Tecnologia Mecanica Edebe Tomo 5

TECNOLOGÍA MECÁNICA 2-3

ENSEÑANZAS ESPECIALIZADAS Tercer Curso de Formación Profesional de Segundo Grado por Equipo Técnico EDEBÉ JOAQUÍN OMS CLAUDINO ÁLVAREZ TOMÁS VIDONDO

y la colaboración de FESTO-DIDÁCTIC ENRIQUE SALA (Neumática) EDUARDO QUINTANILLA (Hidráulica)

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EDICIONES DON BOSCO Paseo San Juan Bosco, 62 . Barcelona 17 EDITORIAL BRUÑO Marqués de Mondéjar, 32 . Madrid 28

Tecnología Mecánica 2.3 MÁQUINAS HERRAMIENTAS Tercer Curso de Formación Profesional de Segundo Grado

Fotografía de la cubierta : cortesía ETXE-TAR

CUESTIONARIO OFICIAL 0 . M . 13-IX-75; BOMEC, 10-XI-75 Tercer Curso de Formación Profesional de Segundo Grado Preliminares . Organigrama funcional del taller mecánico . Funcionamiento y coordinación . Departamentos . Misiones de cada uno. Máquinas herramientas . Generalidades . Clasificación. Representación simbólica de los elementos mecánicos. Relación de transmisión . Cadenas cinemáticas . Estudio de las cadenas cinemáticas del torno, fresadora y máquinas de cepillar . Condiciones de trabajo. Estudio económico del corte. Velocidad de corte, fuerzas de corte, potencia . Tiempos de mecanizado . Cuadernos de máquina . Verificación . Cimentación y entretenimiento de las máquinas herramientas . Normas de verificación de las máquinas herramientas más utilizadas . Mecanismos hidráulicos y neumáticos empleados en máquinas herramientas . Principios hidráulicos. Circuitos hidráulicos y sus elementos componentes . Simbolización . Mecanismos automáticos . Circuitos neumáticos y sus elementos componentes . Talladoras de ruedas dentadas . Sistemas de tallado. Máquinas y herramientas utilizadas . Tallado con fresa madre. Tornos de producción en serie. Idea de los tornos revólver automáticos y copiadores . Mandrinadora . Descripción y utilización de la misma . Punteadora . Descripción y utilización de la misma. Trabajo por coordenadas . Brochadora . Descripción y utilización de la misma . Estudio crítico de las máquinas herramientas . Elección de la máquina apropiada para un trabajo dado . Procesos de fabricación con varias fases referentes a las distintas máquinas herramientas estudiadas . Cálculo de tiempo de fabricación .

ES PROPIEDAD © Ediciones Don Bosco Barcelona, 1981 impreso en España Printed in Spain ISBN 84-236-1538-3 Depósito Legal . B. 14737-81 Escuela Gráfica Salesiana Barcelona-Sarriá

Introducción

Con el presente texto se culmina la última etapa de la formación de especialistas en Máquinas Herramientas del segundo nivel de F. P. A lo largo de los diferentes cursos se ha pretendido dar una visión escalonada y cada vez más amplia del apasionante mundo de las máquinas herramientas, sin olvidar las nuevas técnicas que tan importantes avances han permitido en este campo en los últimos años . Cada vez se amplía y especializa más el concepto de máquina herramienta . Cada vez más se tiende a la automatización de los procesos, lo que significa, en contrapartida, el contacto con tecnologías cada vez más complejas que suponen un fuerte desafío para el profesional mecánico . El alumno debe familiarizarse en seguida con las nuevas máquinas -a un nivel elemental, claro está- e ir abandonando, hasta cierto punto, la clasificación convencional de aquéllas -torno, fresadora, limadora . . . - por designaciones y conocimientos más precisos que definan mejor la complejidad de las máquinas herramientas modernas . En primer lugar, una clasificación general de las máquinas herramientas debe contemplar estos cuatro grandes grupos : - Máquinas herramientas convencionales . Son aptas para ejecutar trabajos generales, de características variadas y en pequeñas series . A este grupo pertenecen las máquinas que se podrían llamar clásicas : torno paralelo, fresadora universal, sierra alternativa, etc . - Máquinas herramientas específicas . Son aquéllas que se destinan al mecanizado de piezas concretas que exigen determinadas características a la máquina (fresadoras de utillaje, talladoras de ruedas dentadas, brochadoras . . . Admiten normalmente un cierto grado de automatización . - Máquinas herramientas automáticas. Se emplean para mecanizar familias de piezas en series medias y grandes. Admiten un alto grado de automatización . Entre ellas están los tornos automáticos, las fresadoras de ciclos, etc . Una variante de este grupo, con características absolutamente originales, son las máquinas de control numérico, aunque se adaptan mejor a las series pequeñas y medianas . - Máquinas herramientas especiales . Están proyectadas para mecanizar un solo tipo de piezas . Adoptan casi siempre una automatización total . Sirven únicamente para grandes series, ya que los costos de producción serían, de otra forma, prohibitivos . El ejemplo característico de máquina especial es un tránsfer . Las máquinas herramientas pueden trabajar con o sin arranque de viruta, por deformación o corte . Las primeras son las máquinas herramientas por excelencia, y sólo a ellas se hace referencia en el cuadro que se escribe a continuación, para dar al alumno una visión global que se juzga interesante . Al lado de cada máquina se indica el curso o cursos donde se estudia, con objeto de facilitar las tareas de consulta .

I~

De la pieza Movimiento de corte rectilíneo

Máquinas herramientas

L De la herramienta

De la pieza Movimiento de corte circular De la herramienta

{ Cepilladora (2 .3) Limadora (1 .2) Sierra alternativa (1 .2) Mortajadora (2 .3) Brochadora (2.3) Talladora de ruedas dentadas (2 .3)

I

Torno (2 .1) (2 .3) Roscadora (2 .3)

'~ Taladradora (1 .1) (1 .2) (2 .3) Sierra circular (1 .2) Roscadora (2 .3) Fresadora (2 .2) Rectificadora (2 .2) - Afiladora (2 .2) Mandrinadora (2 .3) Punteadora (2 .3) Talladora de ruedas dentadas (2 .3) Centro de mecanizado (2 .3) -{Máquinas especiales (2 .3)

Los temas de este libro pueden agruparse en cinco grandes apartados: - La función Técnica y principios generales de organización (temas 1 y 2) . - Tecnología General. Procedimientos de conformación sin arranque de viruta (tema 3) . Ha parecido conveniente incluir un tema con los procedimientos tecnológicos para la elaboración de piezas que preceden, en muchos casos, al mecanizado en las máquinas herramientas . - Elementos de producción (temas 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) . Comprenden el estudio de los elementos comunes de las máquinas herramientas, desde las condiciones de trabajo al mantenimiento, pasando por los sistemas de automatización, incluido el C. N. - Máquinas herramientas de gran producción (temas 11, 12, 13, 14, 15, 16) . En ellos se estudian las máquinas específicas, automáticas y especiales (dentadoras, brochadoras, tornos automáticos, máquinas tránsfer ) . - Preparación del trabajo (temas 17, 18, 19) . Creemos necesario insistir de nuevo en estas cuestiones pues de una buena preparación depende, en buena medida, la ejecución correcta de un trabajo. El enfoque general del libro es eminentemente práctico y su estudio debe complementarse en lo posible con las Técnicas Gráficas del Metal 2.3 y las Prácticas de Taller 2.3que incluirán abundantes ejercicios de mecanización, montajes hidráulicos y neumáticos y prácticas de metrología . Aunque, a veces, puede resultar un tópico, los autores agradecerán sinceramente cualquier sugerencia encaminada a mejorar o corregir el contenido del libro .

r Indice

Cuestionario Oficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Índice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.

2.

