¿Por qué el fresado es uno de los procesos más utilizados?

El fresado cubre una amplia variedad de diferentes operaciones y máquinas, desde escalas desde piezas individuales pequeñas hasta grandes operaciones de fresado en banda de servicio pesado. Es uno de los procesos más utilizados para mecanizar piezas personalizadas con tolerancias precisas.

El fresado se puede hacer con una amplia gama de máquinas o herramientas. La clase original de máquinas herramienta para fresar era la fresadora (a menudo llamada fresadora).

Después de la llegada del control numérico por computadora (CNC) en la década de 1960, las fresadoras evolucionaron hacia centros de mecanizado: fresadoras aumentadas por cambiadores de herramientas automáticos, almacenes de herramientas o carruseles, capacidad de CNC, sistemas de refrigeración y recintos. Los centros de fresado generalmente se clasifican como centros de mecanizado vertical (VMC) o centros de mecanizado horizontal (HMC).

Integración del mecanizado para facilitar los trabajos

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

Proceso de Mecanizado

Proceso de fresado frontal (el eje de rotación de la fresa es vertical – 0 ° de inclinación 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, la fresa en el fresado generalmente se mueve perpendicular a su eje para que el corte ocurra en la circunferencia de la fresa.

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, raspando las virutas (virutas)de la pieza de trabajo con cada pase. La acción de corte es la deformación por corte; el material se empuja fuera de la pieza de trabajo en pequeños grupos que se unen en mayor o menor medida (dependiendo del material) para formar astillas. Esto hace que el corte de metal sea algo diferente (en su mecánica ) de cortar materiales más blandos con una cuchilla .

Eliminación de material en el fresado

El proceso de fresado elimina el material realizando muchos cortes pequeños separados. Esto se logra utilizando un cortador con muchos dientes, girando el cortador a alta velocidad o avanzando lentamente el material a través del cortador; más a menudo es una combinación de estos tres enfoques. Las velocidades y los avances utilizados varían para adaptarse a una combinación de variables. La velocidad a la cual la pieza avanza a través del cortador se llama velocidad de avance , o simplemente avance ; Con mayor frecuencia se mide en longitud de material por revolución completa de la fresa.

Hay dos clases principales de proceso de fresado:

  • En el fresado frontal , la acción de corte se produce principalmente en las esquinas finales de la fresa. El fresado frontal se usa 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 ocurre principalmente a lo largo de la circunferencia del cortador, de modo que la sección transversal de la superficie fresada termina recibiendo la forma del cortador. En este caso, se puede ver que las cuchillas 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 para el mecanizado

Se utilizan muchos tipos diferentes de herramientas de corte en el proceso de fresado. Las fresas, como las fresas de extremo, pueden tener superficies de corte en toda su superficie final, de modo que puedan perforarse en la pieza de trabajo (hundimiento). Las fresas también pueden tener superficies de corte extendidas en sus lados para permitir el fresado periférico. Las herramientas optimizadas para el fresado frontal tienden a tener solo cortadores pequeños en sus esquinas finales.

Por qué se desgastan lentamente las fresas

Las superficies de corte de una fresa generalmente están hechas de un material duro y resistente a la temperatura, de modo que se desgastan lentamente. Una cortadora de bajo costo puede tener superficies hechas de acero de alta velocidad . Los materiales más caros pero de menor desgaste incluyen el carburo cementado . Se pueden aplicar recubrimientos de película delgada para disminuir la fricción o aumentar aún más la dureza.

Hay herramientas de corte que se usan típicamente en máquinas de fresado o centros de mecanizado para realizar operaciones de fresado (y ocasionalmente en otras máquinas herramienta). Quitan material por su movimiento dentro de la máquina (por ejemplo, un molino de punta esférica) o directamente de la forma de la cortadora (por ejemplo, una herramienta de forma tal como una fresa de tallado).

Un diagrama de crestas de revolución en una superficie fresada a un lado del cortador, que muestra la posición del cortador para cada pasada de corte y cómo se corresponde con las crestas (el eje de rotación del cortador es perpendicular al plano de la imagen)

A medida que el material pasa a través del área de corte de una fresadora, las cuchillas de la cortadora toman virutas de material a intervalos regulares. Por lo tanto, las superficies cortadas al costado del cortador (como en el fresado periférico) siempre contienen crestas regulares. La distancia entre las crestas y la altura de las crestas depende de la velocidad de alimentación, 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 ser variaciones significativas en el acabado de la superficie .

Marcas trocoidales, características del fresado frontal

El proceso de fresado frontal puede, en principio, 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 final del cortador. Estas marcas de revolución dan el acabado característico de una superficie fresada.

