Operacion de Fresado

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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ

PROGRAMACIÓN Y OPERACIÓN DE FRESADOCON CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO

CENTRO DE TECNOLOGÍAS

AVANZADAS DE MANUFACTURA

PROGRAMACIÓN Y OPERACIÓN DE FRESADOCON CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO

Contenido:

1.- Operación de fresado. Herramientas de corte.

2.- Sistemas de coordenadas. Coordenadas absolutas. Coordenadas

incrementales

3.- La fresadora de Control Numérico Computarizado. Punto cero.

Puntos de referencia

4.- Archivos de Herramientas. Códigos EIA/ISO.

5.- Programación. Estructura de un programa, subprogramas.

6.- Controlador Sinumerik. Ciclos de trabajo.

7.- Mecanizado en fresadora CNC.

Ing. Benjamín Barriga

Centro de Tecnologías Avanzadas de Manufactura

OPERACIÓN DE FRESADO


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Mecanizado

Proceso de manufactura en el cual se utilizauna herramienta de corte para remover elexceso de material de una pieza de trabajo, detal manera que el material remanente sea laparte o componente con la forma deseada.


Mecanizado

El mecanizado es uno de los procesos demanufactura más importantes porque…

… se puede aplicar a una amplia variedad demateriales de trabajo. Practicamente todos losmetales se pueden maquinar.

… se puede usar para generar cualquier formageométrica regular, como superficies planas,agujeros, redondos y cilindros.


Mecanizado

… se pueden obtener dimensiones contolerancias muy exigentes. Es mas preciso queotros procesos.… se pueden obtener excelentes acabadossuperficiales.

Básicamente es un proceso que produce lageometría final, las dimensiones y el acabado.


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Operación de fresado

El El fresado fresado es un proceso de arranque de virutaes un proceso de arranque de virutaconcon una una herramienta de geometria determinada,herramienta de geometria determinada,donde una o mas cuchillas montadas (filos) endonde una o mas cuchillas montadas (filos) enla herramienta giratoria al mismo tiempo quela herramienta giratoria al mismo tiempo quecorta avanza.corta avanza.


Fresado


Procesos de fresadado

Existen diferentesExisten diferentesoperaciones de fresadooperaciones de fresadocon las cuales se puedecon las cuales se puedeincrementar aun mincrementar aun máás las lacantidad de formascantidad de formasvariadas que sonvariadas que sonposibles de obtener.posibles de obtener.


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Movimientos principales


Parámetros de corte


Velocidad de giro de laVelocidad de giro de lafresa en RPMfresa en RPM

Velocidad de avance en vVelocidad de avance en vffmm/minmm/min

Profundidad de corte aProfundidad de corte app

Ancho del corte aAncho del corte aee


Las unidades típicas usadas para la velocidadde corte son metros por minuto vc (m/min).Está directamente relacionada con lavelocidad de giro n (rpm) y el diámetro d dela fresa.

El avance vf se expresa en milímetros porminuto (mm/min).

La profundidad de corte ap se expresa enmilímetros (mm).


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Son el avance y la profundidad de corte losque, junto a la geometría de la herramienta,definen el espesor y la sección de material aser removido.Con la velocidad de corte, contribuyenentonces a definir la potencia requeridapara efectuar el maquinado bajo esascondiciones.




Avance f es el movimiento de avance porvuelta de fresaAvance fz es el movimiento de avance porcada diente o cuchilla(plaquita)Velocidad de avance vf en mm/min seobtiene del avance por diente, el númerode dientes z y la velocidad de giro n(RPM)

vf = f.n = fz.z.n



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Operación de Fresado

La operación de fresadado, de acuerdo alpropósito y las condiciones de corte, puedeser de desbaste o de acabado.En el desbaste se remueve gran cantidad dematerial tan rápido como sea posible a fin deobtener una forma cercana a la requerida conalgo de material de exceso para acabado. Estaoperación se puede hacer con herramientasde desbaste.Se realiza a altas velocidades y profundidades.


Operación de Fresado

En el acabado las profundidades de corte y losavances son bajos. Esto principalmente paraconseguir las dimensiones finales delcomponente dentro de las toleranciasespecificadas y los acabados adecuados en lassuperficies. Esta operación se hacen algunasveces con herramientas de acabado.La velocidad de corte es mas alta que en eldesbaste.


La fresadora CNC


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Centro de mecanizadovertical

Dispositivos de sujeción de lasherramientas


Porta herramienta segúnDIN 69871

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Herramientas de corte

Las herramientas de fresado sonherramientas de multiples filos, es decir,presentan varios filos de corte que son losque trabajan removiendo material durante elmaquinado.La elección correcta de los parámetros decorte contribuye no solamente a obtener unapieza maquinada correctamente sino tambiéna la duración óptima de los filos.


