Unidad 2: Velocidad y Avance – Dominar la Eficiencia en Mecanizado CNC

OBJETIVO

Al completar esta unidad, debería ser capaz de:

• Describir la Velocidad, Avance y Profundidad de corte.
• Determinar el RPM para diferentes materiales y diámetros.
• Describir el avance para torneado.
• Describir el ajuste de velocidad.
• Describir el ajuste de avance.

Para operar cualquier máquina eficientemente, el mecanizador debe aprender la importancia de las velocidades y avances de corte. Mucho tiempo se puede perder si las máquinas no se ajustan a la velocidad y avances adecuados para la pieza.

Para eliminar esta pérdida de tiempo, podemos y debemos usar las tasas de remoción de metal recomendadas que han sido investigadas y probadas por fabricantes de aceros y herramientas de corte. Podemos encontrar estas velocidades de corte y tasas de remoción de metal en nuestro apéndice o en el Machinery's Handbook.

Podemos controlar el avance en un torno paralelo usando los engranajes de cambio en la caja de cambios de cambio rápido (quick-change gearbox). Nuestro libro de texto recomienda que, siempre que sea posible, solo se tomen dos cortes para llevar un diámetro a medida: un corte de desbaste y un corte de acabado.

Mi experiencia ha sido tomar al menos tres cortes. Uno para remover material excedente rápidamente: el corte de desbaste, un corte para establecer el acabado y permitir la presión de la herramienta, y uno para acabar el corte.

Si estuviera cortando roscas todo el día: día tras día. Podría configurar el torno para solo dos cortes. Un corte para remover todo menos 0,002 o 0,003 de material y el último corte para mantener medida y acabado. Esto se hace todo el tiempo en algunos talleres hoy.

¿Ha notado que cuando toma un corte muy pequeño en el torno 0,001 a 0,002 el acabado suele ser pobre, y que en el corte de desbaste previo a este corte muy ligero, el acabado era bueno? La razón es: algo de presión de herramienta es deseable al hacer cortes de acabado.

IPM = Pulgadas Por Minuto (Inches Per Minute)

RPM = Revoluciones Por Minuto (Revolutions Per Minute)

Avance = IPM

#D = Número de dientes en la fresa

Avance/Diente = Carga de viruta por diente permitida para el material

Viruta/Diente = Avance por diente permitido para el material

Velocidad de Avance = Viruta/Diente × #D × RPM

Ejemplo: Material = Aluminio, Fresa de 3", 5 Dientes, Carga de viruta = 0,018 por diente, RPM = 3000, IPM = 0,018 × 5 × 3000 = 270 Pulgadas Por Minuto

Velocidad, Avance y Profundidad de Corte

1. La velocidad de corte se define como la velocidad (usualmente en pies por minuto) de una herramienta cuando está cortando la pieza.
2. La velocidad de avance (feed rate) se define como la distancia recorrida por la herramienta durante una revolución del husillo.
3. La velocidad de avance y la velocidad de corte determinan la tasa de remoción de material, requisitos de potencia y acabado superficial.
4. La velocidad de avance y la velocidad de corte están determinadas principalmente por el material que se está cortando. Además, la profundidad del corte, tamaño y condición del torno, y rigidez del torno aún deben considerarse.
5. Cortes de desbaste (0,01 pulg. a 0,03 pulg. profundidad de corte) para la mayoría de aleaciones de aluminio corren a un avance de 0,005 pulgadas por minuto (IPM) a 0,02 IPM mientras que cortes de acabado (0,002 pulg. a 0,012 pulg. profundidad de corte) corren a 0,002 IPM a 0,004 IPM.
6. A medida que la blandura del material disminuye, la velocidad de corte aumenta. Adicionalmente, a medida que el material de la herramienta de corte se vuelve más fuerte, la velocidad de corte aumenta.
7. Recuerde, por cada milésima de profundidad de corte, el diámetro de la pieza se reduce en dos milésimas.