6 7 9

Organización Industrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 .1 La empresa industrial. Su organización 1 .1 .1 Organización funcional 1 .1 .2 Organización jerárquica 1 .1 .3 Los organigramas 1 .2 Las funciones en la empresa 1.2 .1 La función de dirección 1 .2 .2 Función financiera 1.2 .3 Función social 1.2 .4 Función comercial 1.2 .5 Función contable 1.2 .6 La función técnica 1 .3 Las funciones y las personas que las realizan Principios generales de organización 1 .4 1 .4 .1 Adecuación a las personas 1 .4 .2 La autoridad y la responsabilidad 1 .4.2 .1 El número de subordinados 1 .4.2 .2 Simplificación jerárquica

15 15 15 16 16 17 17 17 17 17 17 17 18 18 18 18

Función Técnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 .1 Oficina Técnica 2.1 .1 Oficina de proyectos 2.1 .2 Oficina de preparación Métodos 2.1 .2 .1 2.1 .2 .2 Tiempos 2.1 .2 .3 Programación 2.1 .2 .4 Lanzamiento e impulsión 2.1 .2 .5 Corrección 2.1 .3 Almacén de materiales fungibles 2.1 .3 .1 Situación y espacio destinado a almacén 2.1 .3 .2 La organización del almacén 2.1 .3 .3 Fichas de existencias 2.1 .3 .4 Vales de pedido 2.1 .3 .5 Nomenclaturas 2.1 .4 Almacén de herramientas y utillajes 2.1 .4 .1 Proyecto de herramientas o utillajes 2.1 .4 .2 Taller de fabricación de herramientas 2.1 .4 .3 Taller de afilado 2.1 .4 .4 Almacén propiamente dicho

20 20 20 22 22 22 23 24 25 25

18 18

25 25 26 26 27 27 28 28 28 28

2.1 .5

2.1 .6

2.1 .7 3.

2.1 .4 .5 El cuarto de herramientas Talleres y secciones Organización de un taller 2.1 .5 .1 de mecanizado El puesto de trabajo 2.1 .5 .2 El control de calidad Misiones del control de 2.1 .6 .1 calidad Gastos del control de ca2.1 .6 .2 lidad 2 .1 .6 .3 Organización del control de calidad Servicio de mantenimiento

Procedimientos de conformación sin arranque de viruta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conformación por moldeado 3.1 3 .1 .1 Moldeado en arena 3.1 .1 .1 Moldeado a mano 3 .1 .1 .2 Moldeado mecánico 3.1 .2 Procedimientos especiales de moldear 3.1 .2 .1 Moldeado en cáscara (Shell molding/ 3.1 .2 .2 Moldeado a la cera perdida Imicrofusiónl Moldeado Mercast 3.1 .2 .3 3.1 .2 .4 Moldeado al COA 3.1 .3 Moldeado en moldes metálicos 3.1 .3 .1 Fundición a coquilla Fundición a presión 3.1 .3 .2 Matrices para fundición a 3 .1 .3 .3 presión 3.1 .3 .4 Máquinas para la fundición a presión de cámara fría 3.1 .3 .5 Máquinas de cámara caliente 3.1 .4 Operaciones de acabado de las piezas fundidas 3 .1 .4 .1 Limpieza de piezas fundidas 3 .1 .4 .2 Desbarbado de piezas fundidas Forjado 3.2 3.2 .1 Forjado a mano 3.2 .2 Forja mecánica Martinete para la forja 3.2 .2 .1 mecánica

30 30 30 31 32 32 32 33 33

35 35 35 36 37 38 38 38 39 39 39 39 40 40

40 41 41 42 42 42 42 42 43

3 .2 .2 .2

3.3 3.4 3.5 3.6 3.7

3 .8 3 .9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3 .18 3 .19

4.

Prensas para forja mecánica Estampación en caliente Estampación en frío Recalcado Estampado rotativo Laminación 3.7 .1 Laminador 3.7 .2 Laminación del acero 3.7 .3 Laminación del aluminio 3 .7 .4 Laminación del cobre Procedimientos especiales de laminación Extrusión 3.9 .1 Extrusión en frío 3.9 .2 Extrusión en caliente Extirpado y trefilado Fabricación de tubos metálicos Troquelado de la chapa Doblado y curvado de chapa con troquel Embutido de chapas Abombado Reducido Acuñado Procedírnientos de soldadura Procedimientos especiales de conformación 3 .19.1 Sinterización 3 .19.2 Electroerosión 3.19.3 Mecanizado por ultrasonidos

Máquinas herramientas . Elementos constructivos de carácter general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Elementos constructivos 4.2 Bancadas 4.2 .1 Rigidez de una bancada 4.2 .2 Invariabilidad 4 .2 .3 Facilidad de construcción y empleo 4.3 Guías 4 .3 .1 Guías de deslizamiento 4.3 .2 Material y construcción de las guías de deslizamiento 4.3 .3 Guías de rodadura 4 .3 .4 Ajuste del juego 4.3 .5 Bloqueo de los carros 4.4 Elementos de accionamiento 4.4 .1 Motores eléctricos 4 .4 .2 Motores neumáticos e hidráulicos 4 .5 Elementos de transmisión 4 .5 .1 Acoplamientos 4 .5 .2 Transmisión simple 4 .5 .3 Transmisión compuesta 4 .5 .4 Inversión del sentido de giro 4.5 .5 Cambio de velocidad por engranajes 4 .5 .6 Variación continua de la velocidad 4.5 .7 Árboles o husillos principales 4.5 .8 Rodamientos y cojinetes de fricción 4.5 .9 Mecanismos de avance 4.5 .9 .1 Medida de los desplazamientos 4.5 .10 Indicadores de posición 4.5 .11 Cadena cinemática 4.6 órganos de mando 4.6 .1 Mando eléctrico 4.6 .1 .1 Elementos de accionamiento 4.6 .1 .2 Elementos de señalización 4.6 .1 .3 Breve estudio del contacto[ 4.6 .1 .4 Dispositivos automáticos de maniobra 4.6 .1 .5 Protección del motor 4 .6 .1 .6 Aparatos de protección del motor

10

44 44 44 45 45 45 45 46 46 46 47 47 47 48 49 50 52 53 53 53 54 54 54 55 55 57 57

4.6 .1 .7 4.6 .1 .8 4.7 5.

58 58 58 59 59

59 60 60 60 60 61 61 61 61 63 63 63 63 64 65 65 69 70 70 72 73 74 75 76 77 77 77 77 78 79 80

6.

Sistemas de engrase

Conexiones fundamentales Instalación eléctrica de una máquina herramienta

Condiciones de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Velocidad de corte 5.1 .1 Velocidad económica de corte 5 .1 .2 Determinación de la velocidad de corte por la duración del afilado 5.1 .3 Validez de los trabajos de Taylor 5.1 .4 Rendimiento de una cuchilla . Producción de viruta 5.1 .5 Caudal de viruta 5.1 .6 Caudal específico de viruta 5.1 .7 Velocidad de mínimo desgaste y velocidad límite . Estudios de Denis 5.1 .8 Velocidad práctica o económica de corte 5.1 .9 Factores principales que influyen en la elección correcta de la velocidad de corte 5.1 .10 Cálculo práctico de las velocidades de mínimo desgaste y velocidades prácticas o económicas 5.1 .11 Mecanizado económico 5.1 .12 Tablas y ábacos para la determinación de la velocidad de corte 5.2 Concepto de viruta mínima 5.3 Duración de las herramientas . Generalidades 5 .3 .1 Desgaste gradual de la herramienta 5.3 .2 Zonas de ajuste 5 .3 .3 Duración de una herramienta 5 .3 .4 Tiempo de duración de una herramienta 5.3 .5 Desgaste o fallo prematuro de la herramienta 5.3 .6 Efecto del filo recrecido 5 .3 .7 Influencia de los ángulos de afilado 5.3 .8 Material de la herramienta 5.4 Maquinabilidad 5.5 Temperatura de corte. Fluidos de corte 5.6 Vibraciones en las máquinas herramientas Neumática aplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1 El arre comprimido . Principios fundamentales 6 .2 Producción del aire comprimido 6.2 .1 Compresores volumétricos 6.2 .2 Turbocompresores 6.2 .3 Accionamiento del compresor 6.3 Distribución del aire comprimido 6.3 .1 Acumulador 6.3 .2 Separador 6.3 .3 Red de aire 6.3 .4 Preparación del aire 6.4 Componentes neumáticos 6 .4 .1 Cilindros neumáticos 6 .4 .1 .1 Cilindros de simple efecto 6.4 .1 .2 Cilindros de doble efecto 6.4 .1 .3 Cilindros de doble efecto y doble vástago 6.4 .1 .4 Cilindros de doble efecto con amortiguador 6.4 .1 .5 Unidad oleoneumática 6.4 .2 Válvulas 6.4 .2 .1 Válvulas distribuidoras 6 .4 .2 .2 Representación de las válvulas distribuidoras 6.4 .2 .3 Accionamiento de las válvulas distribuidoras 6.4 .2 .4 Estudio funcional de las válvulas distribuidoras

81 83 83 87 87 87 88 89 89 89 90 90 91

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95 98 99 101 101 101 101 102 102 103 103 103 103 104 104 106 108 108 109 110 110 111 111 112 112 112 112 113 114 114 114 114 114 114 115 115 115 116 116

6.4 .2 .5 6.4 .2.6 6.4 .2.7 6.4 .2.8 6.4 .2 .9 6.4 .2 .10 6.4 .2 .11 6.4 .2 .12 6.4 .2 .13 6.4 .2 .14

6.5 6.6

6.7

6.8

7.