Herramientas de corte deacero HSS

Herramientas de corte conplaquitas de metal duro


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Herramientas de corte conplaquitas de metal duro


La tecnología de herramientas de cortecontiene dos aspectos importantes:

El material de la herramienta.

La geometría de la herramienta.



Posibles causas de falla de una cuchilla dePosibles causas de falla de una cuchilla decorte:corte:

Falla por fracturaFalla por fractura

Falla por temperatura Falla por temperatura

Desgaste Desgaste gradual gradual


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La selección adecuada de los parámetros decorte favorecen un mayor tiempo de uso(mayor tiempo de vida) de la herramienta,controlando el desgaste gradual y evitando lafractura o la falla por temperatura. Estopermite cambiar la herramienta antes de quese presente una falla catastrófica.


Tipos de desgaste de lasHerramientas de corte

El El desgastedesgaste enen laslasherramientasherramientas de defresado se presentafresado se presentaprincipalmente de lasprincipalmente de lassiguientes maneras.siguientes maneras.Los factores principalesLos factores principalesque causan estasque causan estasformas de desgaste sonformas de desgaste sonla la abrasiabrasióónn y la y la altaaltatemperaturatemperatura..


Materiales para herramientas

De acuerdo a la naturaleza del desgaste, seidentifican las propiedades importantes quedeben tener los materiales de herramientas:

Tenacidad Dureza en caliente Resistencia al desgaste Resistencia térmica


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Aceros de alta velocidad (HSS)

Aceros altamente aleados y de alto carbono debuena dureza en caliente.Tipos básicos:Tipo N para mecanizar aceros y fundiciones.

Tipo H para mecanizar materiales duros.Tipo W para mecanizar materiales blandos



Los carburos formados con los elementosaleantes (W y Mo) permiten calentamientosy enfriamientos repetidos hasta 5500C sinperder dureza.Facilidad de conformado en caliente. Paradar forma a la herramienta es maquinable(en estado recocido).Posibilidad de afilado repetidas veces.

Técnicas de recubrimiento (con TiN ó TiC)mejoran propiedades.



Carburos fundidos

La matriz de los carburos fundidos es de unaaleación de cobalto en la cual se embebencarburos de Cr y W.Permiten mayores velocidades de corte quelos aceros de alta velocidad pero la ductilidady la tenacidad se ven reducidas.


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Carburos cementados

Son producidos por técnicas de metalurgia depolvos. La matriz es de cobalto (3 a 6% paramayor dureza y de 6 a 15% para mayortenacidad).Grados según ISO :

Grupo K : Fase carburo es de WC , para cortede hierro fundido gris y metales no ferrosos.Color identificador : rojo.



Grupo P : Fase carburo es de TiC y/o TaC,para corte de acero, hierro fundido maleable yesferoide. Color identificador : azul.

Grupo M : Son de propósito general y tienencantidades mas pequeñas de carburosmezclados. Adecuados para mecanizar acerosinoxidables.Color identificador : amarillo.



Esta clasificación ISO también considera unasub-clasificación dentro de cada grupo, así porejemplo : existen dentro del grupo P, gradosP01, P10, P20, etc. en función a lasoperaciones y condiciones de trabajo.A mayor número de grado hay un aumentode la tenacidad pero una disminución en laresistencia al desgaste.


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Debido a la baja tenacidady alta dureza de loscarburos comparada con elacero rápido, no se fabricala herramienta completa decarburo.Normalmente encontramosel carburo como un insertoo postizo alojado en elextremo del cuerpo de laherramienta hecho de unmaterial de mayortenacidad.



Carburos revestidosDesarrollados a inicios de losaños 70, son insertos decarburo cementadorecubiertos con una o mascapas delgadas de unmaterial resistente aldesgaste como TiN, TiC oAl2O3.

El espesor del recubrimientoes máximo de 13 µm.



Se aplican mejor a altas velocidades enoperaciones donde las fuerzas dinámicas y elchoque térmico son mínimos, superando a loscarburos sin recubrir. En caso de operacionesinterrumpidas de corte es preferible emplearcarburos cementados sin recubrir pero conmayor tenacidad.Si se daña el recubrimiento se puede produciruna falla prematura de la herramienta.


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Cermets

Los carburos cementados son una subclase delos llamados cermets, cerámicos aglutinadosen una fase metálica. Para el corte de acero yacero inoxidable, se emplea el TiC, aglutinadocon níquel y molibdeno.Al presentar una mayor conductividad térmicason adecuados para mecanizado de altavelocidad que no requiere pasada de acabado.



Herramientas cerámicas

Se fabrican por sinterizado o prensado encaliente como insertos. El cerámico masutilizado es el óxido de aluminio (Al2O3). Sonadecuados para velocidades muy altas, aunquesolo con cargas ligeras y continuas. Lasherramientas de Al2O3 reforzadas con SiC sonmas tenaces y resistentes al desgaste siendoadecuadas para corte interrumpido.