Acero Hierro Aluminio Plomo

Figura 1: Aumento de la Velocidad de Corte según dureza del material de la pieza

Acero al Carbono Acero de Alta Velocidad (HSS) Carburo

Figura 2: Aumento de la Velocidad de Corte según dureza de la herramienta de corte

Velocidades de Corte (Cutting Speeds)

La velocidad de corte de un trabajo en torno puede definirse como la tasa a la que un punto en la circunferencia de la pieza pasa por la herramienta de corte. La velocidad de corte siempre se expresa en metros por minuto (m/min) o en pies por minuto (ft/min). La industria exige que las operaciones de mecanizado se realicen lo más rápido posible; por tanto, se deben usar las velocidades de corte actuales para el tipo de material que se está cortando. Si una velocidad de corte es demasiado alta, el filo de la herramienta se degrada rápidamente, resultando en tiempo perdido reacondicionando la herramienta. Con una velocidad de corte demasiado lenta, se perderá tiempo en la operación de mecanizado, resultando en bajas tasas de producción. Basado en investigación y pruebas por fabricantes de aceros y herramientas de corte, vea la tabla de velocidades de corte de torno abajo. Las velocidades de corte para acero de alta velocidad (HSS) listadas abajo son recomendadas para tasas eficientes de remoción de metal. Estas velocidades pueden variarse ligeramente para ajustar factores como la condición de la máquina, el tipo de material de trabajo y cascarilla o puntos duros en el metal. El RPM al que el torno debe ajustarse para cortar metales es el siguiente:

Para determinar el RPM del torno mientras realiza procedimientos en él:

Fórmula: RPM = (VelocidadCorte × 4) / Diámetro

Primero debemos encontrar cuál es la velocidad de corte recomendada para el material que vamos a mecanizar.

Aprenda a usar el Machinery's Handbook y otras fuentes relacionadas para obtener la información que necesita.

EJEMPLO: ¿Qué tan rápido debe girar un taladro de 3/8 pulg. al taladrar acero dulce?

De nuestra velocidad de corte recomendada de nuestros apuntes de clase, use una velocidad de corte de 100 para acero dulce.

(100 × 4) / 0,375 = 1066 RPM

¿Cuál sería el RPM si estuviéramos torneando una pieza de 0,375 de diámetro hecha de acero dulce en el torno?

RPM = 100 × 4 / 1,00 = 400 RPM

Velocidades de Corte Recomendadas para Seis Materiales en RPM

Estas tablas son para herramientas HSS. Si usa carburo, las tasas pueden aumentarse.

Avance en Torno (Lathe Feed)

El avance de un torno es la distancia que la herramienta de corte avanza a lo largo de la longitud de la pieza por cada revolución del husillo. Por ejemplo, si el torno está configurado para un avance de 0,020 pulgadas, la herramienta de corte recorrerá la longitud de la pieza 0,020 pulgadas por cada vuelta completa que haga la pieza. El avance de un torno depende de la velocidad del tornillo de avance (lead screw) o barra de avance (feed rod). La velocidad está controlada por los engranajes de cambio en la caja de cambios de cambio rápido.

Siempre que sea posible, solo se deben tomar dos cortes para llevar un diámetro a medida. Dado que el propósito de un corte de desbaste es remover material excedente rápidamente y el acabado superficial no es demasiado importante. Se debe usar un avance grueso. El corte de acabado se usa para llevar el diámetro a medida y producir un buen acabado superficial y por tanto se debe usar un avance fino.

Los avances recomendados para cortar varios materiales cuando se usan herramientas de corte de acero de alta velocidad se listan en la tabla abajo. Para mecanizado de propósito general se recomienda un avance de 0,005 – 0,020 pulgadas para desbaste y un avance de 0,012 a 0,004 pulgadas para acabado.

Para seleccionar la velocidad de avance adecuada para taladrado, debe considerar varios factores.

