TEMA 8 by Ciclo imel

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3ºTrimestre

1ª Clase:1/4/2013 (2h)

FRESADORA UNIVERSAL

MOVIMIENTOS DE LA FRESADORA El movimiento de translación lo recibe la pieza El movimiento de rotación lo reciben las herramientas

7.1. FRESADORA La fresadora es la máquina encargada de mecanizar generalmente cuerpos de geometría prismática, a diferencia del torno, que mecaniza cuerpos de revolu ción y trabaja en el plano, la fresadora trabaja en el espacio. En esta máquin a son las herramientas las que reciben el movimiento de rotación y la pieza la que l

recibe el movimiento de translación a través de los· carros. Esta máquina tiene tres carros o ejes. El longitudinal llamado también eje X el cual se desplaza a lo largo, es el de mayor recorrido, y en su mesa se fijan las piezas a trabajar, generalmente a través de una mordaza o con elementos de fijación, este carro puede tomar una determinada inclinación mediante su gra-

se desplaza a lo largo de la máquina y se conoce con el

nombre de eje X. En él se fijan la piezas a trabajar. Eje transversal es el que se

duación para el tallado de ángulos. El carro transversal o eje Y, cuyo desplazamiento es perpendicular al eje X, se corta con el longitudinal a 90°, y está apoyado y fijado sobre el carro longitudin al. El carro vertical, llamado eje Z, es el que sirve para penetrar la herramienta en el material a trabajar (profundidad de corte).

desplaza en sentido transversal a

Las herramientas de corte que se utilizan en este modelo de máquina van fijadas

la máquina y se le conoce con el

en el eje portaherramientas. En él se calan las que son encargadas del corte de los

nombre de eje Y. Eje vertica l es el que desplaza la pieza verticalmente, haciendo

materiales a mecanizar, puesto que son las que reciben el movimiento de rotación. El eje portaherramientas es un cilindro que en un extremo lleva un cono ISO ., por donde se fija a la máquina. Dada la versatilidad de trabajos que puede rea-

que las herramientas den la

li zar, las herramientas que emplea son muy variadas, utilizando desde fresas ci-

profundidad de pasada. Se le

líndricas, brocas, a discos de corte con varios dientes, los cuales permiten una

llama eje Z

velocidad de trabajo muy importante. El movimiento de rotación lo recibe la herramienta a través del husillo portaherramientas, este obtiene las revoluciones de la caja de cambios de la máquina. Como los materiales a mecanizar tienen distintas durezas y las herramientas a emplear son muy diversas, estos modelos de máquinas tienen una gama muy amplia de velocidades aunque no suelen alcanzar revoluciones muy elevadas. Los carros se pueden desplazar de forma manual comandados por el operario y de forma automática a través de la caja de avances, en la cual se pued e seleccionar el progreso adecuado a la herramienta, este sistema es el más empleado, pues da a los trabajos uniformidad y un buen acabado de la pieza mecanizada. Ver figura 7.1.

7.1.1. Características de una fresadora Las fresadoras, lo mismo que cualquier máquina, por sus posibilidades de trabajo las tenemos de muy diversos tamaños y prestaciones, desde las más pequeñas llamadas de sobremesa para trabajos de pequeña envergadura, hasta las que mecanizan piezas muy grandes. Con el fin de saber qué tipo y modelo de máquina tenemos o debemos manejar y del mismo modo poder identificarlas, Figura 7.1 . Fresadora universal.

hablamos de sus características.

FRESADORA UNIVERSAL

Las características fundamentales de una fresadora universal son :

::::.1

Las carreras de los carros Son las máximas longitudes que estos logran desplazarse, y en función de la carrera, tendremos los tamaños de las piezas que podemos trabajar en ellas.

::::.1

Diámetro del eje portafresas Es el diámetro del eje portafresas, y en función del tamaño, colocaremos herramientas de mayor o menor envergadura y por consiguiente, con mayor poder de corte. Este diámetro debe conocerse para saber qué tipo de herramienta se tiene que insertar en él.

::::.1

La potencia del motor

::::.~

La caja de avances

Nos da la capacidad de trabajo de la máquina. Son la gama de avances con que podemos desplazar los carros en automático. Cuanto mayor sea la gama que tengamos, mejor adaptaremos los cálculos de las velocidades de corte.

7.1.2. La mesa de la fresadora 1

Es el carro longitudinal sobre el cual se montan y apoyan los elementos de trabajo y las piezas a mecanizar. Está construido de fundición y lleva mecanizadas unas ranuras (guías) longitudinales en forma de T con el fin de fijar mediante torniller ia las mordazas, aparatos divisores y piezas que se sujetan para su mecanizado a través de bridas. Este carro soporta la pieza a mecanizar. Siendo esta de pequeñas dimensiones se suele sujetar como hemos dicho con una mordaza, pero cuando las piezas son grandes se cogen directamente a la mesa mediante bridas, de esta forma, si f

desplazamos la mesa, también se desplazan las piezas. Los desplazamientos de la mesa se los podemos dar de forma manual, o automáticamente a través de la caja de avances . En la figura 7.2.A tenemos una mesa que muestra el desplazamiento manual del carro longitudinal (X) y en la figura 7.2.8 las guías de la mesa para la fijación de mordazas y otros elementos.

Figura 7.2.A. Mesa de fresadora.

Figura 7.2.8. Gu ías de la mesa de una fresadora.

FRESADORA UNIVERSAL

Bridas de fijación Son unos prismas de acero que tienen tallados unos escalones a diversas alturas con el fin de poder fijar piezas de diferentes tamaños, mediante unos tornillos que se introducen en las guías del carro de la máquina.

Mordazas y bridas Las mordazas son elementos para sujetar las piezas. Las herramientas de la fre sadora realizan mucha fuerza en el arranque de viruta, y por consiguiente, las piezas deben estar bien sujetas mientras se realiza el corte de sus superficies. Esto se hace fijándolas en las mordazas. En la figura 7.4 se puede ver una mordaza de precisión para la sujeción de forma rápida, y en la figura 7.5, tenemos un a mordaza de tipo universal. Son de emp leo muy común las mordazas hidráulicas cuyo accionamiento de apertura y cierre es manual pero el apriete se realiza hidráulicamente, con lo que con poca fuerza a realizar en tornillo de apriete, garantizamos que las piezas queden fuertemente fijadas durante su mecanizado, Cuando tenemos que mecanizar piezas muy grandes o piezas de geometrías irregulares o especiales, en las mordazas generalmente no se pueden agarrar, para estos casos, empleamos las llamadas bridas, que so n elementos que se fijan a las guías de las máquinas, y mediante tornillería aprietan las piezas a mecani., zar sobre la mesa. Ver la figura 7.3.

Figura 7.4. Mordaza

mecáni ca de alta presión .

Figura 7.3. Fijación de las piezas a trabajar mediante bridas.

Cortesía de Fresmak Arn old.

Existen mordazas en dos partes que son capaces de amarrar cualquier pieza por grande que sea. Estas disponen de un tirante interior que une ambos lad os de la mordaza. Ver figura 7.6.

Figuras 7.5. Mordaza uni ve rsal.

Cortesía de Fresmak Arnold .

Figura 7.6. Mordaza manual alta pres ión en dos partes. Cortesía de Fresmak Arnold .

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7.1.3. Cinemática de la fresadora

MOVIMIENTOS DE LA FRESADORA

La cadena cinemática de la fresadora estudia los movimientos de esta y se distinguen dos tipos.

Movimiento de rotación Movimientos de translación

Movimiento de rotación El movimiento de rotación se le da al eje principal de la máquina, como las herramientas van caladas en este eje, son las revoluciones a las que podemos hacerlas girar. La máquina lleva una caja de cambios con una gama de velocidades no muy alta, generalmente comprendida entre 50 y 1.500 r.p.m. Pensemos que las herramientas que se insertan en la fresadora no suelen trabajar con velocidades de rotación elevadas. Son herramientas con varios dientes de corte.

Movimiento de translación Son los movimientos de los carros de la máquina, comprende los motores que generan dicho movimiento para trabajar con avances automáticos . Incorpora una caja con estos avances, los cuales podemos seleccionarlos por medio de cambio manual. Los carros los podemos hacer avanzar de forma rápida para el posicionamiento de la pieza, y de forma lenta mecanizando la pieza

ala velocidad de corte.

Caja de cambios Llamada también caja de velocidades. Es la caja que contiene los trenes de en granajes y haciéndolos ensamblar unos con otros, se consiguen las distintas revo luciones a dar al eje de la máquina, esta lleva la herramienta con la cual se está trabajando. El cambio de revoluciones se realiza mediante palancas.

Caja de avances .1"

Es la caja de cambios en donde se seleccionan los distintos avances de los carros con el fin de desplazarlos de forma automática, consiguiendo así las velocidades de corte adecuadas al material a trabajar. Es una de las partes más importante de la máquina, pues cuanto más amplia sea la gama de velocidades podremos ajustar mejor la velocidad de corte.

7.1.4. Cabe~al de la fresadora .

Es el llamado aparato vertical. Es el cabezal que se monta en el eje principal y mediante engranajes cónicos que se cortan a 90°, consigue trabajar disponiendo las herramientas perpendicularmente a la mesa. Es uno de los elementos más empleados en las fresadoras . Ver figura 7.7. El cabezal está dispuesto para acoplarle un portapinzas al que se le fija la pinza del diámetro a la fresa con la cual queremos trabajar, estos elementos sue-

Figura 7.7. Cabezal de fresado ve rti cal.

len operar con fresas cilíndricas, cogidas mediante un portabrocas.

Cortes ía de Emena.

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2ª Clase: 8/04/2013

7.1.5. Eje portafresas Es el eje de la máquina en donde se montan las herramientas para trabajar ll amadas fresas . Este eje recibe el movimiento de rotación de la caja de cambios de la máquina, y las herramientas se montan en él fijándolas mediante una chaveta, garantizando así que no patinen durante el trabajo. Ver figuras 7.8 y 7.9.

Figura 7.8. Eje po rtafresas.

Figura 7.9. Eje portafresas montadas.

TRABAJOS EN lA FRESADORA Mecanizado y planeado de superficies Mecanizado con herramientas

~2.TRABAJOSENLAFRESADORA La fresadora como hemos visto trabaja en el espacio, por tanto mecaniza tod o

de forma

tipo de piezas cuya geometría sea irregular y por lo general prismática, los traba·

Trabajos con herramientas

jos más comunes a realizar en la fresadora son los indicados en el cuadro que se

cilíndricas

puede ver al margen .

Mecanizado de engranajes

7.2.1. Mecanizado y planeado de superficies Es uno de los trabajos más comunes en la fresadora, especialmente en los mecanizados de matricería. Se realiza fijando la pieza generalmente en una mordaza o sobre la misma mesa de la máquina sujetando esta a través de bridas. Se monta un plato de planear en el eje portaherramientas, el cual mecanizará la superficie de la pieza desbastándola y con una pasada de acabado pule dejándola terminada. Sobre la superficie ya mecanizada se realizan otros tipos de mecanizados, como taladrar, roscar, realización de cajeados , etc. Para mecanizar estas superficies, a veces muy grandes, son muy empleados los platos de cuchillas de plaquitas de metal duro intercambiables, estas herramientas dan unos avances muy elevados y el grado de acabado también suele Figura 7.10. Pl ato de pl anear.

ser muy bueno.

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Un plato de planear inserta varias plaquitas de metal duro intercambiables, este se fija al cabezal de la máquina y cuando se deterioran o se gastan las plaqu itas se sustituyen sin perder los puntos de la máquina. En la figura 7.10 se muestra un plato de planear y en la figura 7.11 tenemos un plato de escuadrar. Si observamos las plaquitas que insertan los platos, veremos que tienen formas distintas, pues estas plaquitas ll amadas de metal duro no son afilables y por tanto, teniendo en cuenta el tipo de mecanizado y el material a trabaja r, las hay de diversas características como son sus geometrías, medidas, forma de inserto en el plato, etc. Debemos conocer su denominación. Según la denominación ISO tendremos unas letras y a continuación unos números que nos indican lo siguiente:

Figura 7.11. Plato de escuadrar.

