar la alimentación de la mesa con un dispositivo giratorio, lo que permite el fresado de características en espiral como engranajes hipoidales.

Universal

Es una fresadora con la facilidad de tener un eje horizontal o un eje vertical. Este último a veces se encuentra en una torreta de dos ejes que permite apuntar el husillo en cualquier dirección según se desee. Las dos opciones pueden accionarse de forma independiente o desde un motor a través de engranajes. En cualquier caso, como el trabajo generalmente se coloca en el mismo lugar para cualquier tipo de operación, el mecanismo para el método que no se utiliza se aparta del camino. En las máquinas más pequeñas, los 'repuestos' pueden levantarse, mientras que las máquinas más grandes ofrecen un sistema para retraer las partes que no están en uso.

Méritos comparativos

La elección entre la orientación del husillo vertical y horizontal en el diseño de una máquina de fresado generalmente depende de la forma y el tamaño de una pieza de trabajo y del número de lados de la pieza de trabajo que requieren mecanizado. El trabajo en el que el movimiento axial del husillo es normal a un plano, con una fresa como cortador, se presta a una fresa vertical, donde el operador puede pararse frente a la máquina y tener fácil acceso a la acción de corte mirando hacia abajo. Por lo tanto, los molinos verticales son los más preferidos para el trabajo de troquelado (mecanizado de un molde en un bloque de metal). Las piezas de trabajo más pesadas y más largas se prestan para colocarlas sobre la mesa de un molino horizontal.

Antes del control numérico, las fresadoras horizontales evolucionaron primero, porque evolucionaron colocando mesas de fresado debajo de cabezales en forma de torno. Los molinos verticales aparecieron en décadas posteriores, y se han utilizado comúnmente accesorios en forma de cabezales adicionales para cambiar molinos horizontales a molinos verticales (y luego viceversa). Incluso en la era del CNC, una pieza de trabajo pesada que necesita mecanizado en varios lados se presta a un centro de mecanizado horizontal, mientras que el troquelado se presta a uno vertical.

Fresado de control numérico por computadora

Fresado de pared delgada de aluminio utilizando un fluido de corte a base de agua en la fresa
La mayoría de las fresadoras CNC (también llamadas centros de mecanizado) son fresadoras verticales controladas por computadora con la capacidad de mover el husillo verticalmente a lo largo del eje Z. Este grado adicional de libertad permite su uso en aplicaciones de tinción, grabado y superficies 2.5D como esculturas en relieve. Cuando se combina con el uso de herramientas cónicas o un cortador de punta esférica, también mejora significativamente la precisión del fresado sin afectar la velocidad, proporcionando una alternativa rentable a la mayoría de los trabajos de grabado manual en superficies planas.

Las máquinas CNC pueden existir en prácticamente cualquiera de las formas de maquinaria manual, como molinos horizontales. Las fresadoras CNC más avanzadas, la multieje, añaden dos ejes más a los tres ejes normales (XYZ). Las fresadoras horizontales también tienen un eje C o Q, lo que permite girar la pieza de trabajo montada horizontalmente, lo que esencialmente permite un torneado asimétrico y excéntrico. El quinto eje (eje B) controla la inclinación de la propia herramienta. Cuando todos estos ejes se utilizan junto con otros, se pueden hacer geometrías extremadamente complicadas, incluso geometrías orgánicas, como una cabeza humana, con relativa facilidad con estas máquinas. Pero la habilidad para programar tales geometrías está más allá de la de la mayoría de los operadores. Por tanto, las fresadoras de 5 ejes se programan prácticamente siempre con CAM.

El sistema operativo de tales máquinas es un sistema de circuito cerrado y funciona con retroalimentación. Estas máquinas se han desarrollado a partir de las máquinas básicas NC (CONTROL NUMÉRICO). Una forma computarizada de máquinas NC se conoce como máquinas CNC. Se utiliza un conjunto de instrucciones (llamado programa) para guiar a la máquina en las operaciones deseadas. Algunos códigos de uso muy común, que se utilizan en el programa son:

G00 - marcha rápida
G01 - interpolación lineal de herramienta.
G21 - dimensiones en unidades métricas.
M03 / M04 - inicio del husillo (en sentido horario / antihorario).
T01 M06 - cambio automático de herramienta a la herramienta 1
M30 - fin del programa.
También se utilizan varios otros códigos. Una máquina CNC es operada por un solo operador llamado programador. Esta máquina es capaz de realizar varias operaciones de forma automática y económica.

Estampación

Los accesorios y herramientas de corte utilizados en las máquinas herramienta (incluidas las fresadoras) se denominan en conjunto con el nombre de masa "herramientas". Existe un alto grado de estandarización de las herramientas utilizadas con las fresadoras CNC y en menor grado con las fresadoras manuales. Para facilitar la organización de las herramientas en la producción de CNC, muchas empresas utilizan una solución de gestión de herramientas.

Las fresas para aplicaciones específicas se mantienen en varias configuraciones de herramientas.

Las fresadoras CNC casi siempre utilizan herramientas SK (o ISO), CAT, BT o HSK. El herramental SK es el más común en Europa, mientras que el herramental CAT, a veces llamado V-Flange Tooling, es el tipo más antiguo y probablemente el más común en los EE. UU. Las herramientas CAT fueron inventadas por Caterpillar Inc. de Peoria, Illinois, para estandarizar las herramientas utilizadas en su maquinaria. Las herramientas CAT vienen en una variedad de tamaños designados como CAT-30, CAT-40, CAT-50, etc. El número se refiere al tamaño cónico de la herramienta de la Asociación para la Tecnología de Fabricación (anteriormente Asociación Nacional de Constructores de Máquinas Herramienta (NMTB)).

Una mejora de las herramientas CAT es BT Tooling, que tiene un aspecto similar y se puede confundir fácilmente con las herramientas CAT. Al igual que CAT Tooling, BT Tooling viene en una variedad de tamaños y utiliza el mismo cuerpo cónico NMTB. Sin embargo, las herramientas BT son simétricas con respecto al eje del husillo, mientras que las herramientas CAT no lo son. Esto le da a las herramientas BT una mayor estabilidad y equilibrio a altas velocidades. Otra sutil diferencia entre estos dos portaherramientas es la rosca que se usa para sujetar el perno de tracción. Las herramientas CAT son todas roscas imperiales y las herramientas BT son todas roscas métricas. Tenga en cuenta que esto afecta únicamente al perno de tracción; no afecta la herramienta que pueden sostener. Ambos tipos de herramientas se venden para aceptar herramientas de tamaño imperial y métrico.

Las herramientas SK y HSK, a veces llamadas "herramientas de vástago hueco", son mucho más comunes en Europa, donde se inventó, que en los Estados Unidos. Se afirma que las herramientas HSK son incluso mejores que las herramientas BT a altas velocidades. El mecanismo de sujeción para HSK utillaje se coloca dentro del cuerpo (hueco) de la herramienta y, como aumenta la velocidad del husillo, se expande, agarrando la herramienta más fuertemente con el aumento de la velocidad del husillo. No hay perno de tracción con este tipo de herramientas.