Válvulas 2/2 Válvulas 3/2 Válvulas 4/2 Válvulas 5/2 Válvulas 4/3 Empleo de las válvulas distribuidoras Válvulas antirretorno Selectores de circuito Válvulas de escape rápido Válvulas de simultaneidad Reguladores de caudal Temporizadores

6 .4 .2 .15 6.4 .2 .16 6.4 .3 Accesorios Mando neumático Instalaciones neumáticas 6.6 .1 Mando directo de un cilindro de simple efecto mediante pulsador 6.6 .2 Mando directo de un cilindro de doble efecto mediante pulsador 6.6 .3 Mando de un cilindro de simple efecto desde dos puntos distintos 6.6 .4 Mando condicional de un cilindro de simple efecto 6.6 .5 Control de la velocidad en los cilindros de simple efecto 6.6 .6 Control de la velocidad en los cilindros de doble efecto 6.6.7 Aumento de la velocidad en los cilindros de doble efecto 6.6 .8 Mando directo de un cilindro de simple efecto 6 .6 .9 Mando indirecto de un cilindro de doble efecto 6.6 .10 Mando condicional de un cilindro de doble efecto 6.6 .11 Mando de un cilindro de doble efecto con retroceso automático 6.6 .12 Mando automático de un cilindro de doble efecto 6.6 .13 Mando de un cilindro de doble efecto con control de tiempo en el retroceso 6.6 .14 Mando de un cilindro de doble efecto con anulador de señal 6.6 .15 Señales intermedias durante el avance del cilindro Circuitos especiales 6 .7 .1 Mando manual de seguridad para prensas o sistemas similares 6.7 .2 Expulsor de piezas neumático 6.7 .3 Alimentador neumático 6.7 .4 Unidad neumática de avance 6.7 .5 Platos divisores neumáticos 6.7 .6 Unidad taladradora 6.7 .7 Mordaza neumática Electroneumática 6.8 .1 Electroválvulas 6 .8 .2 Mando electroneumático

Hidráulica aplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1 Principios físicos fundamentales 7.2 Magnitudes físicas 7 .2 .1 Unidad de presión 7.3 Transmisíón hidráulica de fuerza 7.4 Ley de circulación 7.5 Energía hidráulica 7.6 Rozamiento y circulación 7.7 Fluidos hidráulicos y sus principales características 7.7 .1 Viscosidad 7.8 Bombas hidráulicas . Sus tipos

116 116 117 117 117

7.8 .1 7 .8 .2 7.8 .3 7.8 .4 7 .8 .5 7.8 .6

118 118 118 119

7.9

119 119 119 120 121 121

7.10

121 122 122 122 123 123 123 123 123

7 .11

123 123

7.12

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124

7.13

125 126 126 126 126 127 127 129 129 130 130 130 131 133 133 133 133 134 134 134 135 135 135 136

7.14

7.15 7.16 8.

Bombas de caudal fijo Bombas de caudal variable Bombas de engranajes Bombas de paletas Bombas de pistones Características de las bombas y su rendimiento Instalaciones hidráulicas 7.9 .1 Estructuración en bloques de una instalación hidráulica 7 .9 .2 Depósito de aceite 7.9 .3 Filtro 7.9 .4 Manómetro 7.9 .5 Válvulas de cierre y limitadoras de presión 7.9 .6 Tuberías y conductores Válvulas 7 .10.1 Válvulas distribuidoras 7 .10.2 Válvulas de caudal 7.10 .2 .1 Válvulas reguladoras de caudal fijo 7.10 .2 .2 Válvulas reguladoras de caudal variable 7.10.2 .3 Regulación del caudal en función de la variación de presión 7 .10.2 .4 Válvulas reguladoras de caudal con antirretorno 7.10 .3 Válvulas reguladoras de presión . Definición y clases 7.10.3 .1 Válvulas reguladoras de presión 7.10.3 .2 Válvulas limitadoras de presión Elementos hidráulicos de trabajo 7 .11 .1 Cilindros de simple efecto 7 .11 .2 Cilindros de doble efecto 7 .11 .3 Amortiguación de los cilindros hidráulicos Motores hidráulicos 7.12.1 Motores de engranajes 7 .12.2 Motores de paletas 7.12.3 Motores de pistones 7.12.4 Par de un motor hidráulico Circuitos hidráulicos elementales 7.13.1 Gobierno de un cilindro de simple efecto 7.13 .2 Mando de un cilindro de doble efecto 7.13.3 Mando de un cilindro de doble efecto mediante válvula 4/3 7.13.4 Regulación de la velocidad de avance de un cilindro 7.13.5 Regulación del caudal de entrada 7.13 .6 Regulación del caudal de salida 7 .13 .7 Regulación de presión 7.13 .8 Circuito de avance rápido Ejemplos concretos de aplicación 7.14.1 Avance hidromecánico de una mesa 7.14.2 Cilindro de avance de doble vástago 7.14.3 Cilindro sin vástago 7.14.4 Cambio hidráulico de engranajes 7.14.5 Mando hidráulico de una limadora Valvulas pilotadas Electrohidráulica

Automatización de las máquinas herramientas . Control numérico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1 Concepto de automatización 8.2 Técnicas de automatización 8.2.1 Automatización mecánica 8.2.2 Automatización neumática 8.2.3 Automatización hidráulica 8.2 .4 Automatización eléctrica

136 136 136 136 137 137 137 137 138 138 139 139 139 139 139 141 141 141

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8.3

8.4

8.5

8.6 9.

10 .

8 .2 .5

Automatización electrónica Programación de los ciclos operativos 8.3 .1 Programación en cadena abierta 8.3 .2 Programación en cadena cerrada 8.3 .2 .1 Programación fija 8.3 .2 .2 Programación de movimientos sucesivos 8.3 .2 .3 Programación por fichas Alimentación automática de las máquinas herramientas 8.4 .1 Sistemas de alimentación por gravedad 8.4.2 Sistemas de alimentación forzada 8.4 .3 Sistemas de alimentación mixta 8.4 .4 Alimentación por robots Control numérico . Nociones generales 8.5 .1 Mando de los movimientos . Motores paso a paso 8.5 .2 Medida de los desplazamientos . Generalidades 8.5 .2 .1 Captor analógico 8.5 .2 .2 Captor digital 8.5 .3 Ejes coordenados 8.5 .4 Control numérico punto a punto 8 .5 .5 Control numérico por contorneado 8 .5 .5 .1 Interpolación 8.5 .6 Programación 8.5 .6 .1 Escritura del programa 8.5 .7 Programación manual 8.5 .7 .1 Ejemplo de programación 8.5 .8 Programación automática Ejemplo de máquina herramienta de C. N,

Verificación y puesta en marcha de las máquinas herramientas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1 Transporte de la máquina 9.2 Cimentación de la máquina 9.3 Anclaje y nivelación 9.4 Apoyo sobre lapas 9.5 Otros materiales antivibratorios 9.6 Instalación de la máquina 9.7 Precisión de una máquina herramienta 9.8 Objetivos concretos de la verificación 9.9 Clases de pruebas de control 9 .9 .1 Normas generales a seguir en las verificaciones 9.9 .2 Instrumentos de medida y utillajes empleados 9.9 .3 Comprobación de la rectitud 9.9 .4 Planicidad 9.9 .5 Paralelismo . De rectas y planos . De movimientos 9 .9 .6 Equidistancia 9.9.7 Coincidencia o alineación 9.9 .8 Perpendicularidad 9.9 .9 Rotación 9.10 Recepción de máquinas herramientas. Hojas de verificación Mantenimiento de las máquinas herramientas . . . 10 .1 Mantenimiento. Definiciones 10.1 .1 Prevención de mantenimiento 10 .1 .2 Mantenimiento preventivo 10 .1 .3 Mantenimiento correctivo 10 .2 Objetivos del mantenimiento 10 .3 Mantenimiento preventivo 10 .3 .1 Documentación de máquina 10 .4 Rodaje de máquinas 10 .5 Programa de engrase 10 .6 Organización del departamento de mantenimiento 10 .7 Organización del departamento de mantenimiento en una factoría de automóviles 12

156 156 156 157 157

10 .7 .1

158 158 160 160 160 160 161 161 161

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162 162 163 163 164 164 164 165 166 168 168 169 170

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12 .