LAS LETRAS NOS INDICAN

LOS NÚMEROS NOS INDICAN

1a letra la forma de la plaza

Los dos primeros la longitud de corte

2a letra el ángulo de incidencia

Los dos siguientes el espesor de la placa

3a letra la tolerancia de la placa

Los dos siguientes el radio en la punta y tipo o arista de corte

4 a letra el tipo de inserto o placa

Respecto a la denominación de las letras tenemos :

1.FORMA DE LA PLACA

[] V 35°

e 80°

D 55° E 75°

M 85°

L 88°

*• P72"

H 60°

o 45°

K 55° 8 82"

rf'

A 85°

z 87°

e R

11 S 90°

•

T 60°

2.ÁNGULO DE INCIDENCIA

-- -

-- 1..... 5°

J~ p

J~ E

J~ G

1IIIIIIIIIIJ

. .....3"

-~ e

Jt D

-P

- -

4.TIPO DE PLACA

1l:1lr . .

1111:::111

. . ;r

w:::lf ...-....

40-60"

....-...

lEa

...-....

40-60" _..._

IIIEílll

70-90"

EJECUCIÓN ESPECIAL

111-.!

...-....

70-90"

....-...

-=-.a.

Respecto a los números, las plaquitas las podemos encontrar con varias longitudes de corte, distintos espesores y según necesidades con varios modelos de arista de corte . En la figura 7.12 tenemos un plato de planear con la placa que inserta, por ejemplo, una LDLH 150308, si observamos las letras y las cotas de la placa tendremos que:

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LAS LETRAS NOS INDICAN Geometría de la placa rectangu lar

LOS NÚMEROS NOS INDICAN L

La longitud de la arista de corte 15 mm

D Ángulo de incidencia, en este caso es de 7°

El espesor de la placa 03 mm

L Nos da la tolerancia de la placa

08 Es el radio de la punta

H La fijación al plato es mediante un tornillo \

lT~

¡a 0

§rr 1 1 -11: L

Figuras 7.12 . Plato de escuad rar y plaquita

Figuras 7.13. Pl ato para planear y plaquita

inserta SCMW.

que inserta LDLH 120308.

La plaquita que monta el plato de planear de la figura 7.13, tiene las sig uientes características : S

Placa de geometría cuadrangular

El ángulo de inciden cia es de 7°

La tolerancia de la placa es de 0,013

Es una placa con agujero para la fijación al plato

Es la longitud de la arista de corte

03 Es el espesor de la placa 08 Es el radio de la punta

7.2.2. Mecanizado de piezas con herramientas de forma Figura 7.14. ·Pl atos co n sus placas.

En la fresadora se puede mecanizar todo tipo de superficies tanto planas com o de geometrías irregulares, es por esto que las herramientas a emplear son de muy variadas formas, diámetros y maneras de trabajar, pues en función del modelo podemos realizar un trabajo específico. Vamos a exponer algunos de los trabajos más significativos. Las fresas frontales (figura 7.14) se emplean para desbastar, planear y para el mecanizado de superficies. Las fresas angulares, como la de la figura 7.15, son empleadas para el mecanizado de ángulos tanto exteriores como interiores siendo estos generalmente guías. La figura 7.16 es otro modelo de fresa con ángulo en las dos caras, emplead a para exteriores, la podemos encontrar según el trabajo a realizar con varios tiFigura 7.15. Fresa frontal.

pos de ángulos.

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Ángu lo = 45°, 60° o 90°

Ángu lo= 60° Pieza

Pi eza

Figura 7.16. Fresa angul ar y su mecani zado.

Figura 7.17. Fresa de ángul os y su mecani zado.

Herramientas circulares (fresas de tres cortes) Son discos de acero rápido a los cuales se les talla un número de dientes afilados de tal forma que son capaces de cortar frontal y lateralmente al mismo tiempo . La figura 7.17 nos representa u na fresa de planear con corte frontal y lateral. En la figura 7.18 tenemos una fresa de tres cortes muy empleada para la mecanizaci ón de ranuras . En la figura 7.19 vemos una fresa de tres cortes con los dientes triscados. Su poder de corte es mayor que las cilíndricas, pues al llevar mayor número' de dientes en una revolución, corta mayor número de veces . Este tipo de fresa va alojada en un árbol portafresas, el cual le imprime el movimiento de rotació n. Soportan mayor avance que las cilíndricas y el volumen de viruta a obtener es bastante mayor. Cuando su filo está deteriorado o gastado se pueden afilar en máquinas especiales de afilado de herramientas. .tr

b Figura 7.18. Fresa de pl anear.

Figura 7.19. Fresa de ranurar.

Figura 7.20. Fresa de tres co rtes.

Herramientas de forma (fresas de perfil constante) Son herramientas cuyos dientes están tallados con una geometría especial y de una medida determinada, de forma que cuando cortan el material dejan la geo -

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metría del diente en la pieza que se mecaniza. Son fresas especiales y cuando se deterioran o estropean sus filos generalmente no admiten afilados puesto qu e pierden las medidas originales. En la figura 7.21 se muestran fresas para el mecanizado de radios exterior e interior.

Figuras 7.21 . Fresa para el mecani zad o de rad ios.

7.2.3. Mecanizado de cortes y ranurado Cuando tenemos que mecanizar ranuras de un ancho relativamente pequeño o 1

realizar cortes en una pieza, empleamos las herramientas llamadas de cortar. Ver figura 7.22. Estas herramientas son fresas de disco de un ancho pequeño (entre 3 y 8 mm son las más comunes) y solamente cortan por la parte frontal de la fre sa,

Figura 7.22. Fresas de cortar. Por cortesía de Moritz.

realizando cortes o ranuras en las piezas a trabajar muy profundas, calibran el ancho de los mecanizados y se montan en el árbol portafresas de la máquin a. Mediante un accesorio también las podemos montar en el aparato vertical. Este tipo de fresas trabajan a velocidades de corte muy pequeñas y generalmente necesitan aceite durante su trabajo, puesto que se encuentran sometidas a rozamientos en las paredes de la ranura que cortan . Se fabrican en diversos diámetros y pasos de dientes (t) según la dureza del material a cortar. Ver fi gura 7.23.

7.2.4. Mecanizado con herramientas cilíndricas Son herramientas muy semejantes a las brocas, cuyos labios de corte y sus ángu los están tallados en un cilindro de un diámetro determinado, por eso reciben el nombre de herramientas cilíndricas. Son útiles muy empleados, y generalmente cortan tangencial mente, es decir, por los laterales, aunque también poseen corte frontal. Este modelo de herramienta se fabrica con varios labios de corte, siendo las que tienen dos y cuatro las más empleadas. En la figura 7.24 se muestra una heFigura 7.23. Paso (t).

rramienta cilíndrica de dos cortes.

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Figura 7.25. Meca nizad o de ranuras co n fresas cilíndri cas.

Las herramientas cilíndricas de dos labios son las más empleadas para el corte de materiales a nivel frontal y las fresas que tienen de 4 y 6 labios, se utilizan

Figura 7.24. Herrami enta cilíndrica.

para el corte lateral. Con estas herramientas no se suelen realizar grandes des-

Fresa de dos co rtes.

bastes, son más bien herramientas para trabajos más delicados y habitualmente se emplean para cortar ranuras , mecanizar cajas, chavetas , etc. En la figura 7.25 se representa la forma de realizar trabajos con este modelo de herramienta. Estas fresas cilíndricas se fijan a la máquina mediante útiles llamados pinzas.

Pinzas El ementos de fijación que generalmente se montan en los aparatos verticales de las fresadoras con el fin de sujetar las herramientas de mango cilíndrico, tales como brocas, avellanadores, fresas de mango cilíndrico de varios cortes y diámetros, etc. Son de acero templado, la parte exterior es cónica para que puedan ser insertadas en el portapinzas, el diámetro interior de la herram ienta que sujeta está perfectamente calibrado y rectificado, y tiene unas ranuras fresadas con el

fin de que cuando el portapinzas cierra la pinza, esta apriete la herramienta a Figura 7.26. Pinza.

sujetar. En la figura 7.26 se muestra una pin za y en la figura 7.27 se muestra una pinza sujetando una fresa cilíndrica . Hay que hacer notar que las pinzas son herramientas de precisión y que cada una de ellas solo se puede emplear para un diámetro determinado, por tanto, si tenemos que mecanizar o emplear herramientas de varios diámetros tendremos que utilizar varias pinzas, cada una de ellas fijará un diámetro de herramienta. En la figura 7.28 se

Figura 7.27. Pin za sujetand o una fresa

muestra un juego.

cilíndri ca.

Figura 7.28. ju ego de pinzas.

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Los portapinzas son los elementos que se fijan a la máquina de fresar con el fin de alojar la pinza. En el alojamiento cónico que lleva es donde se coloca, esta queda apretada y fijada mediante la tuerca de diámetro D. En la figura 7.29.A se puede observar y en la figura 7.29.8 lo tenemos seccionado. En la figura 7.30 aparece un portapinzas de precisión y en la figura 7.31 un portapinzas con cono ISO.

Figura 7.29.A. Portapin zas.

Figura 7.31 . Portapin zas ISO.

Figura 7.32. Vari os modelos de po rtapin zas.

7.2.5. Mandrinado Se conoce con el nombre de mandrinar a la realización de operaciones en el interior de la pieza que se trabaja en la fresadora, bien sean mecanizados de Figura 7.29.B. Portap inzas secc ionado.

cajeados rectangulares o cilíndricas, así como alojamientos de retene s, con os, etc. Para este tipo de trabajo debemos emplear el aparato vertical de la máquina en donde se fijan las herramientas y según sea la tarea a realizar emplearem os un tipo de herramienta u otro como son los cabezales de mandrinar. En la figura 7.33 vemos el mecanizado de un agujero cilíndrico de gran dimensión, obsérvese cómo la cuchilla se puede desplazar mediante el tornillo que la fija pudiendo así desplazarla y mecanizar agrandando el diámetro del requerido.

Figura 7.30. Port ap inzas de alta preci sión. Cortes ía de Sandvik Coro mant.

Figura 7.33. Mand rin ado de un aguj ero.

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Cuando necesitamos trabajar a altas velocidades de corte o materiales muy duros empleamos los cabezales de mandrinar con herramientas de corte intercambiables . En la figura 7.34 tenemos un cabezal de mandrinar con plaquitas de metal duro.

7.3. MECANIZADO DE ENGRANAJES Es uno de los trabajos más realizados en las máquinas de fresar, la herramienta que se emplea es una fresa de disco tallada con el módulo del engranaje que se quiere mecanizar, según el número de dientes a mecanizar escogeremos el tipo de fresa. Para mecanizar engranajes tenemos que dividir la circunferencia en tantos números de grados como dientes lleve y para ello debemos emplear un accesorio llamado aparato di visor, que se encarga de realizar las divisiones en el disco de metal en el cual vamos a tallar los dientes.

Figura 7.34. Cabezal de mandrin ar con metal duro.

En mecánica hay infinidad de piezas que llevan dientes, pues casi no hay una máquina o mecanismo que no implique una trasmisión o movimiento sin elementos dentados. A estas piezas dentadas se les llama engranajes, y para poderlos mecanizar pasamos a estudiarlos. Los podemos clasificar según el cuadro

TIPOS DE ENGRANAJES

Engranajes de diente recto Engranajes de dientes

del margen .

helicoida/es Engranajes cónicos

7.3.1. Engranajes de diente recto

Cremalleras

Los engranajes son las piezas mecánicas que se en cuentran presentes en casi todos los mecanismos, se encargan de transmitir los movimientos circulares y la potencia entre ejes, trabajan por empuje garantizando así que no haya patinamiento. Ver figura 7.35. Para mecanizar un engranaje debemos conocer cómo funcionan , cuáles son su s características y sus cálculos, los vemos a continuación .