Se han hecho mejoras en lo que se refiere acerámicos de corte. Actualmente éstos seutilizan en el corte de superaleaciones, hierrofundido gris e inclusive, con el cerámicosialón (Si-Al-O-N ) se puede mecanizar acero.


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Nitruro de boro cúbico policristalino

Hecho por técnicas de alta temperatura ypresión, el nitruro de boro cúbico (CBN) tieneuna dureza solo superada por el diamante.

No sufre desgaste difusivo en el corte demetales ferrosos.

Se presenta como una capa de 0,5 mm deespesor sobre una base de carburocementado.



También se pueden hacerinsertos de CBN con o sinaglutinante cerámico, quele da mayor resistenciatérmica.

A mayor contenido deCBN, los insertos tienengran conductividadtérmica y son duros.Adecuados para trabajarcon hierro fundido ysuperaleaciones.



A mayor contenido de aglutinante, los insertostienen buena tenacidad y se reduce latransmisión de calor. Adecuado en el fresadode aceros tratados térmicamente, que bienconducido disipa calor en la viruta.

En algunos casos reemplaza al rectificado, conacabados superficiales de hasta 0,4 µm de Ra


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Diamante policristalino(PCD)

El diamante se utiliza enforma de monocristalespara el acabado de aluminioy otros metales no ferrososa alta velocidad.

Puntas policristalinas dediamante se encuentrandisponibles como insertos ocomo capas sinterizadas enuna base de carburo.



Adecuado para piezas de material altamenteabrasivo, como aleaciones hipereutécticas deAl-Si.

A altas temperaturas cambia a grafito, el cualdifunde en hierro. Es por esta razón que noes adecuado para el mecanizado de acero.


Geometría de la herramienta


FormaciFormacióón de viruta en el fresadon de viruta en el fresado

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La geometría de la herramienta es importanteporque influye en la calidad de las superficiesmecanizadas en la pieza de trabajo y además,con los ángulos correctamente escogidos,contribuye a que el proceso de mecanizado serealice adecuadamente.

Las superficie de ataque, con la inclinaciónadecuada, favorece a que la viruta arrancadasea conducida y evacuada de la zona detrabajo.


El ángulo de incidencia (α) controla el contactoentre el flanco y la superficie generada o reciénmecanizada.

El ángulo de ataque (γ) es importante ya quecontrola la dirección del flujo de viruta e influyeen la resistencia de la punta de la herramienta.Ángulos positivos de ataque mejoran laoperación de corte reduciendo las fuerzas decorte y la temperatura de trabajo.


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Geometría dela Herramienta


Según la posición de lasSegún la posición de lasplaquitas en el cabezal fresadorplaquitas en el cabezal fresadorlos ángulos de ataque radiales,los ángulos de ataque radiales,axiales pueden ser positivos oaxiales pueden ser positivos onegativos.negativos.

γγaa áángulo de ataque axialngulo de ataque axialparalelo al eje del cabezalparalelo al eje del cabezalfresador.fresador.

γγrr áángulo de ataque radialngulo de ataque radialtransversal al eje del cabezaltransversal al eje del cabezalfresador, medido en lafresador, medido en lasuperficie de trabajo.superficie de trabajo.

γγ áángulo de ataque ngulo de ataque γγ00perpendicular al plano de corteperpendicular al plano de corte..

Geometría de la Herramienta

La elección correctadel cabezal fresadordecide el resultadodel trabajo.El diámetro de lafresa debe ser por lomenos 1,3 veces elancho de pieza amecanizar.



El ángulo deposición del filo(κ) afecta a laformación deviruta y en laresistencia de laherramienta.


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Los ángulos de posición de la herramienta(plaquitas) κ = 90° designado como deesquina, tiene tendencia de producirvibración y por su filo de corte débil se usacasi exclusivamente para las esquinasUn cabezal fresador con plaquitas conángulo de posición κ = 75° cortan elmaterial suavemente, tiene buenaestabilidad y favorece el retiro de la viruta.


Proceso de fresado

Los tipos de fresado pueden ser tangenciales ofresados frontales.


Proceso de fresado

En el fresado tangencial el espesor h de la viruta cambiadurante el corte.El espesor medio hm depende del avance y de laprofundidad de corte.


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Proceso de fresado


Según la dirección del avance con respectoa la velocidad de corte se pueden distinguirdos tipos de fresado a favor y en contra

Proceso de fresado


En el proceso de fresado en contra el movimiento deavance de la pieza es en el sentido opuesto al giro de laherramienta. Antes de formarse la viruta el filo de laherramienta roza sobre la pieza presionando sobre susuperficie. Con el rozamiento y la alta presión ocurre unalto desgaste de la superficie de incidencia.Este tipo de fresado solo tiene ventajas cuando la piezapresenta dureza y rozamiento en la zona superficial, porejemplo mecanizado de fierro fundido, o cuando elsistema motriz del avance tiene juego.