Sistema histórico de mantenimiento (SHM) 10 .7 .1 .1 Recopilación de datos 10 .7.1 .2 Procesado de datos 10 .7 .1 .3 Listados 10 .7 .1 .4 Utilización de los listados 10 .7 .1 .5 Esquema del sistema histórico de mantenimiento 10 .7 .2 Sistema de mantenimiento programado (SMP) 10 .7 .2.1 Proceso seguido por el sistema de mantenimien to programado Perspectivas del departamento de mantenimiento para el profesional mecánico

Procedimientos empleados en la fabricación de roscas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 .1 Procedimientos para la conformación de roscas 11 .1 .1 Roscado con cuchilla de forma 11 .1 .2 Roscado con terraja 11 .1 .2 .1 Roscadoras con terraja de apertura automática 11 .1 .2 .2 Peines tangenciales 11 .1 .2 .3 Peines radiales 11 .1 .3 Roscado con macho 11 .1 .3 .1 Machos de máquina 11 .1 .4 Fresado de roscas 11 .1 .4 .1 Roscado con fresa sencilla 11 .1 .4 .2 Roscado con fresa madre 11 .1 .5 Roscado por turbulencia o cepillado 11 .1 .6 Rectificado de roscas 11 .1 .7 Roscado por laminación 11 .1 .7 .1 Laminación de roscas por rodillos 11 .1 .7 .2 Laminadora de roscas por rodillo 11 .1 .7 .3 Laminado de roscas por peines Máquinas para el tallado de ruedas dentadas 12 .1 Clasificación general de las ruedas dentadas 12 .2 División general de los procedimientos constructivos de ruedas dentadas 12,3 Procedimientos de conformación de ruedas dentadas sin arranque de viruta 12 .4 Conformación de ruedas dentadas por cepillado y fresado 12 .4 .1 Fresado de ruedas dentadas 12 .4 .2 Cepillado de ruedas dentadas 12 .4 .3 Características de la evolvente del círculo 12 .4 .4 Tallado de ruedas cilíndricas por generación 12 .4 .5 Dentadora de- ruedas cilíndricas por generación . Sistema MAAG 12 .4 .6 Dentadora de ruedas cilíndricas con piñón mortajador . Sistema Fellows 12 .4 .7 Dentadora de ruedas cilíndricas con fresa madre. Sistema Pfauter 12 .4 .8 Dentado de cremalleras 12 .4 .9 Tallado de visinfines 12 .4,10 Dentado de ruedas cónicas 12 .4 .11 Generalidades sobre el dentado de ruedas cónicas de diente recto 12 .4 .11 .1 Sistema Bilgran para tallar ruedas cónicas de diente recto 12 .4 .11 .2 Sistema Gleason para ta-

192 193 193 193 193 193 194

194 195

196 196 197 198 198 199 199 200 200 201 201 202 202 203 205 205 206 206 208 208 209 209 210 210 211 211 211 212 213 214 219 219 219 219

220

12 .5

13 .

llar ruedas cónicas de diente recto 12 .4.12 Generalidades sobre las ruedas cónicas de diente espiral 12 .4 .12.1 Tallado de ruedas cónicas con diente espiral Gleason 12 .4 .12.2 Tallado de ruedas cónicas de diente espiral por el procedimiento Oerlikon 12 .4 .12.3 Tallado de ruedas cónicas espirales por fresa madre . Procedimiento Klingelnberg 12 .4 .13 Resumen de los procedimientos de tallado de ruedas dentadas Procedimientos de acabado de las ruedas dentadas 12 .5 .1 Rectificado de las ruedas cilíndricas 12 .5 .2 Rectificado de ruedas cónicas de diente recto y espiral 12 .5 .3 Otras rectificadoras de engranajes 12 .5 .4 Afeitado de engranajes 12 .5 .5 Rodaje de ruedas dentadas

14 .1 .3 14 .1 .4 14 .1 .5 14 .1 .6

Cabezal Carros Luneta de apoyo Esquema cinemático de la mandrinadora 14 .1 .7 Estudio del cabezal 14 .1 .8 Herramientas de la mandrinadora 14 .1 .9 Accesorios diversos 14 .1 .10 Puesta a punto .d e las herramientas de mandrinar 14 .1 .11 Ajuste de la máquina 14 .1 .12 Fijación de las piezas 14 .1 .13 Trabajos en la mandrinadora 14 .1 .14 Otras clases de mandrinadoras 14 .1 .15 Factores de corte en las mandrinadoras Punteadora . Generalidades 14 .2 .1 Movimientos de la máquina 14 .2 .2 Husillo principal 14 .2 .3 Lectura de desplazamientos 14 .2 .4 Accesorios de la punteadora 14 .2 .5 Sistema de trabajo de la punteadora 14 .2 .6 Posicionamiento sobre un plano inclinado 14 .2 .7 Operaciones de mecanizado en la punteadora 14 .2 .8 Otros modelos de punteadora 14 .2 .9 Punteadora-rectificadora 14 .2 .10 Empleo de la punteadora Taladradora . Generalidades 14 .3 .1 Taladradora de columna 14 .3 .2 Taladradora radial 14 .3 .3 Taladradora de husillos múltiples 14 .3 .4 Taladradora revólver 14 .3 .5 Descripción funcional de las brocas 14 .3 .6 Factores de corte 14 .3 .7 Fuerzas de corte en el taladrado 14 .3 .8 Potencia de corte

250 250 250

Cepilladora, mortajadora y brochadora . . . . . . . . . . 15 .1 Cepilladora. Generalidades 15 .1 .1 órganos principales de la cepilladora 15 .1 .2 Esquema de movimientos de la cepilladora 15 .1 .3 Accionamiento de la mesa 15 .1 .4 Tope de seguridad de la mesa 15 .1 .5 Avance automático del carro portaherramientas 15 .1 .6 Otros sistemas de avance automático 15 .1 .7 Movimiento automático del travesaño 15 .1 .8 Herramientas para la cepilladora 15 .1 .9 Fijación de las piezas 15 .1 .10 Nivelación de las piezas 15 .1 .11 Trazado de las piezas a cepillar 15 .1 .12 Puesta a punto de la herramienta 15 .1 .13 Reglaje de la carrera de la mesa y los carros 15 .1 .14 Trabajos en la cepilladora 15 .1 .15 Otros accesorios 15 .1 .16 Ejemplo de trabajo en la cepilladora 15 .1 .17 Consideraciones generales sobre las herramientas de la cepilladora 15 .1 .18 Condiciones de trabajo 15 .1 .19 Velocidad media de la mesa 15 .1 .20 Tiempo de cepillado 15 .1 .21 Fuerza de corte en el cepillado 15 .1 .22 Potencia de corte en el cepillado 15 .2 Mortajadora . Generalidades . . . . . . . . . . . . . 15 .2 .1 Esquema cinemático de la mortajadora 15 .2 .2 Movimiento del cabezal

278 278 278

220 221

221

221

222 222

14 .2

222 223 223 224 224 225

Tornos de producción en serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 .1 Torno revólver. Generalidades 13 .1 .1 Disposición general del torno revólver de mando manual 13 .1 .2 Fijación de la pieza 13 .1 .3 Avance de la barra 13 .1 .4 La torre revólver 13 .1 .5 Empleo de los carros longitudinal y transversal 13 .1 .6 Empleo de la barra guía 13 .1 .7 Herramientas empleadas en el torno revólver 13 .1 .8 Preparación del torno revólver 13 .1 .9 Ejemplo de trabajo 13 .1 .10 Torno revólver de mando automático Torno automático 13 .2 13 .2 .1 Torno automático de levas . Descripción general 13 .2 .2 Cadena cinemática fundamental 13 .2 .3 Cabezal 13 .2 .4 Árbol de levas 13 .2 .5 Contracabezal 13 .2 .6 Carros portaherramientas 13 .2 .7 Funcionamiento del torno automático 13 .2 .8 Cálculo de levas 13 .2 .9 Mecanización en el torno automático 13 .2 .10 Tornos automáticos de varios husillos 13 .2 .11 Tornos automáticos sin levas 13 .3 Torno copiador 13 .3 .1 Aparato copiador 13 .3 .2 Técnica del copiado Elementos principales de un torno 13 .3 .3 copiador 13 .3 .4 Ejemplo de trabajo 13 .4 Torno de control numérico (C . N.) 13 .4 .1 Detalles constructivos 13 .4 .2 Programación 13 .4 .3 Torno de C. N . con tarjeta perforada y contadores digitales 13 .4 .3 .1 Programación de la máquina

226 226

Mandrinadora, punteadora y taladradora . . . . . . . . 14 .1 Mandrinadora . Generalidades 14 .1 .1 Bancada 14 .1 .2 Columna

249 249 250 250

226 227 228 228

14 .3

228 229 229 229 230 230 230 231 231 231 232 233 234 235 235 240 240 240 241 241 242 243 243 244 244 245 245 246

15 .