'vo

Cabeza

~;r-···· ~{··· · · · · ~-..

¡ !

. ) •• ••• • /

·······----.

«_'~00

Figura 7.35. Engranaje.

···············+········--..

Figura 7.36. Di ente de engranaje.

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Diente de un engranaje Los dientes de los engranajes son los que realizan el esfuerzo de empuje y transmiten la potencia. Ver figura 7.36 . Las partes fundamentales son:

Pie del diente Es la parte del diente comprendida ent re la circunferencia Interior y la circunferencia primitiva. Ver figura 7.37.

Cabeza del diente Es la parte del diente com prendid a entre la circunferencia exterior y la circunferencia primitiva. Ver figura 7.37.

Flanco Es la cara inter ior del diente, la del rozamiento, puesto que es la cara que empuja o recibe el empuje co n otro engranaje.

Altura del diente Es la distancia comprendida ent re la circunferen cia exterior y la circunferencia interior. Se designa por h. Ver figura 7.38.

Espesor del diente Es la parte más gruesa medida sobre la circunferencia primitiva.

Largo del diente Es la longitud que tiene. Se designa por Ld.

Partes de un engranaje Los engranajes son piezas que no funcionan como elemento único, trabajan siempre con otros engranajes. Sus partes más importantes son :

Circunferencia exterior Es la circunferencia que limita la parte exterior del disco donde se tallan los dientes del engranaje cuyo diámetro, llamad o diámetro exterior del engranaje, se designa por De. Ver figura 7.37.

Circunferencia primitiva Es la circunferencia sobre la que se hacen las tangencias de los engranajes cuando estos se montan, cuyo diámetro, llamado diámetro primitivo, se designa por Dp . Ver figura 7.37.

Circunferencia interior Es la circunferencia que limita el pie del diente, cuyo diámetro, llamado diámetro interior, se designa por Di.

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Pe---

.--·

..f/··-¡·---. .~ .

§_ ci

Dedendum Q

De Figura 7.37. Circunferencias de un engranaje.

Figura 7.38. Partes de un engranaje.

Número de dientes Son el número de dientes que tiene tallados en su diámetro exterior. Se designa por la letra Z.

Módulo

1·

Tenemos que la relación entre el paso circular y el número Pi (Pe

1 n)

constante aun variando su número de dientes, a esto lo que llamamos módulo. También podemos decir que es la relación que hay entre el diámetro primitivo y el número de dientes (M). M= Dp 1Z

Circular Pitch Llamamos circular Piteh cuando el diámetro primitivo del engranaje nos viene dado en pulgadas, es entonces que hemos de traducirlo a milímetros, y para

.1'

esto aplicamos la fórmula siguiente: M = (Dp X 25,4)

Paso circular Es la distancia que hay de diente a diente (Pe). Ver figura 7.38.

Adendum Es la altura'~ de la cabeza del diente en los engranajes de diente normal, vale 1 x M. Módulo

Dedendum Es la altura del pie del diente en los engranajes de diente normal, vale 1,25

x M. Módulo Hay dos tipos de engranajes, los llamados de diente normal, y los de diente corto, cuya altura es más pequeña que el considerado de diente normal. Las me-

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didas del adendum y del dedendum va rían . Los valores de cada uno de ellos, in cluida la altura, se dan en la tabla siguiente:

Diente normal

Diente corto

O):S

Adendum Dedendum Altura del diente

,_ .

1,25

h = 2,2,5

h = 1,75 X M

h=2,25xM

Ángulo de presión Es el ángulo que forman las líneas perpendiculares de la circunferencia primitiva de los dientes del engranaje y permanece constante durante el empuje de estos, se designa por a y suele valer 20°. Ver figura 7.39.

1 \)~--------··

------------Pp

.....------. Sen ti do de giro

Punto de contacto

Figura 7.39. Ángulo de presión.

Cálculo de un engranaje Como sabemos, un engranaje tiene varios datos que hemos de conocer ya que son fundamentales para su funcionamiento, por tanto, antes de mecani zarlo tendremos que calcular todos sus datos para dárselos a la máquina durante su fabricación. Las fórmulas a aplicar son: FÓRMULAS PARA CALCULAR UN ENGRANAJE DE DIENTE RECTO Diámetro primitivo ..... .. ........... Dp = Z x M

Diámetro exterior .................. ............. .................... De= (Z + 2) M , o también De= Dp +2M

Módulo ......... .. ............................ M = Dp 1Z

Altura del diente para engranajes de diente normal ............................... ........ h = 2,25 x M

Número de dientes .... ...:.:········· Z = Dp 1M

Paso circular ...... .. .... .... ... ............................................................................................. Pc

Longitud del diente ................. Ld = 10 x M

Para la longitud del diente también se toma la fórmula ....................................Ld = 3 x Pe

=TI x

Nota: Cuando las medidas de un engranaje vienen en pulgadas tenem os que traducirlas a milímetros, y entonces hablamos de Circular Pich que es el diá-

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metro primitivo del engranaje en pulgadas. Hallaremos el módulo aplicando la fó rmula: M = (Dp

25,4)

1EJERCICIO RESUELTO 7.1. Calcular los datos para el mecanizado de un engranaje de dientes rectos cuyos datos son: M= 2, Z =50. linlitíitn~M

Diámetro primitivo: Dp = z x M; Dp =50 x 2 = 100 mm. Diámetro exterior: De= Dp +2M; De= 100 + (2 x 2) 104 mm. Es el diámetro que tenemos que medir cuando mecanizamos el disco a torno, sobre el cual se tallan los dientes. Altura del diente: h = 2,16 x M; h = 2,16 x 2 = 4,36 mm. Es la medida que tenemos que dar al carro vertical de la mesa para el tallado del diente. Longitud del diente: L = 10 x M; L = 10 x 2 = 20 mm. Es el ancho del disco del engranaje.

1EJERCICIO RESUELTO 7.2.

1·

Calcular el mód ulo de un engranaje cuyo diámetro exterior es de 204 mm y el número de dientes Z = 100.

linlltitn§M De= Dp+ 2M; siendo Dp = Zx M, sustituyendo y despejando el módulo tenemos: De= (Z x M)+ (2M)

Aplicando datos, tenemos 204 =(100M)+ (2M); 204 =102M; M= 204 1102 = 2 .1"

Cálculo de un par de engranajes

Los engranajes son elementos mecánicos destinados a la transmisión de movimientos circulares, garantizando la transmisión íntegra, sin patinamientos, pues trabajan por el empuje entre dientes. Un engranaje por sí solo no realiza ningún trabajo, generalmente engrana con otro o con varios con el fin de transmitir el moviril:ie nto al eje en el que van calados. Cuando disponemos de dos engranajes comunicándose el movimiento entre ellos, le llamamos par de engranajes, cuando tenemos varios transmitiendo movimiento lo llamamos tren de engranajes. Cuando calculamos varios engranajes que están transmitiéndose el movimiento unos a otros, aparte de las fórmulas que nos calcula el engranaje de forma individual, hemos de considerar la longitud entre centros y la longitud total. Ve r figura 7.40. © Ediciones Paraninfo

FRESADORA UNIVERSAL

CÁLCULO DE LA DISTANCIA ENTRE CENTROS

Distancia entre centros: L = (Dp + dp) / 2 Longitud total del juego de engranajes: Lt = (Dp + dp) +(2M) Tambi én: Lt = De+ de

Lt=(De+de)-h h=Altura de diente

¡-

L Lt

Figura 7.40. Par de engranajes.

Relación de transmisión Todos los engranajes giran a unas determinadas revo luciones, y se conoce con el nombre de relación de tran smisi ón al cocie nte de dividir el número de r.p.m. del engranaj e conductor por las revoluciones que transmite al engranaje conducido. Se aplica a la transmi sión de un par de engranajes, un tren de ruedas, o una t aja de engranajes con varios elementos, es el caso de las cajas de cambios de las máquinas del taller, como torno, fresadora , taladradora etc. Los cá lculos se realizan sobre el número de dientes, o el di ámetro primitivo de los eng ran ajes. La relación de transmisión la podemos calcular según nos interese, véanse las fórmulas siguientes:

r.p.m. conductor Rt =____.:. _ _ _ __

r.p.m. conducido

n N

Dp = _!2_ dp N

Siendo: Z =Número de di entes del engranaje mayor

Dp = Diámetro primitivo del engranaje mayor

z = Número de dientes del

engranaje menor

dp = Diámetro primitivo del engranaje menor

Rt = Relación de transmisión La relación de transmisión de una caja de cambios con varios engranajes es:

Rt = Dp, x Conductoras= Dp 2 x Conducidas Siendo Dp, = Diámetros primitivos de las ruedas conductoras y Dp 2 = Di áme· tras primitivos de las ruedas conducidas.

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1EJERCICIO RESUELTO 7.3. ¿A qué número de revoluciones girará un engranaje conducido de z = 40 que engrana con un conductor de Z = 82 si este va a 150 r.p.m.?

li•' 1114 UJ~· Z x N= z x n, despejando n tendremos que n = (Zx N)

1 z; aplicando datos nos quedan= (82 x 150) : 40 = 307,5

r.p.m. Siendo Rt= 150: 307,5 = 0,487, lo que quiere decir que mientras el engranaje conducido da una vuelta el engranaje conductor da 0,487 vueltas.

1EJERCICIO RESUELTO 7.4. Calcular los datos de los engranajes de la figura 7.40 para su mecanizado siendo M= 2, Z =50, y z = 30 respectivamente.

linlltitn§M Dp de la rueda mayor= 50 x 2 = 100 mm De= Dp+2M= 100 +4 = 104 mm

l·

dp de la rueda menor= 30 x 2 = 60 mm de= dp+2M= 60 +4= 64 mm

Distancia entre centros: L = (100 + 60) 1 2 = 80 mm Lt= 104 + 64 = 168 mm

Altura del diente: h = 2,25 x M= 4,50 mm Longitud del diente: Ld = 10 x M= 20 mm

.r Elección de la fresa adecuada al tallado del diente Los dientes de un engranaje suelen tener un perfil de envolvente y la fresa para el tallado, por tener este tipo de perfil , difiere según el número de dientes (a menor número, el ángulo del paso circular es más abierto y a mayor número, el ángulo es r:nás cerrado) por lo que según la cantidad a tallar en un engranaje determinado·, ásí escogeremos la fresa adecuada. En primer lugar, lo que hay que calcular es el paso circular (Pe), que es la distancia entre dos puntos de dos dientes consecutivos medidos sobre la circunferencia primitiva. Siendo la longitud de la circunferencia primitiva L =TI x dp, ta mbién podemos decir que L =Pe x Z, la relación Pe 1 TI es constante para un mismo tamaño de diente y es lo que llamamos módulo. TI

x Dp =Pe x

z © Ediciones Paraninfo

5ª Clase: 24/04/2013

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En base a esta fórmula podemos tener engranajes con infinitos módulos, lo que daría lugar a tener infinito número de tamaños de dientes. Para limitar el número de herramientas en los talleres , en el tallado de dien tes (fresas), se han agrupado por módulos según el número de dientes a tallar, de tal forma que, aunque tenga un engranaje igual módulo que otro, la mism a fresa no sirve para tallar ambos. Al tener diferente número de di,,entes deberemos escoger la fresa del mismo módulo pero de distinto número. El número de la fresa es el que determina el número de dientes de engranaje que puede tallar, puesto que la geometría del diente difiere de unas a otras. No tiene la misma geometría una fresa para tallar un engranaje de 15 dientes que una para tallar un engranaje de 100 aunque tengan el mismo módulo. Ver tabla siguiente.

•

12 a 13

N.0 de dientes a tallar

•• •

14 a 16

17 a 20

21 a 25

26 a 34

35 a 54

55 a 134

N.o de fresa

8 135 a infinito (cremalleras)

En el problema del punto anterior tenemos que mecanizar dos engranaj es uno de Z =50 y otro de

z = 30.