1. Profundidad del agujero – remoción de virutas
2. Tipo de material – mecanizabilidad
3. Refrigerante – inundación, niebla, brocha
4. Tamaño del taladro
5. Qué tan fuerte es la configuración
6. Acabado y precisión del agujero

Velocidades de Avance para Torneado (Feed Rates for Turning)

Para mecanizado de propósito general, use una velocidad de avance recomendada de 0,005 – 0,020 pulgadas por revolución para desbaste y 0,002 – 0,004 pulgadas por revolución para acabado.

Avances para Varios Materiales (usando herramienta de corte HSS)

Ajuste de Velocidades en un Torno

Los tornos están diseñados para operar a varias velocidades de husillo para mecanizado de diferentes materiales. Estas velocidades se miden en RPM (revoluciones por minuto) y se cambian por poleas cónicas o palancas de engranajes. En un torno de correa, varias velocidades se obtienen cambiando la correa plana y el engranaje de retroceso. En el torno de cabezal engranado (geared-head), las velocidades se cambian moviendo las palancas de velocidad a las posiciones apropiadas según la tabla de RPM sujeta a la máquina del torno (mayormente en el cabezal). Mientras cambia las posiciones de las palancas, coloque una mano en el plato frontal o plato, y gire el plato lentamente a mano. Esto permitirá que las palancas engranen los dientes de los engranajes sin chocar. Nunca cambie velocidades cuando el torno esté funcionando en tornos equipados con variadores de velocidad, la velocidad se cambia girando un dial o manija mientras la máquina está funcionando.

Ajuste de Avances

El avance en un torno, o la distancia que el carro recorrerá en una revolución del husillo, depende de la velocidad de la barra de avance o tornillo de avance. Esto está controlado por los engranajes de cambio en la caja de cambios de cambio rápido. Esta caja de cambios de cambio rápido obtiene su accionamiento del husillo del cabezal a través del tren de engranajes finales. Una tabla de avances y roscas montada en el frente de la caja de cambios de cambio rápido indica los varios avances y pasos métricos o roscas por pulgada que pueden obtenerse configurando las palancas a las posiciones indicadas.

Para Configurar el Avance en Torno Acura

Ejemplo:

1. Seleccione el avance deseado en la tabla (Ver Figura 2)
2. Seleccione avance de 0,007 – LCS8W (Ver Figura 2)
3. L = Seleccione palanca Alto/Bajo (Ver Figura 3)
4. C = Seleccione Rangos de Avance y cambie a C en esta palanca (Ver Figura 3)
5. S = Seleccione Rangos de Avance y cambie a S en esta palanca (Ver Figura 3)
6. 8 = Seleccione Caja de Cambios y cambie a 8 en esta palanca (Ver Figura 3)
7. W = Seleccione Rangos de Avance y cambie a W en esta palanca (Ver Figura 3)

Antes de encender el torno, asegúrese de que todas las palancas estén completamente enganchadas girando el husillo del cabezal a mano, y vea que la barra de avance gira.

PRUEBA DE LA UNIDAD

1. ¿Qué es IPM y RPM?
2. ¿Cuál es la fórmula para la Velocidad de Avance (Feedrate)?
3. ¿Cuál sería el RPM si torneamos una pieza de 1,00" de diámetro de acero dulce, usando herramienta de corte HSS?
4. ¿Cuál sería el RPM si torneamos una pieza de 1,00" de diámetro de acero dulce, usando herramienta de corte de carburo?
5. La velocidad de corte para acero al carbono y el diámetro de la pieza a frontar es 6,00". Encuentre el RPM correcto.
6. Un taladro de centrado tiene una punta de 1/8". Encuentre el RPM correcto para usar acero al carbono.
7. Si la velocidad de corte del aluminio es 300 sfm y el diámetro de la pieza es 4,00", ¿Cuál es el RPM?
8. ¿Cuál es el avance de desbaste y acabado para aluminio?
9. Configure el avance de corte de desbaste de la figura 5.
10. Configure el avance de corte de acabado de la figura 5.