13

250 251 253 255 255 256 257 257 261 261 261 262 262 262 264 265 266 266 266 268 268 269 269 270 271 272 273 273 274 275

280 280 283 283 284 285 285 286 287 288 288 188 288 290 290 291 292 292 293 293 293 294 294 295

15 .2 .3 Herramientas de mortajar 15 .2 .4 Trabajos de mortajado Brochadora. Generalidades 15 .3 .1 Brochadora horizontal hidráulica para interiores 15 .3 .2 Brochadora vertical hidráulica para interiores 15 .3 .3 Brochadora hidráulica para exteriores 15 .3 .4 Estudio de las brochas 15 .3 .5 Material de la brocha 15.3 .6 Velocidad de corte 15 .3 .7 Potencia de corte 15 .3 .8 Tiempo de mecanizado 15 .3 .9 Sujeción de la brocha 15 .3 .10 Sujeción de las piezas 15 .3 .11 Algunos trabajos de brochado 15 .3 .12 Ventajas e inconvenientes del brochado 16 .

17 .

18 .

295 296 296

Simbología y codificación Interpretación de los símbolos y abreviaturas 18 .5 .3 Símbolos normalizados 18 .5 .4 Simbología y abreviaturas no normalizadas 18 .5 .5 Croquis o dibujos particulares de las piezas 18 .5 .6 Finalidad de los procesos de trabajo 18 .5 .7 Consideraciones sobre los trabajos unitarios 18 .5 .8 Estudio previo de la pieza unitaria 18 .5 .9 Fichas de trabajo, hoja de proceso o gama 18 .5 .10 Preparación de la hoja de proceso 18 .5 .11 Determinación de un proceso de mecanizado unitario 18 .5 .12 Realización de una hoja de proceso unitario 18 .5 .13 Modelo de hoja de proceso 18 .6 Hoja de instrucciones 18 .6 .1 Estudio previo 18 .6 .2 Determinación de los tiempos 18 .6 .3 Confección de la hoja de instrucciones 18 .7 Proceso de fabricación para trabajo en serie 18 .7 .1 Procedimiento para establecer un proceso de trabajo en serie 18 .7 .2 Distintas formas de confeccionar un proceso de fabricación en serie 18 .8 Modificaciones en los planos de taller 18 .9 Selección de los medios de mecanizado en la fabricación de piezas 18 .10 Control y ensayos de las piezas fabricadas 18 .10 .1 Control de las piezas unitarias 18.10.2 Control de las piezas trabajadas en serie 18 .10.3 Control en los trabajos de montaje 18 .10.4 Pruebas y ensayos de los mecanismos fabricados 18 .11 Hoja de ruta 18 .12 Ficha de fabricación

297 297

298 298 301 301 302 302 302 302 302 303

Máquinas especiales y centros de mecanizado . . . 16 .1 Clasificación de las máquinas especiales 16 .2 Esquema de una máquina especial 16 .2 .1 Sistema de fijación 16 .2 .2 órganos de trabajo 16 .2 .3 Sistemas de alimentación y evacuación 16 .3 Formas constructivas de las máquinas especiales 16 .4 Ejemplos de máquinas especiales 16 .5 Centros de mecanizado 16 .5 .1 Formas constructivas 16 .5 .2 Centro de mecanizado universal 16 .5 .3 Forma de trabajar de los centros de mecanizado

305 305 305 306 306

Análisis de las máquinas herramientas . . . . . . . . . . 17 .1 Mecanizado de superficies 17 .2 Geometría de las superficies funcionales 17 .2 .1 Superficie plana 17 .2 .2 Superficies de revolución 17 .3 Las máquinas herramientas como generadoras de superficies 17 .3 .1 Codificación de los movimientos de las máquinas herramientas 17 .3 .2 Aspereza superficial ideal 17 .3 .3 Obtención de superficies en el torno 17 .3 .4 Limadora 17 .3 .5 Taladradora 17 .3 .6 Mandrinadora 17 .3 .7 Fresadora horizontal 17 .3 .8 Brochadora 17 .3 .9 Rectificadoras 17 .4 Diversas maneras de organizar el mecanizado 17 .4 .1 Máquinas convencionales 17.4 .2 Máquinas tránsfer y máquinas automáticas 17 .4 .3 Máquinas de control numérico (C . N.) 17 .4 .4 Centros de mecanizado 17 .4 .5 Presente y futuro del mecanizado . Líneas flexibles . Robots

314 315 315 315 317

Estudio de los procesos de mecanizado . . . . . . . . . 18 .1 Estudio previo de las piezas 18 .2 Estudio delplano de mecanizado 18 .3 Análisis de trabajo 18 .4 Vocabulario técnico 18 .5 Estudio de los Procesos de trabajo o gamas de mecanizado

18 .5 .1 18.5 .2

307 307 309 311 311 312 313

320 320 323 325 326 327 328 329 330 330 332 334 335 336 336 336 339 339 339 340 340 342

19 .

Presupuesto y costes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 .1 Presupuesto 19 .2 Factores del coste industrial 19 .2 .1 Materia prima . Su coste 19 .2 .2 Mano de obra directa 19 .2 .3 Gastos generales 19 .2 .3 .1 Gastos generales fijos 19 .2 .3 .2 Gastos generales variables 19 .3 Casos que pueden presentarse en el cálculo de costes 19 .3 .1 Sistemas de cálculo para producto único 19 .3 .1 .1 Coste global 19 .3 .1 .2 Coste por fases 19 .3 .2 Sistemas de cálculo del coste cuando se fabrican varios productos 19.3 .2 .1 Cálculo por el sistema de los costes especiales 19 .3 .2 .2 Cálculo de los costes marginales 19 .4 Coste preestablecido (coste estándar) 19 .5 Precio de venta y umbral de rentabilidad

Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

342 342 342 344 344 345 345 345 345 346 346 347 347 349 349 350 350 350 352 352 353 353 353 354 354 354 354 355 357 358 358 359 359 359 360 360 361 361 361 361 362 362 362 365 365 365 366

Tema 1 .

Organización Industrial

EXPOSICIÓN DEL TEMA En este tema se trata de dar una idea general de organización industrial y su aplicación a un Taller Mecánico . Dada la gran variedad de empresas y de talleres, todo lo que aquí se diga será de carácter general o de orientación, ya que los detalles pueden ser muy distintos según las peculiaridades de cada taller y aun de cada persona . Podrá servir como línea de actuación para la mayoría de los casos, y los detalles habrá que disponerlos de acuerdo con cada circunstancia . Se empieza con unas ideas referidas a las empresas en general, para centrarlas y aplicarlas después a los talleres mecánicos. 1 .1

La empresa industrial . Su organización

Por empresa industrial se entiende el conjunto de personas y de medios que se dedican a la transformación de la materia prima o de los productos semielaborados para lograr a su vez otros productos que, después de vendidos, produzcan unos be neficios . El cliente o nueva empresa vuelve a su vez a transformar el producto semielaborado, y así sucesivamente hasta llegar a la utilización final o producto acabado . Así, por ejemplo, una empresa minera extrae un mineral metálico, lo elabora con distintas manipulaciones y separa las tierras extrañas . A continuación, una industria metalúrgica con ese mineral logra un producto metalúrgico en forma de lingotes que otra empresa adquiere y transforma en perfiles laminados. Finalmente las empresas mecánicas transforman dichos perfiles en piezas que, ensambladas o ajustadas convenientemente, forman las máquinas, los aperos, aparatos, vehículos, etcétera, dispuestos para ser utilizados . Apurando el ciclo, estos productos, una vez envejecidos por el uso, se transforman en chatarra, que vuelve a ser aprovechada en la obtención de nuevas materias para nuevas transformaciones . Para que cada una de estas empresas tenga una producción con un rendimiento adecuado, es necesario emplear una serie de técnicas que aprovechan las posibilidades de las personas, de las máquinas y de las materias, de una manera siste mática y racional . El conjunto de estas técnicas forman la llamada organización industrial . Esta organización presenta un doble aspecto ; a saber : organización funcional y organización jerárquica . 1 .1 .1

Organización funcional

Se refiere a las diversas tareas o funciones que deben hacerse en la empresa para lograr su objetivo u objetivos. 15

1 .1 .2

Organización jerárquica

La organización jerárquica se refiere a la determinación de quién debe mandar, a quién y cómo . 1 .1 .3

Los organigramas

La representación gráfica de la organización, la dependencia o relación entre las personas o entre las funciones recibe el nombre de organigrama. Dada cargo o función se representa por un rectángulo, enlazados por líneas . En la representación jerárquica los rectángulos más altos suponen mayor poder de mando o categoría. En la figura 1 .1 se muestra el organigrama jerárquico y en la figura 1 .2 otro funcional .