Viendo la tabla de fresas de módulo, observam os

que la fresa adecuada será para el engranaje de Z =50 la número 6 que talla de 35 a 54 dientes y para el engranaje de

z = 30

escogeremos la número 5 que tall a

€ntre 26 a 34.

Tabla de cálculo de engranajes de diente recto Los engranajes de diente recto son los más empleados y por tanto los más me· can izados. Con el fin de tener una visión rápida de las dimensiones y fresas qu e debemos emplear en su mecanizado, se ha confeccionado una tabla con las medidas, módulos y diámetro del eje de engranajes de empleo más común .

Módulo 3

Módulo 2,5

Módulo 3,5

Módulo 4

Módulo S

N.O

Fresa

0 Eje

37,5

42,5

52,5

59,5

100

110

62,5

67,5

87,5

94,5

100

108

125

135

lOS

114

120

128

150

160

87,5

92,5

105

111

122,5

129,5

140

148

175

185

100

lOS

120

126

140

147

160

168

200

210

112,5

117,5

135

141

157,5

164,5

180

188

225

235

125

130

150

156

175

182

200

208

250

260

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ÁLCULOS DE ENGRANAJES RECTOS

Módulo 2,5

Módulo 3,5

Módulo 3

Módulo S

Módulo 4

N.O

z Dp

0 Eje

Fresa

137,5

142,5

165

171

192,5

199,5

220

228

275

285

150

155

180

186

210

217

240

248

300

310

162,5

167,5

195

201

227,5

234,5

260

268

325

335

216

245

252

280

288

350

360

175

180

210

187,5

192,5

225

231

262,5

269,5

300

308

375

385

200

205

240

246

280

287

320

328

400

410

212,5

217,5

255

261

297,5

302,5

225

230

270

276

315

322

237,5

242,5

285

291

332,5

329,5

100

250

255

300

306

359

366

105

262,5

267,5

315

321

110

275

280

330

336

_,-

Potencia a transmitir de un engranaje

La potencia a transmitir de un engranaje está en función del tamaño del diente y de la presión que puede soportar el mismo, esta viene dada por las fórmulas de la flexión (flexión del diente). Ver figura 7.41. En la potencia intervienen varios factores como la ve locidad tangencial del diámetro primitivo, y el espesor del diente en su pie, así como la longitud Ld. Se calcu la por:

p X Vt 75 -+-

Siendo:

CV= Potencia a transmitir

Figura 7.41 . Potenc ia del di ente.

P = Presión sobre el diente Vt =Velocidad tangencial

Espesor del diente en el pie

h =Altura del diente

7.3.2. Engranajes de diente helicoidales Este modelo de engranajes se diferencia de los rectos en que sus dientes están tallados en forma de hélice, este es el motivo por el cual reciben el nombre de engranajes helicoidales, pues para su tallado necesitamos calcular la hélice que le va a dar forma al diente del engranaje. Tienen ventajas e inconvenientes sobre los engranajes de diente recto. Estas se exponen en la siguiente tabla.

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1º Parte Examen Fresadora

Ventajas • Transmiten más potencia que los de diente recto. • Pueden transmitir más velocidad.

• Se suelen desgastar más que los rectos. • Son más caros de fabricar

• Son más silenciosos que los de diente recto, pues el movimiento lo transmiten por deslizamiento.

• Necesitan generalmente más engrase que los r~ctos.

• Pueden transmitir movimientos entre árboles que se cortan.

Diámetro primitivo Es el diámetro de tangencia de los engranajes que trabajan engranando entre ellos, igual que en los engranajes de diente recto, teniendo en cuenta el ángulo del diente del engranaje (Dp).

Diámetro exterior Al igual que en los engranajes rectos, es la circunferencia sobre la que setallan los dientes del engranaje (Oe).

El paso circunferencial Se mide como en los engranajes rectos, sobre la circunferencia primitiva de ., diente a diente (Pe).

El paso normal Es el medido perpendicularmente sobre el diente (Pn).

El paso helicoidal Es el formado por el diente y el eje del engranaje (Ph) . Los cálculos son los mismos que en los engranajes rectos, pero teniendo en cuenta el paso circunferencial y el paso de la hélice del diente del engranaje. Ver figuras 7.42 y 7.43.

Figura 7.42. Dientes helicoidales.

Figura 7.43. Pasos del diente helicoidal.

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Cálculo de un engranaje helicoidal

Si necesitamos calcular los datos para mecanizar un engranaje de diente helicoid al, aplicaremos las siguientes fórmulas : FÓRMULAS PARA CALCULAR UN ENGRANAJE DE DIENTE HELICOIDAL

Paso normai .. ............... .............. ..... Pn =Pe x cos

Mód ulo normai ............................... Mn =(Me x cos

f3) 1 Z

Paso de la hélice ............................. Ph = (Mn x Z x TI)

1 sen f3

Di ámetro exterior .. .............. .......... De= (Mn x Z 1 cos

f3) + 2 Mn

Lon gitud del diente .... .............. ..... L = 10 x Mn

Paso circunferencial .......................... Pe= (TI x Mn) Módulo circ unfere ncial ............ ...... ... Me= Mn

1 cos f3

Di ámetro primitivo ............................ Dp = (Ph x tan

f3) 1 TI

Altura del di ente ........ .. ...................... h =TI x M n

1EJERCICIO RESUELTO 7.5 . Queremos tallar un engranaje de diente helicoidal cuyos datos necesitamos que sean: M n = 2, Z = 80, y a= 22°. Calcular los datos para su tallado. liniiiMtn~M

Calculamos el diámetro primitivo: Dp = (M x Z)9 1cosa; Dp = (2 x 80) /0,9271 1= 172,56 mm Calculamos el diámetro exterior: De= Dp+ 2M; De= 172,56 x (2 x 2) = 176,56 Calculamos el paso normal: Pn =TI x M; Pn = 3,14 x 2 = 6,28 mm Calc ulamos el paso circular: Pe= (TI x M) 1cosa; Pe= (3,14 x 2) 10,9271 = 6,773 Altura del diente: h = 2,25 x M; h = 2,25 x 2 = 4,50 mm La longitud del diente: L = 10 x M; L = 10 x 2 = 20 mm El paso helicoidal: Ph = (TI x D) 1cosa; Ph = 3,14 x 176,56 10,9271 = 597,92 mm

Tipos de engranajes helicoidales

.Í

2;:o

Los engranajes helicoidales al tener los dientes con forma helicoidal pueden transmitir movimientos entre ejes paralelos y entre ejes que se cortan. Transmisión eliltré ejes paralelos

Cuando dos engranajes helicoidales engranan entre ejes paralelos, el ángulo del diente es el mismo para los dos engranajes pero de se ntido contrario. Ver fig ura 7.44.

Figura 7.44. Ángu lo del diente.

Transmisión entre ejes perpendiculares

Se da cuando dos engranajes helicoidales engranan de forma perpendicu lar cuyos ejes se cortan a 90°. La suma de los ángulos ~ 1 y ~ 2 será igual a 90°. © Ediciones Paraninfo

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Transmisión entre ejes que se cortan a un ángulo determinado En este caso, cuando los engranajes se cortan a un ángulo determinado, la suma de los ángulos~ , y ~ 2 al ángulo que formen los ejes de los mismos. Ver figura 7.45C.

(B) ~ 1 + ~2 = goo Tran smisi ón entre ejes perpend ic ulares

(A) ~ 1 =- ~2 Transmi sión entre ejes paralelos

Figuras 7.45. Transmisión entre engranajes helicoi dales.

TRANSMISIÓN DE ENGRANAJES HELICOIDALES Entre ejes paralelos Entre ejes perpendiculares Entre ejes que se cortan a un ángulo determinado

Elección de la fresa para el tallado de dientes helicoidales -<

El tallado de dientes helicoidales es más complejo que el tallado de dientes rectos, puesto que hemos de tener en cuenta el ángulo de la hélice durante su tallado. Generalmente se tallan en fresadoras con fresa madre, pues son fre sadoras dedicadas úni camente al tallado de engranajes y están preparadas al re specto, pero no así en fresadoras convencionales, con aparato divisor normal , aunqu e también se pueden tallar engranajes helicoidales si tenemos en cuenta un pequeño cálculo con el fin de poder eleg ir la f resa de módulo adecuada al eng ra naje a tallar. Para ello tendremos que calcular los dientes teóricos Zt a tallar, siendo Z el número de di entes reales y a el ángulo del engranaje, siendo Kr un coeficiente respecto al ángulo a .

zt=--z-

Kr=---

Siendo:

z = Número real Zt

de tallado

Número de dientes teóricos a tallar

a = Ángulo helicoidal del engranaj e Kr = Coeficiente respecto a a

Zt =

z x Kr

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1EJERCICIO RESUELTO 7.6. ¿Qué fresa de módulo necesitamos elegir para tallar un engranaje de diente helicoidal, cuyo número de dientes es Z = 50 siendo el ángulo de 40°?

linlllim§M Calculamos los dientes teóricos Zt= Z 1(cos 3 a) Aplicando datos tendremos que Zt= 50 1 (0,7660 3 ) = 111,22 dientes teóricos, escogeríamos la fresa N° 7 que puede tallar dientes de 55 a 134. Si aplicamos Zt= Zx Kr, tendremos Zt = 50 (1 1cos 3 a); Zt= 50 x 2,24 = 111,22 (es lo mismo) .

Fresado de dientes helicoidales (cálculo de las ruedas a poner en la lira del divisor)

El tallado de dientes helicoidales se realiza de la misma manera que los engranajes de diente recto, con la particularidad de que el sentido de rotación helicoidal que debemos imprimir al engranaje durante el corte del diente, lo realizaremos poniendo un tren de engranajes en la lira del aparato divisor que engrane con el hu sillo de la mesa de la máquina, haciendo que el movimiento rotacio nal del aparato divisor avance junto con el movim iento longitudinal de avance del carro de la mesa. La relación del tren de engra naj es colocado en la lira debe estar calculado de· forma que una vue lta del husillo de la mesa sea igual al paso. Para calcular esta re lación tenemos que: Paso de la hélice a construir Paso del husillo de la máquina x constante divisor

(Ph) ruedas conducidas (Phm x K) ruedas conductoras

Siendo: Phm =Paso del husillo de la máquina; Ph =Paso de la hélice a constru ir; K= Constante del divisor

EJERCICIO RESUELTO 7.7.

Calcular el tren de ruedas a poner en la lira de un aparato divisor para mecanizar una hélice de paso = 216 (Ph = 216) siendo el paso del husillo de la máquina de 4 mm y teniendo el aparato divisor una constante K= 40.

ii•141tii.I§M Aplicamos la fórmula general y tenemos que: 216 tanga = 4o x 4

216 160

216 : 4 =54 conducidas 160: 4 = 40 conductoras

Si no tenemos las ruedas calculadas, podemos descomponer la fracción en otros juegos de ruedas disponibles.

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Tallado de ranuras helicoidales

Cuando queremos tallar ran uras helicoidales como escariadores, brocas, ejes est ri ados, etc., el proceso a seguir es el mismo que en el tallado de eng ranajes helicoidales, la fórmula para calcular el tren de rued as a poner en la lira del aparato divisor que comunique el movimiento co n el husillo de l carro de la máquina es la misma qu e para el tall ado de los engranajes helicoidales.

1EJERCICIO RESUELTO 7.8 . Queremos construir un paso helicoidal en una fresadora universal con husillo de paso de 6 mm y con fresa de disco. El cilindro donde queremos tallar el paso helicoidal tiene 100 mm de diámetro y el ángulo del paso de la hélice es de a = 30°. Calcular el paso de la hélice y las ruedas a montar en la lira de la máquina. f

•&P'l!$P!l•~J4~111I'llli"'('l:'lle)"'§1111 M•

Como vamos a trabajar con fresa de disco giraremos la mesa de la máquina una inclinación igual al ángulo a= 30° para que al mismo tiempo que avanzamos la pieza en sentido longitudinal, la pieza reciba el movimiento de rotación. El paso de la hélice la calculamos por: = (rr x D) 1tan a; Ph = (3,14 x 1<00) 1tan 30 = 543,8 mm. En este caso, que el resultado arroja decimales redondeamos a 544 pues el error no es significativo. 0,4413- 0,4411 = 0 ,0002.