Proceso de fresado

En el proceso de fresado a favor el filo seintroduce en la pieza de golpe. Durante laformación de la viruta, esta se va reduciendo enespesor y por tanto también se reduce la fuerzade corte. De esta manera se puede alcanzar unbuen acabado superficial.Este proceso tiene ventajas cuando hay siempreun filo cortando y el sistema motriz del avancees sin juego.


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Proceso de fresado

Para el fresado frontal la posición de la fresa essimetrica con respecto al pieza, los efectos a favoro en contra son despreciables.


Proceso de fresado

Debido a la dirección de la fuerza en el corte lasfresas se pueden deformar y originar errores enlos contornos y deformaciones en las piezascuando estas tienen bajos espesores.


Proceso de fresado

Debido a los cambios en las fuerzas de corte enlos cabezales centrados se pueden originarvibraciones por eso es mejor descentrar laherramienta y mantener las fuerzas de corteconstantes. Centro de Tecnologías Avanzadas de Manufactura

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Proceso de fresado

Para el proceso de fresado se puede hacer unfresado de desbaste y un fresado de acabadodonde las herramientas o plaquitas sondiferentes. Para el desbaste se usan plaquitascon radios.


Proceso de fresado

Para mejorar acabado superficial se puedenusar plaquitas con chaflán


Proceso de fresado

En el proceso defresado se dejanhuellas de lascuchillas, las cualesse pueden evitarinclinando el husillodel cabezal fresador


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Plaquitas

Caracterizadas por sualta dureza y resistenciaal desgaste que permiteemplearlas a velocidadesde corte altas y muyaltas comparadas con lasherramientas de HSS, losinsertos de metal duroson la alternativa idealpara el mecanizado deproducción.


Plaquitas

Existen plaquitas de diferentes formas,adecuadas y adaptable a todas lasnecesidades de mecanizado. Estaforma también influye en suresistencia y tendencia al deterioro ofalla.


Codificación de plaquitas yportaherramientas según ISO

ISO a codificado todas las características yparámetros importantes de las plaquitas conun sistema de diez dígitos o letras (según elcaso) que indican la forma, ángulo deincidencia, tolerancias dimensionales, tipo deplaquita, etc.Similarmente se han codificado losportaherramientas, que constituyen elcomplemento necesario para el trabajo.


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Fluidos de corte

Existen dos principales problemas durante elmecanizado: la generación de calor en lazona de corte y la fricción en las interfasesherramienta-viruta y herramienta-pieza detrabajo. Además de la remoción del calor y lareducción de la fricción, los fluidos de corteayudan a remover la viruta, reducen latemperatura de la pieza y la herramienta,disminuyen las fuerzas de corte y losrequerimientos de potencia asi como tambiénfavorecen al acabado superficial.


Fluidos de corte

Por su función, básicamente son de dos tipos:

Refrigerantes, que disipan el calor

Lubricantes, que reducen la fricción


Fluidos de corte

Por su composición química pueden ser:

Aceites de corte

Aceites emulsificados

Fluidos químicos y semiquímicos


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Fluidos de corte

Los aceites de corte son aceitesprincipalmente derivados del petróleo cuyaprincipal labor es la de lubricar y reducir lafricción. Se mezcla con aditivos químicos(compuestos de azufre, cloro o fósforo) quefavorecen e incrementan sus característicaslubricantes, llegando inclusive a reaccionarcon la superficie de la herramienta y la virutaformando una película sólida que evita elcontacto metal-metal.


Fluidos de corte

Los aceites emulsificados son fluidos queforman suspensiones de pequeñas gotas deaceite en agua. El fluido se forma mezclandoaceite (mineral principalmente) en agua y seutiliza un agente emulsificante para promoverla mezcla y estabilizar la emulsión. La relaciónagua-aceite varía pero una típica es de 30:1.Por estar constituidos de aceite y agua,cumplen las funciones de refrigeración ylubricación.


Fluidos de corte

Los fluidos químicos son sustancias químicasdisueltas en agua. Estas sustancias soncompuestos de azufre, cloro o fósforo yagentes humectantes destinados a darlealgunas propiedades lubricantes a la solución.Los fluidos químicos tienen buenas propiedadesrefrigerantes pero no son buenos lubricantescomo los aceites. Los semiquímicos son fluidosquímicos mezclados con pequeñas cantidadesde aceites emulsificados para mejorar laspropiedades lubricantes.


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FIN DE LA PRESENTACIÓN

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