Director General T

Director Técnico

Director de Producción

Director Administrativo

Jefe de Taller

E

Encargado de Sección

Trabajador A Fig. 1. 1

Encargado de Sección

Trabajador B

Organigrama jerárquico .

Función Contable

Fig. 1.2 Organigrama de funciones en una empresa .

Dada la índole de esta asignatura, tiene mayor interés la organización funcional que la jerárquica y por esta razón se le dedica mayor extensión. Con todo, como ya se ha dicho, se trata de un estudio de organización en líneas muy generales . En la asignatura Organización Industrial estos conceptos se pueden estudiar con mayor profundidad .

16

Las funciones en la empresa

1 .2

reunirse en grupos más o meLas tareas que debe realizar una empresa pueden funciones . nos uniformes que constituyen las llamadas muy simplificado de las funciones de En la figura 1 .2 se muestra un organigrama una empresa . La función de dirección

1 .2 .1

toda la empresa, la que recibe los pedidos Esta función es la encargada de dirigir deben realizarse . De ella depende la cómo cuándo y de los clientes y la que ordena planificación general . un equipo asesor o staff. OrdinariaLa persona que dirige la empresa suele tener asesor y, según como esté equipo funciones son el mente, los jefes de las otras asesores, sino también parte acestructurada la empresa, pueden ser no solamente trabajo de alguna importancia, la directiva en la decisión . Así, antes de aceptar un técnica para ver si es o no función de la responsable ción deberá asesorarse con el calidad y tiempo, así como antes posible realizar ese trabajo en las condiciones de de la oficina de preparanecesarios los datos de dar un presupuesto deberá recabar ción, tiempos y almacén . es quien toma la decisión, y el Una vez valorada la cuestión, la función directiva . el director último responsable es, en consecuencia, Función financiera

1 .2 .2

económicos necesarios para el funcioEs la encargada de recabar los medios de fondos, préstamos, etc., adquisición namiento normal de la empresa o para la palabra, es la encargada de una extraordinaria . En necesarios para alguna operación oportuno y, naturalmente, en las mejoobtener el dinero necesario en el momento res condiciones parada empresa . Función social

1 .2 .3

que componen la empresa sean un Es la responsable de lograr que las personas de personas que estén perfectaauténtico grupo integrado ; es decir, un conjunto tensiones y se sientan plenano existan cuales mente compenetradas, entre las mente realizadas como personas . el objetivo básico de dar a cada No es una función fácil, ya que hay que lograr derechos y obligaciones y armonizar que decir, hay uno lo que le corresponde ; es componentes de la empresa . Para procurar eliminar el egoísmo excesivo de los condiciones : tres estas lograr esto, hoy día se tiende a que se cumplan perseguido fin común con el en general, de acuerdo, 1 ? El personal debe estar y en los medios aplicados para obtenerlo . entre sus miembros . 2? Debe existir amplia comunicación en la marcha de la empresa y en el participar 3~ Todos los miembros deben logro' de los objetivos . 1 .2 .4

Función comercial

1 .2 .5

Función contable

1 .2 .6

La función técnica

de producción y de vender los producEs la responsable de adquirir los medios dos subfunciones : compras y ventas . tos obtenidos . Podría subdividirse en ideales tanto de materias primas como Es también la que debe regular los stocks es su misión principal y, en muchas y vender de productos terminados . Comprar ocasiones, prever la asistencia posventa al cliente . cuentas de la empresa por medio de los Su misión es llevar al día el estado de saber en cada momento el estado real de la libros de contabilidad necesarios, para empresa en el aspecto económico . sí la encargada de saber dónde No es la encargada de obtener el dinero, pero está y cómo se utiliza. producción definida por dirección como Es la encargada de realizar o lograr la por decirlo así, el brazo ejecutor, la funempresa . Es, objetivo de la actividad de la ción realizadora . detallado de esta función . En el tema siguiente se hará un estudio 17 2.

Míqunras Nenpnrlentas 2.3

1 .3

Las funciones y las personas que las realizan

Las funciones son realizadas por personas con la preparación adecuada . Para ello se organizan de acuerdo con la teoría de división del trabajo . Se comprende que en pequeños talleres o empresas una sola persona podrá desempeñar una o más funciones ; por ejemplo, puede ser director y agente comercial a la vez; puede ser proyectista y preparador de trabajo, etc . Por el contrario, en grandes empresas, una misma función debe ser desempeñada por varias personas, ya que el volumen de trabajo a realizar desborda las posibilidades de una sola de ellas.

1 .4

Principios generales de organización

Se puede decir que no hay una organización única para todas las empresas y ni aun para cada función . La organización debe ser a medida de cada función y de cada empresa, evitando que se convierta en una burocracia que dificulte el buen funcionamiento de la misma y que limite las posibilidades de cada una de las personas que la utilizan . Los principios que se reseñan no son los únicos, pero con ellos puede sentarse una base suficiente para una correcta organización . 1 .4 .1

Adecuación a las personas

La organización debe estar pensada de acuerdo a las personas que la van a llevar a cabo . La organización debe ser teóricamente correcta ; es decir, debe seguir las líneas generales, las normas aceptadas universalmente como válidas en la actualidad, pero, a la vez, debe ser prácticamente tan flexible que no obligue a deformar la personalidad y aptitudes de los colaboradores a todos los niveles . Una regla de oro para definir la racionalidad de una organización es que ésta sirve a las personas y no al revés . 1 .4 .2

La autoridad y la responsabilidad

Un principio básico de toda organización es que la autoridad se puede delegar, pero la responsabilidad es asumida siempre por el jefe, el cual, como máximo, la comparte . De ahí el nombre de responsable que suele darse al jefe . Esto no significa que cada uno es irresponsable de su trabajo, sino todo lo contrario ; pero el jefe no se desentiende de los actos de sus subordinados y, en último término, se responsabiliza de ellos . Un extremo que debe evitar cualquier jefe es hacer personalmente lo que corresponde a un subordinado ; en todo caso, le corresponde indicar lo que debe hacerse y, en ocasiones, cómo hacerlo; pero la ejecución del trabajo es misión de sus subordinados . 1 .4 .2 .1

El número de subordinados

Cada jefe debe serlo de un número limitado de personas . Si son muchos, la supervisión puede resultar difícil ; si son pocos, puede desperdiciarse la capacidad de aquél . El número óptimo varía de tres a diez, según el tipo de trabajo realizado . En este sentido, puede decirse que cuando aumenta el nivel de cualificación, el número de subordinados debe disminuir . También es cierto que al implantar un modelo organizativo la supervisión debe ser mayor que cuando haya pasado un tiempo razonable y todo el mundo conozca su cometido . 1 .4 .2 .2

Simplificación jerárquica

Hay que evitar en lo posible la duplicidad de mando . Cada persona debe recibir órdenes de un sólo responsable, al que, asimismo, consultará cuando tenga una duda o problema . Esto evitará órdenes contradictorias, confusiones y notables pérdidas de tiempo . Es conveniente acortar los niveles jerárquicos, puesto que, además de evitar una organización en la que la proporción de mando sea excesiva -con el costo consecuente-, se consigue aumentar la agilidad de ejecución de las tareas . 18

CUESTIONARIO 1 .1 1 .2 1 .3 1 .4 1 .5 1 .6 1 .7 1 .8

¿Qué son productos semielaborados? ¿Qué objetivos tiene la organización industrial? Diferencias entre organización jerárquica y funcional . ¿Qué son las funciones en la empresa? ¿Cuáles son las funciones de la dirección? ¿Qué es la función técnica? ¿Es conveniente delegar la autoridad? Significado de la simplificación jerárquica .

TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO 1 . Dibujar un organigrama jerárquico de un taller mecánico de dimensión media. 2. El director de una empresa tiene un departamento de estudios para su asesoramiento, cuyos componentes dependen directamente de dirección y no tienen carácter ejecutivo . Representar un organigrama mínimamente desarrollado donde se contemple este supuesto .

Terna 2.