Longitud del paso helicoidal Lph = rr x D; Lph = 3,14 x 100 = 314 Para calcular las ruedas que combinen el movimiento longitudinal de la mesa con el rotacional de la pieza a través del aparato divisor siendo la constante de este K= 40 tendremos que: Conductora Cond ucida

K x Phm Ph

TIPOS DE ENGRANAJES CÓNICOS

De dientes rectos De di entes hel ico idales De dientes en espiral

544

240

544

136

7.3.3. Engranajes cónicos Son engranajes cuyos dientes están construi dos de forma cónica y se emplean para transmitir movimientos entre ejes que por sus ca racte rísticas de trabajo, se cortan a un ángulo determinado. Las peculiaridades de un engranaje cónico las da el ángulo en que se cortan los ejes de transmisión. Ver figura 7.46. Estos engran ajes pueden transmitir más potencia qu e el engranaje de diente recto, y sus dientes pueden se r rectos, helicoidales y en forma de espi ral. Generalmente el engranaje de menor núm ero de dientes se le llama piñó n, y el de mayor número recibe el nombre de corona.

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1 ol01~

De------------------Figura 7.46. Engranajes cónicos.

Figura. 7.47. Piñón cónico.

Cálculos del engranaje cónico Es importante conocer la capacidad de resistencia que tiene un engrane. A continuación , se muestran los cálculos necesarios para el cónico concretamente. Módulo

El módulo de este tipo de engranaje tiene varias medias por ser cónico y se to mará como medida del módulo siempre la mayor. M = Dp

Diámetro exterior En estos engranajes , el diámetro exterior se toma en la parte mayor del diente, como se ve en la figura 7.47. De = Dp + 2M x cos a f

Diámetro primitivo El diámetro primitivo como en los engranajes rectos, es la circunferencia de tangencia, y se toma la mayor. Dp =M

Diámetro interior Es el diámet ~o medido en el fondo del diente, en la parte mayor del cono del engranaje. Di = Dp - 2,5M x cos a

Generatriz Es la distancia G que va desde el vértice de corte del ángulo de los dientes al diámetro mayor del engranaje. Ver figura 7.47.

G = (1,2SM) 1 tan del pie

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Ángulo de transmisión

Como hemos comentado, este modelo de engranaje transmite e l movimiento entre árboles o ejes que se cortan a un ángulo determinado llamado ángulo E, y se pueden dar varios casos: que los ejes de transmisión se corten a 90° (ángulo recto), que se corten a menos de 90° (ángulo agudo) o que se corten a más de 90° (ángulo obtuso). Ver figura 7.48. En la tabla siguiente aparecen las fórmulas para su cálculo.

Ángulo recto

Ángulo agudo

Án gulo obtuso

Figura 7.48. Ángul o de transmis ión.

• 1

E Ángulo recto

DEL ÁNGULO DE TRANSMISIÓN

E Ángulo agudo

E Ángulo obtuso

Tan a= Z 1 z Tan a '=

z 1Z

M = De / (Z + 2 cos a) Tan y = (2 sen a)

Tan a= sen E 1 (Z/z) cosE

Tan a= sen (180- E)

1 (z/Z)- cos

Tan a'= sen E 1 (z/Z) cos E

Tan a'= sen (180 - E)

1 (Z/z)- cos (180- E)

Tan y = (2 sen a)

Tan y = (2 sen a )

(180- E)

G = Dp 12 sen a

EJERCICIO RESUELTO 7.9. Calcular las dimensiones que hemos de dar a un engranaje cónico que vamos a mecanizar, siendo sus datos : M= 2,25, Z = 60, a= 45°.

SOLUCIÓN: En los engranajes cónicos las circunferencias tanto exterior como la primitiva se miden por la parte exterior del mismo, es deci r, por su mayor diámetro. Ver figura 7.49 .

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El ángulo a. es el formado por el eje de simetría y la generatriz del cono del diámetro p rim itivo. Dp= Zx M; Dp= 2,25 x 60 = 135 De= Dp+ (2Mcos a.); De= 135 + (2 x 2,25 x cos 45°) = 138,18 Di= Dp - (2M cos y) ; Di= 135- ( 2 X 2,25

cos 45°) = 131,81 G = Dp 1 (2 x sen a.) ; G = 135 1 (2 sen 45°) = 95,47 Pe= n x M; Pe= 3,14 x 2,25 = 7,06 Tan y= (1,25 x M) 1 G; Tan y= (1,25 x 2,25) 1 95,47 = 1° 41' Tan~= M

(j)

1 G; Tan~= 2,25 1 95,47 = 1° 21'

C/..1 =a. - y; C/..1 = 45°- 1° 41'= 43° 19' C/.. 2= a.+~; C/.. 2= 45° + 1° 21'= 46° 21' h = 2,25 X M; h = 2,25 X 2,25 = 5,06 L= G/3; L= 95,47 / 3 = 31,82 W= 360° / Z; W= 360°/60 = 6°

Figura 7.49. Piñón cón ico.

Ángulo a inclinar el aparato divisor A= 45° -1° 21'= 46° 21' El cálculo del aparato divisor para el mecanizado de los dientes será: J( 40 20 -=-=z 60 30

20 espacios a correr 30 platos a elegir

,. Elección de la fresa para el tallado de engranajes cónicos con diente recto Como he mos visto, e l e ngranaje có ni co t ie ne un d ie nte cuya geo metr ía es có nica y la e lecc ión de la fresa para s u ta ll ado está e n funció n de l número de d ie ntes a tal lar y e l áng ul o que formen e l montaje de los e ngranajes, es dec ir, e l á ngul o en que se corte n los ejes do nde se montan los eng ranajes. Para ta llar engranajes q ue se cortan a 90°, la fresa a escoge r será segú n la /-

fórmula: Nf = Z X 1,41 Siendo: Nf = Número de fresa a e legir z =Número de die ntes a tall ar Constante= 1,41

1EJERCICIO RESUELTO 7.10. Queremos tallar un engranaje cónico de diente recto que se corta perpendicularmente entre sí. Siendo el número de dientes a tallar z = 32, elegir el número de fresa para su tallado.

ii•14114Ui§M Nf= 32 x 1,41 = 45,12; elegimos la fresa n. 0 6 que talla de 35 a 54 dientes.

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1EJERCICIO RESUELTO 7.11 . Queremos tallar dos engranajes cónicos de Z = 75 y z = 30 de diente recto y que se cortan perpendicularmente entre sí (E= 90) . Deberemos elegir el número de fresa para su tallado en una fresadora universal. Aplicamos la fórmula: Nf= Zx 1,41 Tenemos para el engranaje de Z = 75 ; N f = 75 x 1,41 = 105,75. Elegimos la fresa del n.0 7 (55 a 134)"

(

Tenemos para el engranajes de z= 40; Nf= 30 x 1,41 = 42,3. Elegimos la fresa del n. 0 6 (35 a 54)

Fresado del diente cónico Cuando tallamos un engranaje de diente cónico hemos de consid erar que la fre-

Fresa --\r-'-'-''-"

sa que corta el vano de este debe posicionarse de forma que la trayectoria del corte sea por el fondo del diente, es decir, por el diámetro interior del engranaje. Ver figura 7.50. Hay que hacer coincidir el fondo del diente con la trayectoria de la fre sa cuando corte material.

7.3.4. Mecanizado de cremalleras Figura 7.50. Posi ción del engranaj e

para su tall ado. -~

Las cremalleras son elementos que junto con un engranaje son capaces de con vertir el movimiento circular de este en un movimiento rectilíneo (figura 7.51), se mecanizan directamente sobre el carro longitudinal o transversal de la fresadora, haciéndose las divisiones de los dientes con el nonio del carro correspondiente. La herramienta para su mecanizado es una fresa de módulo correspondiente al módulo del engranaje con el que engrana, y como la cremallera está considerada como un engranaje de infinitos números de dientes, se deberá montar en el árbol porta fresas. La fresa ha de ser la del mismo módulo que el del engranaj e, pero por el número de dientes a tallar, tend remos que escoger el n.0 8 que va de 135 dientes a infinito.

El paso circular de la cremallera es el mismo que el del engranaj e: Pe = TI x M. La altura del diente es la di stancia medida desde la superficie del diente hasta el fondo del mismo y vale h = 2,25

M, siendo h'= M y h" = 1,25 x M .

Figura 7.51. Mecani zado de cre mal leras.

Figura 7.52. Engranaje y su cre mal lera.

6º Clase: 29/04/2013 FRESADORA UNIVERSAL

1EJERCICIO RESUELTO 7.12. Calcular los datos para mecanizar una cremallera de 100 mm de larga y de módulo 2.

Cinlltitn§M Pe= n x M= 3,14 x 2 = 6,28 mm distancia entre dientes

z = L 1Pe= 100 / 6,28 = 15 es el número de dientes que tendrá la cremallera Ld =10M= 10 x 2 = 20 mm es el ancho del diente H = 2,25 X M; H = 2,25 X 2 = 4,25 El número de fresa a elegir para su tallado será la de módulo n. 0 2 y por la cantidad de dientes a tallar será la n. 0 8.

1EJERCICIO RESUELTO 7.13. Tenemos que transformar un movimiento circular en rectilíneo, para ello montamos un engranaje de diente recto de módulo= 2 y de Z =160, sobre una cremallera y queremos saber el desplazamiento longitudinal de la cremallera cuando el engranaje haya realizado un giro de 90° y otro de 180° respectivamente.

Ciniltitn§M La cremallera debe de tener el mismo módulo que el engranaje (M= 2). Para calcular el espacio que gira el engranaje por vuelta completa se calcula su diámetro primitivo, pues es el punto de tangencia sobre la cremallera. ,. Dp =M x Z; Dp = 2 x 166 = 332 mm

Calculando la longitud de la circunferencia primitiva tendremos que Le= 2nR Le= 2 x 3,14 x 161 = 1.011,08 mm por vuelta completa 1.011,08 / 4 = 252,77 mm. Avanzará por giro de 90° 1.011,08 / 2 = 505,54 mm. Avanzará por giro de 180°

Cremalleras helicoidales

En el tallado de cremalleras helicoidales debemos tener en cuenta el ángulo del diente, y por tanto, tendremos que girar el carro de la mesa de la fresadora el ángulo que este tenga. Si la cremallera a tallar la sujetamos en una mordaza, a esta habrá que darle el ángulo del diente.

7.4. APARAT.,O DIVISOR El aparato divisor está considerado como un accesorio de la fresadora, y es indispensable cuando se nos plantea tener que hacer divisiones con exactitud. Este aparato es el que se encarga de divi dir la circunferencia en un número exacto de apartados. Estas aplicaciones las encontramos en el mecanizado -de ejes estriados, divisiones hexago nales, tallado de escariadores y en el mecanizado de engranajes que son discos circulares en el que se tallan los dientes. Estos aparatos son los indicados para hacer la división exacta entre dientes.

FRE SADORA UNIVERSAL

Existen varios modelos pero todos constan de un mecanismo de engranajes y de un plato de agujeros, que según las divisiones a realizar, montaremos en el eje del divisor. Ver figuras 7.53 y 7.54. Hay varios sistemas para realizar divisiones y según necesidades empleare mos un método u otro. Los más empleados son :

7.4.1. Aparato divisor directo. Plato simple Son discos o platos con un determinado número de agujeros en círculos concéntricos, de forma que una vuelta completa del disco corresponde a una vuelta completa de la pieza (360°), y si las divisiones a realizar coinciden con el número

Figura 7.53. Cabeza l diviso r uni ve rsal.

de agujeros o es múltiplo del número de agujeros del plato, no tendremos nada más que colocar el disco correspondiente. Los aparatos divisores, con el fin de facilitar el número de apartados a real izar, disponen de un juego de platos que a su vez incorporan un número determinado de agujeros por cada una de las caras. Se colocan en el aparato divisor por el lado que nos interese en función de las divisiones a realizar. En la siguiente tabla se exponen los platos estandarizados con los círculos de agujeros más convencionales .

