Tema XIV

Fresadora


Es una de las máquinas herramienta más versátiles y útiles en los sistemas de manufactura. Las fresas son máquinas de gran precisión, se utilizan para la realización de desbastes, afinados y super acabados.

De entre sus características se destaca que su movimiento principal lo tiene la herramienta y que la mesa de trabajo proporciona el avance y algunas veces la profundidad de los cortes.

Los trabajos que se pueden realizar por una fresadora son diversos; por ejemplo se pueden fabricar los dientes de un engrane, un cordón en una placa, un cuñero o formas determinadas sobre una superficie.  

Clasificación de las máquinas fresadoras    

Máquina

Característica

 

Fresadora horizontal

La fresa se coloca sobre un eje horizontal,  que se ubica en el husillo principal. Realiza trabajos de desbaste o acabado en línea recta, generando listones o escalones. La herramienta trabaja con su periferia como se muestra en los dibujos.

La limitación de esta máquina es la profundidad a la que puede trabajar la máquina, ya que ésta dependerá de la distancia de la periferia de la herramienta, al eje de la máquina.

Fresadora vertical

La fresa se coloca en un husillo vertical, éste al girar produce el movimiento principal. La herramienta trabaja con su periferia y con la parte frontal como se muestra en los dibujos.

La limitación de esta máquina es la fuerza perpendicular a la que se puede someter la fresa por la mesa de trabajo, para lograr el avance.

Fresadora Universal Es la combinación de una fresa horizontal y una vertical. Tiene un brazo que puede utilizarse para ubicar fresas en un eje horizontales y un cabezal que permite las fresas verticales. Su limitación es el costo y el tamaño de las piezas que se pueden trabajar.

Como se menciona en el cuadro anterior y se observa en las ilustraciones correspondientes, los cortadores de las fresas pueden trabajar con su superficie periférica o con su superficie frontal. En el primer caso el trabajo puede ser en paralelo o en contra dirección, lo anterior se muestra en las ilustraciones. Con el trabajo en contra dirección la pieza tiende a levantarse, por lo que hay que fijar fuertemente a la misma con una prensa. Cuando el trabajo es en paralelo la fresa golpea cada vez que los dientes de la herramienta se entierran en la pieza.

Durante cada revolución los dientes de la las fresas sólo trabajan una parte de la revolución, el resto del tiempo giran en vacío, lo que baja la temperatura de la herramienta.  

Fresado cilíndrico Fresado frontal
Fresado en paralelo Fresado en contra dirección

producción de las máquinas fresadoras    

Como en todas las máquinas herramienta, en las fresas es necesario calcular el número de revoluciones a las que deben operar.  

n = (v x 1000) / (p x d)

  La velocidad "v" se obtiene de la tabla siguiente:  

Material de trabajo

Fresa cilíndrica b=100 mm

Fresa frontal b=70 mm

Fresa de disco b= 20 mm

Fresa de vástago b=25 mm

Platos de cuchillas b=180 mm

Sierras b= 2.5 mm

Acabado

Profundidad

desbaste

afinado

desbaste

afinado

desbaste

afinado

desbaste

afinado

desbaste

afinado

desbaste

a=5

a=0.5

a=5

a=0.5

a=5

a=0.5

a=5

a=0.5

a=5

a=0.5

a=10

Acero sin alear hasta 65 kg/mm2

vc

S'

17

100

22

60

17

100

22

70

18

100

22

40

17

50

22

120

20

20

30

50

45

50

Acero aleado hasta 75 kg/mm2

vc

S'

14

80

18

50

14

90

18

55

14

80

18

30

15

40

19

100

16

65

23

40

35

40

Acero aleado hasta 100 kg/mm2

vc

S'

10

50

14

36

10

55

14

42

12

50

14

25

13

20

17

65

14

36

18

30

25

30

Fundición gris

vc

S'

12

120

18

60

12

140

18

70

14

120

18

40

15

60

19

120

16

100

24

90

35

50

Latón

vc

S'

35

70

35

50

36

190

55

150

36

150

55

75

35

80

55

120

50

200

60

120

350

200

Materiales ligeros

vc

S'

200

200

250

100

200

250

250

110

200

200

250

100

160

90

180

120

250

250

300

90

320

180

a= 5 mm equivale a desbastado

a = 0.5 mm equivale a afinado

b = ancho de la fresa en mm 

vc = Velocidad de corte en m/min

S'= Velocidad de avance en mm/min

 

b = ancho de la fresa

Para calcular la capacidad de producción de una máquina fresadora, es necesario conocer la cantidad máxima de viruta que esta puede desprender. Esto se puede obtener al multiplicar una constante de desprendimiento de viruta de las máquinas fresadoras que se denomina "cantidad de viruta admisible"  o V', por la potencia de la máquina, la que se simboliza como "N". A continuación se presenta la fórmula para calcular la cantidad máxima de viruta que puede desprender una fresa.

Cantidad máxima de viruta posible que una máquina fresadora puede desprender

V=V' x N

En donde:

V= cantidad máxima de viruta posible en cm3/min.

V'= cantidad admisible en cm3/kwmin (constante que se da en tabla de viruta admisible)

N= potencia de la máquina en kw.  (1 hp = 0.746 kw)

 

Tabla de viruta admisible en una fresadora (cm3/kw min)  

Tipo de fresa

Acero 35-60 kg/mm2

Acero 60-80 kg/mm2

Acero >80 kg/mm2

Fundición gris

Latón y bronce rojo

Metales ligeros

Fresa cilíndrica

12

10

8

22

30

60

Fresa frontal

15

12

10

28

40

75

El conocer la cantidad máxima de viruta que en una fresa se puede desprender, nos permitirá calcular la velocidad de avance que es más adecuada para la operación de la fresa, lo que se logra despejando s' de la siguiente fórmula.