De hecho, las marcas de revolución pueden tener una rugosidad significativa dependiendo de factores como la planeidad de la cara final de la fresa y el grado de perpendicularidad entre el eje de rotación de la fresa y la dirección de avance.

A menudo, se utiliza una pasada final con una velocidad de alimentación lenta para mejorar el acabado de la superficie después de que se haya eliminado la mayor parte del material. En una operación precisa de fresado frontal, las marcas de revolución solo serán arañazos microscópicos debido a imperfecciones en el filo.

Fresadora antigua 1919

Pesado grupo de fresado de mesas de fresadoras

El fresado de pandillas 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 diferente de operación.

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 minimizaría.

El fresado de pandillas era especialmente importante antes de la era del CNC , porque para la producción de piezas duplicadas, era una mejora sustancial de la eficiencia con respecto al fresado manual de una característica en una operación, luego cambiar las máquinas (o cambiar la configuración de la misma máquina) para cortar la siguiente operación. Hoy en día, las fresadoras CNC con cambio automático de herramientas y control de 4 o 5 ejes evitan en gran medida la práctica de fresado en grupo.

Equipamiento básico

El fresado se realiza con una fresa de diversas formas, sostenida en una collett o similar que, a su vez, se mantiene 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. Sin embargo, existen clasificaciones alternativas según el método de control, tamaño, propósito y fuente de energía.

Orientación del molino

Molino vertical 

 

Fresadora vertical . 1: fresa 2: husillo 3: guía superior o brazo superior 4: columna 5: tabla 6: guía del eje Y 7: rodilla 8: base.
Fresadora vertical y sus 19 Partes para el fresado
Fresadora vertical

En el molino vertical, el eje del husillo está orientado verticalmente. Las fresas se mantienen en el eje y giran sobre su eje. El husillo generalmente se puede extender (o la mesa se puede subir / bajar, dando el mismo efecto), permitiendo cortes por inmersión y perforación. Hay dos subcategorías de molinos verticales: el molino de lecho y el molino de torretas.

  • Un molino de torreta tiene un husillo estacionario y la mesa se mueve tanto perpendicular como paralela al eje del husillo para realizar el corte. El ejemplo más común de este tipo es el Bridgeport, que se describe a continuación. Los molinos de torretas a menudo tienen una pluma que permite subir y bajar la fresa de manera similar a una taladradora. Este tipo de máquina proporciona dos métodos de corte en la dirección vertical (Z): levantando o bajando la pluma, y ​​moviendo la rodilla.
  • En el molino de cama , sin embargo, la mesa se mueve solamente perpendicular al eje de husillo, mientras que el husillo en sí se mueve paralelo a su propio eje.

Los molinos de torreta

Estos molinos generalmente son considerados por algunos como los más versátiles de los dos diseños. Sin embargo, los molinos de torretas solo son prácticos siempre que la máquina permanezca relativamente pequeña.

A medida que aumenta el tamaño de la máquina, mover la rodilla hacia arriba y hacia abajo requiere un esfuerzo considerable y también se hace difícil alcanzar el mango de alimentación de la pluma (si está equipado). Por lo tanto, las fresadoras más grandes suelen ser del tipo de lecho.

También existe un tercer tipo

  • Una máquina más liviana, llamada fresadora, que es un pariente cercano del molino vertical y bastante popular entre los aficionados. Un taladro de fresa es similar en configuración básica a una taladradora pequeña, pero equipado con una mesa XY.
  •  Por lo general, también usan motores más potentes que una prensa de perforación de tamaño comparable, con velocidad controlada por potenciómetro y generalmente tienen más cojinetes de husillo de servicio pesado que una prensa de perforación para lidiar con la carga lateral en el husillo creada por una operación de fresado. 
  • Un taladro de molino también generalmente sube y baja toda la cabeza, incluido el motor, a menudo en una vertical de cola de milano, donde el motor de una taladradora permanece estacionario, mientras que el eje sube y baja dentro de un collar de conducción.

Otras diferencias que separan una fresa de taladro

Estas diferencias pueden ser un ajuste fino para el eje Z, una parada de profundidad más precisa, la capacidad de bloquear los ejes X, Y o Z, y a menudo un sistema de inclinación de la cabeza o la columna vertical completa y el ensamblaje del cabezal motorizado para permitir el corte en ángulo.