PLATOS CON LOS DISCOS DE AGUJEROS CONVENCIONALES -¡

Figura 7.54. Cabezal di viso r universa l

Cara A

Cara B

Cara A

Cara B

Cara A

Cara B

Plato n. 0 1

co n plato.

Plato n. 0 2

MÉTODOS DE DIVISIONES

Divisiones directas por plato

Plato n.0 3

simple Divisiones por el método de

Para ello aplicaremos la fórmula:

sinfín Divisiones por el método diferencial

Espacios a correr

N.O de agujeros del plato Divisiones a realizar

EJERCICIO RESUELTO 7.14. ¿Qué plato de agujeros escogeremos y cuántos espacios tend remos que correr para tallar un hexágono regular en un cilindro?

Solución: El h exágono tiene 6 caras, por tanto, tendremos qu e elegir un plato con un número de agujeros que sea múltiplo de 6, por.ejemplo, escogeríamos el de 24 agujeros, que aplicando la fórmula tendríamos : 24

-- =

. correnamos ' . 1 numero ' 4 espacws en e1p 1ato d e 24 aguJeros. (Pato 3 por la cara A) .

FRESADORA UNIVERSAL

7.4.2. Aparato divisor de sinfín Si las divisiones no las podemos realizar por el método directo, o no coinciden con los números de agujeros del plato, entonces se empleará el llamado aparato divisor de sinfín . Este aparato posee un mecanismo de tal forma que tiene una relación de división constante, llamada constante del divisor (K), que es el cociente de dividir el número de dientes de la rueda del engranaje que monta, por el número de dientes de la entrada del sinfín . K= Z (n. 0 de dientes de la rueda)

o (n. 0

de entradas del sinfín)

K es el número de vueltas a dar al sinfín para que el engranaje que monta el

aparato dé una vuelta completa. Los aparatos divisores más comunes tienen una constante que generalmente es de K= 40, quiere decir que, por cada 40 vueltas que damos a la manivela del plato de agujeros, el disco de garras en donde se fija la pieza a mecanizar da una vuelta completa. También hay aparatos divisores que tienen constantes de 30 y de 60, según l·

necesidades.

Hay que tener en cuenta que la circunferencia tiene 360 °, y para que el aparato divisor dé una vuelta completa (siendo su constante K= 40), es decir 360° hay que dar 40 vueltas. Si dividimos los grados de la circunferencia 360°

1 40 = 9°,

que serían los

grados que giraría el divisor dando una vuelta completa a la manivela.

1EJERCICIO RESUELTO 7.15. Si queremos girar el divisor 36° siendo su constante de K = 40, ¿cuántas

vueltas debemos de dar a la manivela?

~inlliim~é Vueltas

40 x 36 360

Para calcular el número de vueltas a dar al plato y el número de espacios a correr para hacer las divisiones, por ejemplo, del tallado de los dientes de un engranaje, tendremos que aplicar la siguiente fórmula: K (constante del aparato)

Oh (número de divisiones a hacer)

Agujeros a correr Plato de agujeros a elegir

FRESADORA UNIVERSAL

1EJERCICIO RESUELTO 7.16. Calcular el plato con el número de agujeros a emplear y el número de espacios a correr para mecanizar un engranaje de Z = 33 siendo la constante del divisor K= 40.

linlltiUI§M

•

Aplicamos la fórmula y tendremos que:

~=~=1-7Dh

Es decir daríamos una vuelta completa al plato de agujeros y correríamos 7 espacios en el plato de 33 agujeros. Por lo que escogeríamos el plato n. 0 2 por la cara A para montarlo en el aparato divisor. /

1EJERCICIO RESUELTO 7.17. Calcular las divisiones a realizar y plato de agujeros a poner en el divisor de una fresadora (K= 40) para mecanizar un pentágono en un cilindro de diámetro 35 mm y decir qué profundidad de pasada debemos dar para mecanizar cada una de sus caras.

linlltiUI§M 40

-¡

8. Como es un múltiplo de 40 daríamos 8 vueltas en colocado en el divisor.

Para saber lo que vale la cota

~ualquier plato

e tendremos que el radio es 35 12 = 17,5

72° 12 = 36° AB = cos 36° x 17,5 = 14,15 mm Por lo tanto, nos queda que:

Figura 7.55.

e= 17,5-14,15 = 3,34 mm

7.4.3. Divisiones por el método diferencial Cuando tenemos que mecanizar un engranaje o una pieza con divisiones de números primos y no encontramos el plato de agujeros que nos interesa, emplearemos el llamado método diferencial. Ver figura 7.56. Este método co nsiste en colocar un tren de engranajes entre el eje del sinfín y el plato de agujeros que montamos en e l aparato divisor, de tal forma, que al mi s mo tiempo que hacemos girar el plato de agujeros, giramos también el eje del divisor. El método es el siguiente: s i los cálculos realizados por el método convencional nos dan un plato de agujeros que no lo podemos e legir por no disponer de é l, se escogerá un número por exceso o por defecto más próximo al número de divisiones a realizar,

yentonces aplicamos a siguiente fórmula:

FRESADORA UNIVERSAL

Rueda a colocar en el eje Rueda a colocar en sinfín

tang a = K (Ne - Oh) Nf

Rueda conductora Rueda conducida

Siendo: K= Constante aparato divisor Ne =Número por exceso

Nf =Número por defecto Oh= Divisiones a realizar Engranajes lira

Pl ato

Plato

,. Figura 7.56. Fun cion ami ento del di visor.

EJERCICIO RESUELTO 7.18.

Tenemos que mecanizar un engranaje de Z = 47 dientes, y la constante del aparato divisor que disponemos es de K= 40. No tenemos plato de 47 agujeros . K

40 espacios a correr

Plato de 47 agujeros

-=-=

liniititn~M

Como no disponemos del plato de 47 agujeros, elegimos uno de 50, y aplicamos la fórmula general: vueltas completas K(Ne- Dh) 40 (50- 47) 120 120:2 60 rueda de Z = 60 en el eje __§.Q_ = ~espacios a recorrer 2 Nf 50 50:2 25 rueda de z = 25 en el sinfín 25 25 Plato de 25 agujeros 50 .

Serían 2 v~~ltas y 20 espacios en el plato de 50 agujeros, o también 2 vueltas y 10 espacios a correr en el plato de 25 agujeros.

División en grados Para realizar divisiones de grados hemos de tener en cuenta la constante K del aparato divisor que tengamos montado en la máquina y los grados de la circunferencia. © Ediciones Paraninfo

FRESADORA UNIVERSAL

Por ejemplo, en el de constante 1:40 sabemos que 40 vueltas= 360°. Lu ego si 40 vueltas son 360°, 1 vuelta de manivela serán 360°

1 40 = 9°.

1EJERCICIO RESUELTO 7.19. En un disco queremos realizar divi siones de 52°. Calcular los espacios a co. . ~ . rrer y el plato a poner en el aparato divisor de K = 40?

Cinlltitn§M Aplicamos l a fórmula general:

40 X 52 360

35 . 2.080 260 = - - = 5 - = 5 vueltas y 35 espaciOs en 360 45 45 el plato de 45 agujeros

- -

21 35 : 5 X 3 También: - - -45: 5 X 3

17 27

21 . 5 vuel tas 17 espaciOs en un plato de . 27 aguJeros (pl ato n. 0 2 cara A)

División de minutos En un divisor de K = 40, tenemos que 1 vuelta completa de la manivela del divi·,so r son 360° 1 40 = 9°, por tanto, 1 vuelta comp leta de la manivela son 9°

x 60'= 540'. Divi diremos 540' por el número de agujeros del plato y el res ultado se rán los minutos a obtener por espacio recorrido. Ej empl o: Rea lizar divisiones de 36' 540' : 36 = 15. Montaremos el plato de 15 agujeros y cada espacio a correr serán los 36' ped idos.

División lineal en la fresadora Cuando tenemos que realizar divisiones longitudinales en alguna pieza del taller, no nos va le el em pl eo de l aparato di viso r prop iamente dicho. Para rea lizar divisio nes a lo largo de una pieza tenemos que emplear el nonio de l car ro longitudinal o tra nsve rsa l de la f resado ra ca lcu lando los desp lazami entos del carro. Ver figura 7.57. En est e caso hemos de ap licar la fó rmul a de la precisión del nonio, teniendo en cue nta el paso del husill o de los carros con el cua l se vayan a real iza r las di · visiones y sab iendo que una vue lta comp leta del tambor graduado (non io) que mon t a el carro, corresponde al avance del paso del hus illo. Para ca lcular el avance de la división a obtene r aplicaremos la fórm ul a: Paso del husi ll o del carro Pc = - - - - - - - - - -N.0 de divisi on es del t ambor

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Carro de la máq ui na Husi llo

Figura 7.57. Avance del carro de un a máquin a.

1EJERCICIO RESUELTO 7.20. Queremos hacer trazos en una barra rectificada cada 5 milímetros exactos. Calcular lo que tendremos que realizar para avanzar el carro de la máquina en cada trazo si el paso del husillo es de 4 mm y el tambor tiene 80 divisiones.

&jniilim§M Pre

Paso del husillo N.O de divisiones del nonio

~ = 0,05 mm, avanzará el carro por división . 80

Av = 5: 0 ,05 = 100 divisiones hay que hacer avanzar el carro para lograr las divisiones pedidas de 5 mm.

1EJERCICIO RESUELTO 7.21.

Tenemos que tallar una cremallera de módulo= 2,5. Queremos calcular las divisiones que deberemos hacer avanzar el carro longitudinal para tallar cada uno de los dientes . Siendo la precisión del nonio del carro longitudinal80 divisiones. Ver figura 7.58.

&jniltitn§M Calculamos el paso de la cremallera P= rr x M; P= 3, 14 x 2, 5 = 7, 85 mm

f Figura 7.58. Paso del diente.

Av = 7,85 : 0,05 = 157 divisiones hay que hacer avanzar el carro parata-

llar cada uno de los dientes.

l5.CALCULOSENLAFRESADORA . l

La fresadora es una máquina con un poder muy elevado de trabajo, las herramientas que en ella se montan son de varios filos o dientes de corte, con lo cual el rendimiento y la obtención de viruta son muy grandes, aunque trabaja a menos revoluciones que otros aparatos. Cuando ponemos una herramienta en el árbol de la máquina y vamos a cortar un determinado tipo de material, como pueda ser acero suave, acero duro, aluminio, latón, etc., es importante conocer las características tanto de las herramientas © Ediciones Paraninfo

FRESADORA UNIVERSAL

CÁLCULOS A REALIZAR EN LA

como de los materiales con el fin de ajustar la máquina, y de ese modo obtener

FRESADORA

el máximo rendimiento. Por esta razón debemos realizar los cálculos de corte, la

Sección de viruta

sección de viruta a obtener, revoluciones a poner en las herramientas, etc.

Fuerzas de corte Avances de trabajo Velocidades de corte Potencia de corte Tiempos de mecanizad o

7.5.1. Los ángulos de corte en las fresas Las fresas son herramientas de corte y, por tanto, los ángulos de estas obedecen a los de cualquier herramienta de corte. El ángulo de incidencia es el más importante y es el formado por la arista A del diente. La superficie de la pieza a mecanizar se designa con la letra a y pu ede valer entre 5° y 15°. El ángulo será más pequeño cuanto más duro sea el ma-

ÁNGULOS DE CORTE

ll'lcidencia (a ) vale entre 3° a 5° Desprendimiento(~)

vale entre

0° a 25° Ángulo del diente vale 360° 1 z

terial a trabajar. El ángulo de desprendimiento es el formado por la arista de corte y la supe rficie por donde resbala la viruta y se le designa por la letra~ . puede valer entre 0 ° y 35°. Ver los ángulos en la figura 7.59. En términos generales los ángulos de las fresas dependen de la dureza y de la tenacidad del material a cortar.

a+~+p=90°

Figura 7.59. Ángu los de una fresa.