Función Técnica

EXPOSICIÓN DEL TEMA La función técnica es el conjunto de actividades y trabajos necesarios para fabricar los productos propuestos por la empresa (dirección), a partir de las materias primas, los medios (instalaciones, máquinas, etc .) y la participación humana . La aplicación de las diversas técnicas y conocimientos del saber humano debe llevar a una organización racional que logre la más alta eficacia en la producción, fabricando la cantidad de productos necesaria, en el tiempo preciso, con la calidad pedida y empleando el método mejor y más barato . La función técnica debe realizar estas tareas fundamentales, de las cuales se encargan los correspondientes departamentos : - Preparación del trabajo : Oficina Técnica . - Ejecución del trabajo o fabricación : Taller. - Control de calidad : Servicio de control. En la figura 2.1 quedan esquematizadas estas actividades . En la misma figura aparecen indicadas otras secciones que, según las organizaciones, se hacen depender de un departamento u otro ; estas son : almacenes, mantenimiento, etc . 2 .1

Oficina técnica

La oficina técnica tiene la misión de preparar el trabajo con todo detalle para que fabricación tenga todos los datos perfectamente definidos y en el momento oportuno, para poder realizar el trabajo sin dificultades ni interrupciones y con la calidad necesaria . Esta oficina técnica se divide en dos, a saber : - Oficina de proyectos . - Oficina de preparación .

2.1 .1

Oficina de proyectos

En la oficina de proyectos se preparan los planos de taller y las listas de piezas . Se comprende que el trabajo es distinto según se trate de hacer un trabajo nuevo (verdadero proyecto), de preparar planos de clientes o bien de estudiar reformas de fabricaciones anteriores para suprimir defectos o mejorar costos . Si se trata de un proyecto nuevo suele seguirse este proceso para su realización : 1.

Estudio del problema y búsqueda de información 2. Generación de posibles soluciones y elección de la que resulte más interesante desde los puntos de vista de diseño, rendimiento o funcionamiento y coste . 3 . Proyecto propiamente dicho, a partir de los datos conocidos. Se realiza un dibujo general o de conjunto (a ser posible a escala 1 : 1) y simultáneamente se ha20

Fig. 2.1

Organigrama de la función técnica.

cen los cálculos necesarios para asegurar el buen funcionamiento y las dimensiones suficientes para lograr la vida prevista .

4. A partir de este dibujo de conjunto se prepara la lista de piezas, determinando las características y dimensiones de cada elemento, empleando piezas normalizadas y subconjuntos ya realizados, siempre que sea posible . 5 . Dibujo detallado de cada una de las piezas que deben fabricarse . Estos dibujos han de ser completos ; es decir, tienen que tener toda la información necesaria para su completa realización en los siguientes aspectos : - Formas: vistas y detalles suficientes . - Dimensiones: cotas necesarias de fabricación y funcionales con las correspondientes tolerancias . - Material : clase, características, tratamientos y medidas. - Acabados : acabados superficiales . - Identificación : con la designación y claves para su inequívoca identificación individual y para saber a qué conjunto pertenece . Una oficina técnica de proyectos debe disponer de los siguientes elementos mínimos para funcionar con eficacia : -

Archivos bien ordenados de información o consulta . Colección de normas y manuales para los cálculos habituales . Mesas e instrumentos de dibujo . Sistema de reproducción de planos para la obtención de copias . Archivos de originales .

Los originales no deben salir de la oficina de proyectos y deben archivarse de manera que se asegure la conservación y la fácil localización de los mismos para posteriores utilizaciones . Por supuesto, lo más importante es disponer de una plantilla de personal competente y eficaz, proporcionada a la labor a desarrollar . 21

La buena organización de la función técnica no debe empezar en el taller, sino que debe arrancar desde la oficina de proyectos . La oficina de proyectos prepara también las memorias justificativas del proyecto y las condiciones de calidad requerídas, e incluso prevé las condiciones de montaje y asistencia posventa, si el producto fabricado lo requiere . Un proyecto no se da por concluido hasta que ha sido realizado el prototipo o se hayan hecho las pruebas de funcionamiento, estando durante este período en disposición de corregir o mejorar detalles sugeridos por la oficina de métodos o por el jefe de producción . Las grandes empresas disponen de talleres de prototipos, dependientes directamente de la oficina de proyectos y entre ambas se encargan de investigar y mejorar el proyecto . 2.1 .2

Oficina de preparación

A partir de la documentación preparada en la oficina de proyectos, esta oficina procede a la preparación de la documentación necesaria para lograr una fabricación con la mayor productividad . Al conjunto de funciones desarrolladas en esta oficina la llaman algunos autores control de la producción, ya que de sus distintas secciones deben salir todos los documentos y las órdenes necesarias para una fabricación racional . Suele dividirse en las siguientes secciones : -

2 .1 .2 .1

Métodos. Tiempos. Programación . Lanzamiento . Seguimiento y corrección . Métodos

En esta sección se analiza el trabajo a desarrollar y se determinan los puestos de trabajo por los cuales debe pasar la pieza . La oficina de métodos prepara una serie de posibles alternativas, elige la más conveniente, sugiere las correcciones del proyecto que aconseja una fabricación más económica, prevé los útiles normales y los accesorios o utillajes especiales, definiendo sus características. En el análisis previo de un método de trabajo suelen seguirse las siguientes etapas : 1 . Se propone una serie de posibles alternativas . Analizado el pro y el contra de cada una de ellas se decide la ejecución de la que presente mayores ventajas, tanto técnicas como económicas . También se sugieren las modificaciones procedentes de formas o detalles que no afectan a la función de la pieza, con el fin de lograr un mejor proceso de mecanizado . 2. Con las conclusiones obtenidas se prepara la gama o proceso de mecanizado . En esta hoja (Ver hoja de proceso de mecanizado de la página 168 de Técnicas de Expresión Gráfica 2.3) aparece dividido el trabajo en fases y subfases, con indicación, en cada una de ellas, de la máquina más adecuada, las herramientas especiales de trabajo o control y los utillajes o accesorios que hay que utilizar, con sus características específicas para que la sección de utillajes o la oficina de proyectos (según la organización) los estudie con detalle y dé las órdenes de preparación y realización . 3. Cuando la serie de operaciones a realizar en cada fase o subfase sea muy importante o la serie de piezas a realizar lo aconseje, se procede a un estudio detallado de las operaciones a realizar en cada una de ellas . En esta hoja detallada se hace un estudio del sistema de montaje y de las maniobras y elementos de corte para cada pasada con indicación de los tiempos que cada una necesita, calculados por los agentes de tiempo . 2.1 .2 .2

Tiempos

A partir de las hojas de instrucciones detalladas se calculan los tiempos necesarios según las diversas técnicas conocidas : tiempos normalizados, tiempos predeterminados o por cronometraje . 22

Se divide el tiempo en : tiempo de preparación, tiempo de maniobra y tiempo de corte. Es una función de gran responsabilidad, ya que estos tiempos son empleados por : - Los programadores, para dar las órdenes de trabajo y las fechas de comienzo de cada pieza . - Los contables, para determinar los presupuestos y asignar las primas a los operarios . 2.1 .2 .3

Programación

Es la función que tiene por objeto señalar con exactitud el momento de empezar una tarea, determinando las máquinas a emplear y la fecha de terminación prevista . Deberá prever que estén preparados, para el momento de empezar, los materiales, las herramientas, etc . No se quiere dejar de advertir aquí un vicio nacional, por no utilizar adecuadamente esta función, que es el incumplimiento de las fechas de entrega . En esto se debería aprender de las naciones más progresistas . Así, en la industria americana el cumplir los plazos de entrega es casi una obligación religiosa . La programación es distinta según se trate de trabajo sobre pedido, trabajo de productos propios, productos comerciales o sí la fabricación es mixta ; es decir, parte del trabajo se hace sobre pedido y otra parte es propia . También será muy distinta si se trata de productos muy variados o más bien pocos y repetitivos . Antes de proceder a la programación propiamente dicha, hay que obtener una información tan completa como sea posible sobre los elementos que intervienen en el proceso de fabricación . La información que se necesita, su procedencia y el tratamiento que debe darse es como sigue : 1 . Materiales de fabricación . Se necesita saber la clase, calidad y cantidad empleada en cada pieza ; los lotes de piezas que hay que hacer . Estos datos se obtienen de las listas de piezas y de las órdenes de fabricación, respectivamente . Con ellas y con el material disponible en el almacén, se sabrá qué material hay que usar, en qué cantidad y cuándo hay que pedirlo. Se debe saber el tiempo necesario para recibir el material del proveedor, incluso los tiempos necesarios en caso de devolución por falta de calidad . Todos estos datos se obtienen de las fichas de existencias de material en almacén . Concretar el pedido y elegir a los proveedores es función de la sección de compras . 2. Calidad de cada unidad. Hace falta saberla calidad de cada una de las piezas y aun de cada medida o característica . Este dato se obtiene de los dibujos de detalle o de taller . Con ellos se puede elegir las máquinas más apropiadas para obtener esas especificaciones de calidad de la manera más económica . Es evidente que no se eligirá una máquina de precisión, y por tanto cara, si la tolerancia pedida es muy amplia ; dígase otro tanto respecto al acabado superficial e incluso de la calidad de material . 3. Tiempo asignado para cada subfase. Es necesario saber el tiempo o carga que supone para cada máquina o puesto de trabajo. Se obtiene de las hojas de instrucciones detalladas, o por comparación de otros trabajos similares determinados por los agentes de tiempos . 4 . Capacidad de carga de cada máquina. Se llama carga de máquina o de puesto de trabajo, a la cantidad de trabajo que puede hacerse en una máquina, o en el puesto de trabajo, en la unidad de tiempo . Para la programación habrá que conocer la cantidad de trabajo que hay que hacer ; es decir, la carga total para cada trabajo o pedido a programar, pero habrá que tener en cuenta las cargas anteriores, incluidas las retrasadas, de otros pedidos o productos . 5 . Métodos de trabajo. En ocasiones es necesario conocer todas las alternativas posibles . Así, si una máquina o puesto está sobrecargado y otra tiene poco, se puede canalizar hacia ésta parte del trabajo, aunque esto conlleve menor rendimien to, cosa que habrá que tener en cuenta para empezar antes el trabajo . Cuando el 23