  1. Además, del tamaño y la precisión, la principal diferencia entre estas máquinas de tipo hobby y los molinos verticales verdaderos más grandes es que la mesa XY está en una elevación fija; El eje Z se controla básicamente de la misma manera que la taladradora, donde un molino vertical o de rodilla más grande tiene un cabezal de fresado fijado verticalmente, y cambia la elevación de la mesa XY.
  2. Sin embargo, un taladro de molino a menudo usa un mandril de Jacob de tipo prensa de taladro estándar, en lugar de un eje cónico interno que acepta Además del tamaño y la precisión, la principal diferencia entre estas máquinas de tipo hobby y los molinos verticales verdaderos más grandes es que la mesa XY está en una elevación fija; El eje Z se controla básicamente de la misma manera que la taladradora, donde un molino vertical o de rodilla más grande tiene un cabezal de fresado fijado verticalmente, y cambia la elevación de la mesa XY.

Fresadora horizontal 

Fresadora horizontal . 1: base 2: columna 3: rodilla 4 y 5: mesa (la diapositiva del eje x es integral) 6: brazo 7: eje (unido al eje).

Diagrama de la Fresadora para el fresado

Un molino horizontal tiene el mismo tipo, pero los cortadores están montados en un husillo horizontal (consulte Fresado de eje) en toda la mesa. Muchos molinos horizontales también cuentan con una mesa giratoria incorporada que permite fresar en varios ángulos; esta característica se llama tabla universal.

Características

  1. Mientras que las fresas y los otros tipos de herramientas disponibles para un molino vertical se pueden usar en un molino horizontal, su verdadera ventaja radica en los cortadores montados en el eje, llamados molinos laterales y frontales, que tienen una sección transversal más bien como una sierra circular, pero son generalmente más ancho y más pequeño en diámetro.
  2. Debido a que los cortadores tienen un buen soporte del eje y tienen un área de sección transversal más grande que una fresa de extremo, se pueden realizar cortes bastante pesados ​​que permiten tasas de eliminación de material rápidas.
  3. Desde luego, estos se utilizan para fresar ranuras y ranuras. Los molinos simples se utilizan para dar forma a superficies planas. Se pueden agrupar varios cortadores en el eje para fresar una forma compleja de ranuras y planos. Los cortadores especiales también pueden cortar ranuras, biseles, radios o, de hecho, cualquier sección deseada. Estos cortadores especiales tienden a ser caros. Los molinos simplex tienen un husillo y los molinos dúplex tienen dos. Algunas fresadoras horizontales están equipadas con una disposición de toma de fuerza sobre la mesa.
  4. Esto permite que la alimentación de la mesa se sincronice con un dispositivo giratorio, lo que permite fresar las características en espiral, como los engranajes hipoides .

Méritos comparativos 

La elección entre la orientación vertical y horizontal del husillo en el diseño de la máquina de fresado generalmente depende de la forma y el tamaño de una pieza de trabajo y el número de lados de la pieza de trabajo que requieren mecanizado.

El trabajo en el que el movimiento axial del husillo es normal en un plano, con una fresa de extremo como cortador, se presta a un molino vertical, donde el operador puede pararse frente a la máquina y tener fácil acceso a la acción de corte al mirar hacia abajo.

  1. Por lo tanto, los molinos verticales son los más preferidos para el trabajo de dispensación (mecanizado de un molde en un bloque de metal). Las piezas de trabajo más pesadas y largas se prestan a la colocación en la mesa de un molino horizontal.
  2. Antes del control numérico, las fresadoras horizontales evolucionaron primero, porque evolucionaron colocando las mesas de fresado debajo de los cabezales tipo torno. Los molinos verticales aparecieron en las décadas posteriores, y los accesorios en forma de cabezales adicionales para cambiar los molinos horizontales a los verticales (y viceversa) se han utilizado comúnmente.
  3. Incluso en la era del CNC , una pieza de trabajo pesada que necesita mecanizado en múltiples lados se presta a un centro de mecanizado horizontal, mientras que el disipador se presta a uno vertical.

Clasificaciones alternativas 

Además de horizontal versus vertical, otras distinciones también son importantes:

Criterio Ejemplo de esquema de clasificación Comentarios
Orientación del eje del husillo Vertical versus horizontal;
Torreta versus no torreta
Entre los molinos verticales, el “estilo Bridgeport” es una clase completa de molinos inspirados en el original de Bridgeport , más bien como la PC de IBM generó la industria de PC compatibles con IBM de otras marcas.
Controlar Manual;
Mecánicamente automatizado a través de levas;
Automatizado digitalmente a través de NC / CNC
En la era del CNC , una distinción muy básica es manual versus CNC.
Entre las máquinas manuales, una distinción que vale la pena es no DRO -Equipado frente a DRO equipada
Control (específicamente entre máquinas CNC) Número de ejes (p. Ej., 3 ejes, 4 ejes o más) Dentro de este esquema, también:

  • Cambio de paleta versus no cambio de paleta
  • Cambio de herramienta completamente automático versus cambio de herramienta semiautomático o manual
Propósito Propósito general versus propósito especial o propósito único