Figura 7.60. Fuerzas de corte en la fresa.

7.5.2. Sección de viruta en la fresadora En la fresadora , la sección de viruta se aa por diente, de forma que diremos qu e es igual al avance del diente por el ancho de la fresa . En la máquina, la herramienta se va clavando a medida que esta avanza, por tanto, la sección de viruta se calcula a la salida del diente de la pieza a trabajar (ad).

S= p x ad Siendo: S = Sección en mm>

P = Profundidad de pasada ad =Avance por revolución

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1EJERCICIO RESUELTO 7.22. ¿Qué sección corta por diente una fresa que está trabajando a 300 r. p.m. y durante un minuto ha avanzado 80 mm de longitud, siendo el ancho de la fresa 10 mm y teniendo 12 dientes?

ijtililiUI~M 80: 300 = 0,2666 mm avanza por r.p.m.; siendo 0,2666:12 = 0,022 mm lo que avanza por diente y r.p.m . S= 10 x 0,022 =0,222 mm 2

7.5.3. Fuerza de corte en las fresas Las herramientas de fresadora tienen muchos dientes de corte, pero la fuerza de este corte en este tipo de útiles la podemos definir como la fuerza que ejerce un diente para cortar el material que está trabajando. Si la fuerza de corte es muy elevada podemos romper los dientes de la fresa, y si por el contrario es muy pequeña, se dice que estamos trabajando a bajo rendimiento de la herramienta.

El útil gira según las r.p.m. determinadas, y la pieza se desplaza según la flecha

a tal y como se observa en la figura 7.61. La herramienta penetra en la pie-

za a mecanizar y se establece la fuerza Fp perpendicular al diente, a medida que la pieza avanza, la fresa va cortando más espesor de material, siendo el máximo ad, y se establece la fuerza Ft que es la fuerza tangencial. La resultante de estas

fue rzas es R. La fuerza de corte de la herramienta nos la condiciona la dureza del material co n el que hemos de trabajar, siendo el coeficiente K la resistencia que opone el

material al ser cortado, y es la fuerza específica de corte. Los valores de K de los materiales a trabajar más comunes se dan en la tabla siguiente. DATOS PARA El CÁLCULO DE LA FUERZA DE CORTE

Material a cortar

1 mm

Valor K

Acero suave

40 a 60

140

Acero semiduro

60 a 80

180

Acero duro

100 a 120 ---..

270

Fundición gris

20 a 25

Bronces y latones

30 a 35

Aluminio y aleaciones

40 a 60

La fuerza de corte se da en kg

FRESADORA UNIVERSAL

Fe= K x S

Siendo: Fe= Fuerza de corte

K= Dureza del material en kg/mm 2 S= Sección de viruta

7.5.4. Avance en la fresadora Al trabajar con herramientas de varios dientes, tenemos que por cada vuelta que da la herramienta esta real izará tantos cortes como dientes tiene, por tanto, el avance en la fresadora se puede dar por diente (ad) , por minuto de trabajo (am ), o también lo podemos dar por revolución (ar) según nos interese. Ver figura 7.61. El sistema más aplicado es dar los avances por minuto de trabajo.

am = ar x n x N

ar= ad x n Siendo:

ad = Avance por diente ar =Avance por vuelta completa de herramienta am =Avance por minuto de trabajo de la herramienta

n =Número de dientes de la fresa N= Número de r.p.m . de la fresa Fresa

L Figura 7.61. Ava nce en la fresadora.

AVANCES DE LAS FRESAS

Tipo de fresa Fresas cilíndricas

0,1

Fresas de forma

0 ,02

Fresas de tres cortes

Para el desbaste

a 0 ,3 a 0,04

0,2 a 0,3

Para el acabado 0,05 a 0,1 0,01 a 0,02 0,05

a 0 ,1

FRESADORA UNIVERSAL

7.5.5. Velocidades de corte de una fresa Teniendo en cuenta el tipo de herramienta que se monta para el mecanizado de piezas y su capacidad de corte, incluidos los platos de planear con varias herramientas, deberemos considerar que, por cada revolución que da el eje de la máquina, se producen tantos cortes como dientes tenga la herramienta, sabiendo que la velocidad de corte es la cantidad de metros por minuto que recorre un útil (metros de viruta cortada en un minuto). Se define como la cantidad de metros de viruta que es capaz de cortar un instrumento durante un minuto de trabajo, sin que este se deteriore o se desgaste. Dándose la velocidad de corte en metros

1 minuto y se calcula mediante

la fórmula:

TixDxN 1.000

La velocidad la calcularemos como si fuese una herramienta de un corte, siendo esta velocidad mucho más elevada en esta máquina que en otra. La velocidad de corte es un dato que lo empleamos para comparar el rendimiento de una herramienta con otra y valorar así sus características técnicas, indicándonos qué tipo de material puede trabajar. 1

La velocidad de corte generalmente es conocida en función de la dureza del material a trabajar, y lo que deberemos calcular son las revoluciones a las que tenemos que hacer girar la pieza o la herramienta según la máquina en la que tengamos que realizar la tarea. En el caso del torno se calculan las r.p.m. a las que tenemos que hacer girar la pieza, en el caso de la taladradora y fresadora, son las r.p.m. de la herramienta. Para ello despejamos las revoluciones N de la fórmula general.

N= Ve x 1.000

TIXO

Siendo:

V= Velocidad de corte en m 1 m O= Diámetro de la pieza a trabajar o de la herramienta N= Número de revoluciones

7.5.6. Potencia de corte de la fresadora La fresadora emplea herramientas con varios filos y su poder de corte es muy alto dado que siempre tiene el útil algún diente cortando material. Su potencia está en función de la resistencia que opone el material a ser cortado, el cual viene expresado por la fórmula F =K x S. Considerando que la sección de corte es igual a la profundidad de pasada por el ancho de la fresa.

FRESADORA UNIVERSAL

La velocidad de corte viene dada en m

1m. Podemos definir la potencia de

corte como el trabajo realizado por la fresa en una pasada o en un tiempo determinado de trabajo, y la obtenemos por: Siendo: F x Ve CV=----

CV=

Kx a

K= Constante en kg /m f11 2 .

a =Avance en mm p =Pasada am =Avance por minuto F = Fuerza de corte

p x am X

Ve= Velocidad de corte

Con el fin de conseguir una visión general de las características de los materia les a cortar, tenemos una tabla que nos facilita el cálculo de la potencia de corte de los materiales

.. .

EL CÁLCULO DE LA POTENCIA

Dureza HB

kg 1 mm 2

Ve m/m

Valor K

110 a 135

40 a 60

18 a 24

140

Acero semiduro

240 a 260

60 a 80

15 a 20

180

Acero duro

200 a 220

100 a 120

12 a 18

270

Fundición gris

Material a cortar Acero suave

220 a 300

20 a 25

14 a 18

Bronces y latones

70 a 80

30 a 35

50 a 80

Aluminio y aleaciones

80 a 100

40 a 60

200 a 220

1EJERCICIO RESUELTO 7.23. Calcular la potencia absorbida en el fresado de una pieza de acero suave, cuya sección de corte es de 1,2 mm2 .

&inlitim§M Tomamos datos de la tabla y vemos que el acero suave tiene un valor de K = 140, y para la Ve tomamos un valor medio de 20m 1m. Aplicando la fórmula tenemos que CV = (K x S x Ve) 1 60 x 75 Dando datos queda CV = (140 x 1,2 x 20) 14.500 = 0,74

7.5.7. Tiempos de mecanizado en la fresadora La fresadora es una máquina que como hemos visto en el capítulo anterior trabaja con herramientas circulares, las cuales llevan el movimiento de rotaci ón y lo que se traslada de posición es la pieza que mecanizamos, por tanto, obedece a la fórmula general de los tiempos de mecanizado.

FRESADORA UNIVERSAL

Es una de las máquinas que más capacidad de corte tiene por el tipo de herramientas que emplea, tenemos que considerar que esta máquina por cada vuelta que da la herramienta, la pieza será cortada tantas veces como dientes tenga la fresa que trabaja, por lo que los avances pueden ser ligeramente mayores que en otras máquinas empleadas en el taller como pueda ser el torno. Ver figura 7.62.

Figura 7.62. Tiempo del mecanizado en fresadora.

Tiempo que tardaríamos en dar una pasada a la pieza Si conocemos el avance que lleva la fresa por revolución, no tenemos nada más. que dividir la longitud de la pieza a mecanizar por lo que avanza por vuelta (sin tener en cuenta el número de dientes de la fresa). Sí que deberemos considerar la entrada de la herramienta a la pieza (distancia 1) y la distancia de salida de la herramienta cortando material (esta distancia se calcula como 3/4 del diámetro de la fresa), distancia que se sumará a la longitud de la pieza a mecanizar. Ver figura 7.63.

=L/ a

t = Rp / (L + 2/)

L + 21 N

ar x

.1"

Siendo:

t =Tiempo de una pasada tt =Tiempo en minutos L = Longitud de la pieza a mecanizar

ar =Avance

por revolución en mm

Rpm = Revoluciones de la fresa por minuto Rp = Revoluciones que se necesitan para dar una pasada Np = Número de pasadas 1=Longitud de entrada y salida de herramienta (suele ser 3/4 del diámetro

de la fresa). Cuando en la pieza a mecanizar conocemos la velocidad de corte y el avance nos lo da por diente de la fresa, podemos aplicar la fórmula siguiente:

FRESADORA UNIVERSAL

TI X

o X (L

+ 2/

t=--------~------

1.000

z x Ad

Siendo: o = Diámetro de la fresa Ve= Vel ocidad de corte en m/ m Z = Número de dientes de la fresa Ad = Avance po r die nte EJERCICIO RESUELTO 7.24 . .f Calcular el tiempo que tarda una fresadora en mecanizar una ranura en una pieza de acero suave de 100 mm de

larga, con una fresa de 12 mm de diámetro.

linillitn§M Velocidad de corte Ve= 40 m/ m y avance Av= 0,12 mm / rev N= (Vc x 1.000) 1(rr x D); N= (40 x 1.000) 1 (3,14 x 12)

1.061

1= D / 2; 1= 12 /2 = 6 t= (L + 21) (Av x N); t = (100 + 12) 1 0,25 x 1.061) = 0,422 minutos

Figura 7.63. Tiempo de la pasada.

EJERCICIO RESUELTO 7.25.

Tenemos que fresar una pieza de acero de 250 mm de longitud con una velocidad de corte aconsejada de 20 m/ m, con una fresa de 3 cortes de 80 mm de diámetro y Z = 14. Calcular las r.p.m. a dar a la fresa para el mecanizado de la pieza, calcular el avance por revolución y el tiempo de mecanizado. Ver figura 7.64.

---\

--\~~---- -- ----- - ---- - .,: · --

.........

~,' ..~'

:-------------------

:---------------------------]

1-·-···········------i Figura 7.64. Ava nce por revolución.

FRESADORA UNIVERSAL

linillim§M 1m y el avance por diente de la fresa al ser una herracalcu lamo s las revoluciones despejando de Ve= (n: x D x N) 1

Como la velocidad de corte aconsejada es de Ve= 20 m mienta de acero rápido es de a= 0,4 mm 1 rev,

1.000 N= _ _____::__:'_" n: x D

3,14

1.000 X

79,6

80 r.p.m.

El avance por revolución de la fresa es a 1rev = a diente x Z; a x r= 0,04 x 14 = 0 ,56 mm 1rev El tiempo de mecanizado será= L + D

250 + 80 0,56 X 80

7,36

7'36"

7.6. VERIFICACIÓN DE LA FRESADORA Hemos visto que la fresadora es una máquina de precisión, y dada la gran cantidad de trabajos que en ella se pueden realizar, es un aparato de los que más necesita un buen mantenimiento y ajuste en sus ejes y carros. Con el fin de que podamos realizar los trabajos requeridos con total precisió n, esta máquina requiere verificarla periódicamente teniendo en cuenta una ,. serie de revisiones, como ajuste de la holgura de carros si la hubiere, comprobación de Jos nonios, engrase de las guías, etc. En la hoja de ver ificación se especifican a título informativo los trabajos que se ejecutan durante la revisión de la máquina anotando qué tipo de comprobación, la periodicidad y observaciones a realizar si es que las hubiere. A continuación se especifica la verificación convenciona l.