 

V = (a x b x s')/1000

 

En donde:

a = profundidad del fresado

b = ancho del fresado

s' = velocidad de avance de la fresa

V = cantidad máxima posible de viruta

Despejando la velocidad de avance s', tenemos:

s' = (V x 1000) / a x b

Aunque como se puede observar en la tabla de velocidades ya se dan algunas velocidades de avance recomendadas, el utilizar las fórmulas no puede dar mayor certeza en la programación de la máquina y con ello evitar paros imprevistos.

Con la velocidad de avance ( calculada o estimada de la tabla) se puede calcular el tiempo principal que se requerirá para realizar un trabajo con una fresa, esto se puede observar a continuación.

 

Tp = L /s'

En donde L es la longitud total, la que se compone de la suma de la longitud anterior, la longitud ulterior y la longitud efectiva

L = l + la + lu

Se debe recordar que el tiempo principal es el 60% del tiempo total de la fabricación.

Se recomienda la visita de los siguientes sitios:

www.bordonsoliver.com

www.dixi.ch/machines/dpc.html

www.denford.co.uk/index.html

www.cutting-tool.com.tw

www.hanita.com/html

www.midwestohio.com/midwest.htm

www.endmill.com

www.dijetusa.com

www.semcotool.com

Algunos de tipos de fresadoras en el mercado    

Fresa vertical Fresa de control numérico  
Algunas fresas y piezas obtenidas por el proceso de fresado

 

Elaboración de un plan de trabajo para la fabricación de una fresa y cálculo del tiempo de ejecución

Se pretende elaborar el plan de trabajo y calcular el tiempo principal para fabricar la pieza que se indica en el siguiente plano de taller. Este trabajo se realizará con una fresa de 2.5 hp. y con un cortador de vástago de b=25 mm.

Para calcular la cantidad máxima de viruta que se puede desprender con esta máquina se convierten los 2.5HP a kw-min

N = 2.5 hp x 0.746 kw/hp = 1.865 kw

 Para este material (STt6012) se selecciona de la tabla la cantidad admisible de viruta que una fresa puede desprender.

V'= 12cm3/kw-min

Con esta cantidad se calcula la cantidad máxima de viruta que se puede desprender con esta fresa.

V=V'xN

V=(12cm3/kw-min)(1.865kw)=22.38cm3/min

Con la cantidad máxima de viruta que se puede desprender se puede calcular la velocidad del avance de la máquina que es recomendable utilizar.

S'=(V1000)/(a b)

S'=(22.38cm3 x 1000mm3/cm3)/(5 mm x 25 mm) = 179.04 mm/min

Con los datos anteriores se puede construir un plan de trabajo en el que se obtengan los tiempos principales que serán necesarios para fabricar la guía del plano.

# Actividad a b V S' l la lu L tp Pas #vuel Tp
1 Desbaste "a" 0.8 25 22.4 179 110 15 15 140 0.8 1 4 3.2
2 Desbaste "b" 1.6 25 22.4 179 110 15 15 140 0.8 1 2 1.6
3 Desbaste "c" 5 25 22.4 179 110 15 15 140 0.8 4 2 6.4
4 desbaste "d" 5 25 22.4 179 110 15 15 140 0.8 4 2 6.4
  Total                       17.6

Notas sobre la tabla y sus cálculos:

  1.  No obstante que en las operaciones 1 y 2 se podría haber seleccionado una velocidad de avance mayor debido a que la penetración es sólo para emparejar se decidió tomar la velocidad de avance S' máxima, como si se tuvieran 5 mm de profundidad.

  2. Las longitudes anterior (la) y ulterior (lu) se toman de 15 mm debido a que como el cortador de la fresa es circular por lo menos debe haber salido del corte la mitad del mismo para que termine su trabajo. Así que se toma en ambos casos un poco más de la mitad del cortador.

  3. Las pasadas (Pas) es el número de veces que se debe pasar la herramienta con la profundidad (a) indicada, para llegar hasta la dimensión de profundidad necesaria.

  4. Número de vueltas (#Vuel) se refiere al número de veces que debe recorrer la longitud total (L) la fresa con la profundidad indicada, para cubrir la superficie a desbastar.

Como Tp es el 60% del tiempo total se debe obtener el 100% del tiempo necesario para la fabricación de la guía de la siguiente manera:

17.6 es a 60

X   es a  100

X=(17.6 x 100)/60 = 29.33 min

Como son 750 piezas con una sola máquina requeriríamos 29.33 min x 750 piezas = 21,997.5 min. En días laborables de ocho horas son 45.83 días.

Se recomienda fabricar en el taller esta guía. Para evitar la ruptura de los cortadores use en lugar del acero recomendado un pedazo de alumnio o nylamine. 

Bibliografía

Título/Autor/editorial  VII

Páginas

Procesos de Manufactura, versión Si, de B. H. Amstead. P Ostwald y M. Begeman. Compañía Editorial Continental.

613 a 638

Procesos básicos de manufactura, de H. C. Kazanas, genn E. Backer, Thomas Gregor. Mc Graw Hill

235 a 237

Ingeniería de Manufactura, de U. Scharer, J. A. Rico, J. Cruz, et al. Companía Editorial Continental

283 a 305

Principios de Ingeniería de Manufactura, de Stewart C. Black, Vic Chiles et al. de la Compañía Editorial Mexicana

315 370

Operación de máquinas herramientas, de Krar, Oswald, St. Amand. Mc Graw Hill

301 a 367

Materiales y procesos de manufactura para ingenieros, de lawrence E. Doyle et al. Prentice Hall

713 a 737

Alrededor de las Máquinas-Herramientas, de Heinrich Gerling, editorial Reverté.

119 a 141

 

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