Nivelación: es una de las operaciones más importantes, se refiere a nivelar la bancada y los carros, para ello se empleará un nivel de precisión. El nivel se si-

túa en el centro del carro longitudinal y se nivela mediante tornillería en los tacos antivibratorios.

Alineación de los carros de la máquina: co mprobar con un comparador de reloj la alineación de los carros y el paralelismo de los mismos. Ajustar las chavetas si procede.

Descentramiento del eje portafresas: se hace contacto con un comparador de reloj en. el eje portafresas y la base se pega a la mesa de la máquina, con la mano se da vue ltas al eje y se ve su descentrado, el cual correg iremos si está fuera de tolerancia.

Comprobación de la altura de puntos del aparato divisor y del contrapunto: se coloca un mandril entre puntos y se fija un reloj comparador en la columna de la máquina, palpando el mandril, se co rre el carro longitudinalmente co n el reloj tocando la superficie del mandril, veremos la diferencia de medidas en un extremo y otro, y por tanto la diferencia de altura entre ambos.

FRESADORA UNIVERSAL

Comprobación de los tambores nonios de los carros: se comprobará la precisión del nonio de cada tambor que va montado en los carros respecti vos, verificando su avance en función de las divisiones que tenga cada uno. Se darán varias pasadas a una pieza comprobando sus medidas.

Aparato vertical de la máquina: verificar la graduación del punto 0° del aparato vertical respecto a la mesa de la máquina, corregir si hubiere diferen.

cias.

Luneta del árbol portafresas: verificar la luneta que sujeta el árbol portafresas , si hubiese holgura sustituir el casquillo de bronce por otro nuevo.

FRESADORA UNIVERSAL

Máquina:

MÁQUINA: Fresadora universal

N.o ............. .......... ..... .............. .... ... ..

Operario .... ........ ..... ..... ...... .................. .. .. .. ........ .. .... ... ........ ..... .... .........

ELEMENTOS A VERIFICAR

TIPO DE REVISIÓN

PERIODICIDAD

OBSERVACIONES

Engrase de las guías

Nonios de los carros

Nivel del aceite en las cajas

Eje portafresas

Casquil los del árbol

Aparato di visor

OBSERVAC IONES:

CICLO FORMATIVO MECANIZADO

Fecha última rev isión:

Firmado:

Hoja de mantenimiento: Fresadora universal

FRESADORA UNIVERSAL

CUESTIONES 7.1 .

La fresadora universal f und amentalme nte trabaja: a) b) e) d)

7.2.

1·3·

1·1·

s,oo mm o,so mm o,os mm o,oos mm

El El El El

de de de de

2S 1S 30 so

Si te nemos q ue mecan izar un engranaje de Z = so y de M= 2, ¿qué profundidad de corte debemos darle al diente de d icho engranaje? a) b)

2,S 3,S

1·9·

?,S mm 2S,8 mm 6,s mm 10,0 mm

Una fresa es: a) b) e) d)

•1

El número de dient es y el agujero de l engranaje El número de d ientes y el diámetro exte ri or Es la parte más gruesa de l diente El nú mero de di entes y el diámet ro pri mitivo

Si una f resa está co rtando una pieza y ll eva una viruta de s mm de ancha por 1,S mm de gruesa, la secc ión de viruta se rá: a) b) e) d)

7.8.

El aparato div isor de una fresadora tiene una constante de k= 40 y qu ere mos hacer 2S d ivisiones. El plato de agujeros que debemos elegir será: a) b) e) d)

7·5·

212 318 goo 6oo

4,S s,s

Módu lo de un engranaj e es la relación que existe entre: a) b) e) d)

El paso del husillo del carro transversal de la máqui na es de s mm y el non io tiene 100 d ivisiones. ¿C uánto avanzará el carro por cada d ivisión? a) b) e) d)

1·4·

7.6.

¿A qué r.p.m. debemos poner el ej e de la máq uina si queremos trabajar con una Ve = 8o m 1 m y el diámetro de la f resa es de 120? a) b) e) d)

Cue rpos de revo lución Cuerpos prismát icos Todo tipo de piezas Mecaniza matrices

e) d)

Una herramie nta de corte Una máq ui na co nvenc ional Una máq ui na de tres ej es Un accesorio para la f resadora

Una fresa madre es una he rram ienta para: a) b) e) d)

Tall ar calzos Mecanizar piezas prismáticas Mecanizar grandes series de piezas Tall ar engranaj es

7.10 Una co la de milano se de be de mecani zar co n: a) b) e) d)

Una fresa Una f resa Un a f resa Una fresa

de fo rma a 6o 0 de fo rma a 4S 0 en form a de T cilíndrica de l anc ho de la ran ura

FRESADORA UNIVERSAL

o 7.1.

7.2.

ACTIVIDADES PROPUESTAS ¿Cuántos ejes tiene un a máquina fresadora y cómo se les denomina? Explica la diferencia entre herramientas circu lares y herram ientas cilín dr icas .

7.6.

¿Qué velocid ad de corte ll evará una fresa ci líndrica de 10 mm de diámetro que trabaj a a 6oo r.p.m.?

7.7.

Calcular un par de engranaj es de diente recto cu yos datos son:

7·3·

Tenemos que tallar un a cre mall era de módulo= 1,5. Queremos saber el núm ero de divisiones que hay que hacer avanzar el nonio de l carro transversal para el tallado de cada diente, siendo su paso 4 mm si el nonio t iene 8o divisiones.

7.8.

7·4· Decir qué plato de aguj eros pondremos y qué espa-

1·9·

cios tendremos que desplazar en un aparato divisor de K= 40 para realizar en un disco 100 divisiones.

z = 102, z = 65, M = 2 y el número de re-

vo luciones del piñón si la rueda gira a 1.100 r.p.m. Calcular los datos para mecanizar un engranaje de diente recto siendo M = 2 y

z = 52.

Calcular los dat os para mecanizar un engranaje de diente helicoidal de Mn = 2, Z = so y cos a = 30°

7.10. Calcular el tiempo que tarda una fresadora en me-

7·5·

Un a f resa de disco de 12 dientes y 12 mm de ancho, está co rtando mater ial durante 3 minutos, siendo su avance de 6o m/m trabajando a 300 r.p.m. Queremos saber la cantid ad de viruta obte ni da.

cani zar una ranura en una pieza de acero suave de 150 mm de longitud y 15 mm de profundidad con una fresa de 12 mm de diámetro. \-

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FRESADORA UNIVERSAL

MATERIAL: - Acero suave de 40 x 40 x 75 HERRAMIENTAS A EMPLEAR: - Plato de cuch illas - Fresa de disco de cortar de 3 mm - Fresa de disco de tres cortes de 10 mm - Fresa de 45° PROCEDIMIENTO: l. Estudiar el plano de la pieza a mecanizar 2. Preparar las herramientas necesarias para su mecanizado, identificándolas técnicamente 3. Calcular las veloc idades de corte y las revoluciones a dar a la fresadora 4. Establecer un proceso de mecanizado lógico 5. Colocar las herramientas en máqu ina 6. Mecanizar el pri sma 7. Mecanizar las ranuras 8. Verificar y comprobar las medidas 9. Rectificar la pieza en la rectificadora planeadora

NOMBRE

FECHA

CICLO FORMATIVO MECANIZADO

DIBUJADO COMPROBADO ESCALA

Prácticas de

PRÁCTICAS

FRESADORA UNIVERSAL

EJERCICIO N. 0 1 Mecanizado de un ca lzo

FRESADORA UNIVERSAL

120

70 1o

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MATERIAL: -Acero suave de 120 x 60 x 14 HERRAMIENTAS A EMPLEAR: - Plato de cuch ill as - Brocas de acero ráp id o ¡(

PROCEDIMIENTO: l . Estudiar el plano de la pieza a mecanizar 2. Preparar las herramientas necesarias para su mecani zado, identificándolas técnicamente 3. Calcu lar las ve locidades de corte y las revoluciones a dar a la fresadora 4. Establecer un proceso de mecanizado lógico 5. Co locar las herram ientas en máquina 6. Mecanizar el prisma 7. Ve ri ficar y comproba r las medidas NOMBR E

FECH A

CICLO FORMATIVO MECANIZADO

DIBUJADO COMPRO BADO ESCALA

Prácticas de

PRÁCTICAS

FRESADORA UNIVERSAL

EJERCICIO N° 2 Manejo de los nonios de la máquina

FRESADORA UNIVERSAL

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MATERIAL: - Acero suave de 60 x 40 x 40 HERRAMIENTAS A EMPLEAR: - Plato de cuc hill as - Broca de acero ráp ido -juego de machos de roscar de M 10 PROCEDIMIENTO: 1. Estudiar el plano de la pieza a mecanizar 2. Preparar las herrami entas necesarias para su mecanizado, identificándolas técnicamente 3. Calcu lar las velocidades de corte y las revoluciones a dar a la fresadora 4. Establecer un proceso de mecanizado lógico 5. Co locar las herramientas en máquina 6. Mecan iza r el prisma 7. Ve rifi car y comprobar las medidas NOMBRE

FECHA

CICLO FORMATIVO MECANIZADO

DIBUJADO COMPROBADO ESCALA

Prácticas de

FRESADORA UNIVERSAL

PRÁCTICAS

EJE RC ICIO N° 3 Mecan izado de un a figura geométri ca

FRESADORA UNIVERSAL

MATERIAL: - Acero suave

HERRAMIENTAS A EMPLEAR: -Cuchillas de torno - Brocas - Fresa de módulo DATOS PARA EL MECANIZADO: -Módu lo M= 1,5 - Número de d ientes Z = 40 PROCEDIMIENTO: l. Calcular y dimens ionar el engranaje obteni endo sus medidas 2. Mecanizar a torno el disco 3. Calcu lar las velocidades de corte y las revoluciones a dar a la fresadora 4. Rea lizar los cálculos del aparato di visor

5. 6. 7. 8.

.1"

Colocar las herramientas en máquina, aparato divisor, etc. Mecanizar los dientes del engranaje en fresadora Ve rifi car y comprobar las medidas Rectificar las caras del engranaje en la rectificadora planeadora NOMBRE

FECHA

CICLO FORMATIVO MECANIZADO

DIB UJ ADO COMPROBADO ESCALA

Prácticas de

PRÁCTICAS

FRESADORA UNIVERSAL

EJERCICIO N. 0 4 Mecan izado de un engranaje de dientes rectos

FRESADORA UNIVERSAL

+ -+1 2+- t- -~ - r==\- -ffdf\1.--::::-::::-::::-:::::-====-====-= ===-== ==-====-=====-====-====-====-====-== ==---, =========== =============== t t ' •

MATERIAL: - Acero suave

HERRAMIENTAS A EMPLEAR: - Cuchil las de t orno - Fresa de módulo

DATOS PARA EL MECANIZADO: - Módulo M= l ,S - Número de dientes Z =SO

PROCEDIMIENTO: l. 2. 3. 4. S. 6. 7.

Calcular y dimensionar la crema llera a mecanizar Calcular las veloc idades de cort e y las revo lu ciones a dar a la f resadora Rea li za r los cá lcul os para el mecanizado de los dientes Colocar las herramientas en máquina Mecanizar los dientes de la crem allera Verificar y comprobar las medidas Rectificar las caras en la rectificadora planeadora NOMBRE

FECHA

CICLO FORMATIVO MECANIZADO

DIBUJADO COMPROBADO ESCALA

Prácticas de

PRÁCTI CAS

FRESADORA UNIVERSAL

EJERCICI O N. 0 S Mecanizado de una cremallera