producto deba sufrir algún ajuste o montaje con otras piezas que no pueden esperar o retrasarse, este detalle debe valorarse cuidadosamente . 6. Fijación de la fecha de ejecución. De acuerdo con las fechas de terminación y los datos obtenidos en los apartados anteriores se fijan las fechas en que debe empezarse cada trabajo, teniendo en cuenta los montajes intermedios y los finales . Con todos estos datos se preparan los documentos necesarios, como : hojas de ruta, vales de almacén, órdenes para preparación de herramientas, etc. Junto con estos documentos suelen prepararse unas cartulinas de longitud proporcionada a la duración de cada fase para colocar en un tablero o planning que facilita la operación de programación (fig . 2.2). Una característica muy importante de la programación es que debe ser muy elástica y dinámica para poder adecuarse día a día a la situación real . Carga de máquinas

Torna TP1

Lunes

Miércoles

Pedido n°- 10

Torno TP2 - Fresadoro FU1 i

Martes

Pedido n°-° 40 Pedido n230

mm unmvnnnnn~m~ni

Fresodora FU2 Rectilicadoro RP7

Pedido n~70

Fig. 22 Planning de carga de máquinas . Las tiras tienen una longitud proporciona/ al tiempo asignado por fase.

2.1 .2 .4

Lanzamiento e impulsión

El lanzamiento tiene la misión de realizar lo establecido por la programación ; es decir, dar las órdenes a los talleres para empezar los diversos trabajos, así como anotar las anomalías observadas y comunicarlas a quien proceda . Puede dividirse su trabajo en tres fases bien definidas : 1 . Antes del lanzamiento, o preventiva . En ella se asegura que : - El puesto de trabajo está preparado para realizar el trabajo (máquinas, materiales, herramientas, utillajes, hojas de instrucciones, dibujos de taller, etc .) . - Están preparados los controles previstos para llevarlos a cabo desde el principio .

- No hay ningún problema para que el trabajo pueda seguir la ruta prevista . 2 . Puesta en marcha y tiempo de ejecución: - Se entrega al operario o al encargado de sección la documentación necesaria (dibujos de taller, hoja de instrucciones, etc .) . - Se anota en la hoja de ruta el comienzo del trabajo y las sucesivas circunstancias : operario concreto, número de piezas realizadas (las buenas y las defectuosas, si,las hubiera) y la fecha de final de trabajo. - Si se emplea la ficha de fabricación, se anotan en ella los tiempos y actividades del operario para el servicio de nóminas y costes . 3. Después de rea/izar el trabajo: - Anotar todas las interrupciones y sus causas, para que el control de producción las estudie y puedan evitarse en trabajos posteriores . - Comunicar a programación la relación de los retrasos, adelantos o fallos en su tarea para no caer en las mismas en lo sucesivo . - Anotar las piezas defectuosas, para rehacerlas si fueran necesarias . Es esta una misión muy importante y delicada . Debe estar en estrecho contacto con el departamento de programaéión, conocer el trabajo de taller y ser capaz de mantener buenas relaciones con encargados y operarios . Su puesto está en el taller para atender rápidamente cualquier consulta o dificultad, pero no tiene poder de mando ; es solamente una función asesora. La impulsión consiste en procurar que se cumpla el plan prevista por programación para evitar los retrasos y, si estos se producen, averiguar las causas . Los re-

24

trasos los detecta el lanzador, pero averiguar las causas es misión del impulsor . Debe atender, sobre todo, a aquellos trabajos que, de producirse retraso, suponen un mayor problema a la empresa así como activar aquéllos que se hayan retrasado. En empresas pequeñas el impulsor puede ser el mismo lanzador o el encargado de taller . Es una función muy importante en talleres que trabajan sobre pedido, por ser más difícil la programación . 2.1 .2 .5

Corrección

Tiene por misión sugerir las soluciones a las causas que provocan los retrasos . Estas soluciones pueden ser : - Aumentar la jornada de trabajo . - Enviar parte del trabajo a otra empresa . - Suspender temporalmente los trabajos menos urgentes . - Proponer medidas disciplinarias si los retrasos son ocasionados por perturbaciones sociales no justificadas, o poner remedio a las causas que los motivan . Naturalmente que cualquiera de estas soluciones deben ser momentáneas y hay que procurar que no sean necesarias ; lo contrario supondría una mala programación, falta de medios o estructura inadecuada de la empresa . 2 .1 .3

Almacén de materiales fungibles

El almacén es un servicio auxiliar de la producción y su misión consiste en :

1 . Recibir y guardar los materiales en bruto, materiales semielaborados, piezas o elementos adquiridos para incorporar a la producción o para la conservación del taller . 2. Proporcionarlos materiales y elementos necesarios a producción o mantenimiento, mediante solicitudes autorizadas . 3. Llevar los registros de almacén necesarios . 4. Guardar los materiales en curso de fabricación . 5. Mantener el almacén limpio y en orden, teniendo un lugar para cada cosa y cada cosa en su sitio . Se llama almacén de material fungible porque el material que sale de él para ser utilizado ya no vuelve al mismo ; se usa pues una sola vez y, al hacerlo, desaparece del almacén . En ocasiones puede volver a él pero ya transformado, y será incluido con otro nombre o nomenclatura . Este servicio supone unos gastos que hay que procurar mantener lo más bajos posible dentro de unos límites admisibles . Estos gastos están influenciados por : - El coste de compra : habrá que procurar los precios mínimos. - El gasto de custodia hasta su utilización : conservación de los productos en buen estado, manipulación, contabilidad . - La inmovilización de dinero por exceso de existencias, tanto de materiales para su utilización como de productos acabados . - Los gastos generales de almacén : calefacción, alumbrado, amortización de locales de almacén, los salaríos del personal, los costes y amortizaciones de los equipos y aparatos para la manipulación y las pérdidas por deterioro o caída en desuso . 2.1 .3 .1

Situación y espacio destinado a almacén

La situación del almacén en la distribución de las secciones de producción es de máxima importancia, ya que depende de ello el transporte o distribución . El espacio excesivo, además de ser caro y quitar sitio para el taller, propicia el almacenamiento de elementos innecesarios o de cantidades excesivas . Una buena organización y coordinación de las existencias evitan acumulaciones innecesarias de aquellos materiales de fácil y rápida adquisición y los sobrantes o desechos de materiales que se estropean . 2.1 .3 .2

La organización del almacén

Para lograr un funcionamiento eficaz, es necesario fijar concretamente las normas y procedimientos a seguir, teniendo en cuenta estos tres factores : 1 . Asignación de la autoridad o responsabilidad y la coordinación con los otros departamentos : suele depender del departamento de producción o de control de producción . 25

2. Estudio de una nomenclatura o designación concreta y única para cada clase de material de utilización obligatoria en todos los departamentos . Los materiales normalizados serán designados según las normas generales. 3. Establecer un plan de normalización de los materiales y elementos, conscientes de las ventajas que tienen los elementos normalizados . 2.1 .3 .3

Fichas de existencias

Las fichas de almacén son semejantes a las de la figura 2.3 . En ellas deben anotarse: la fecha de entrada o salida de material ; el proveedor o el destinatario ; la cantidad adquirida y el precio ; la existencia actual y su precio ; finalmente, debe existir una columna de observaciones. Debe aparecer en la ficha las cantidades mínimas de existencias y las cantidades de adquisición normal . Las cantidades mínimas de existencias se calculan teniendo en cuenta el tiempo normal que se emplea en la reposición ; de aquí que se llamen también existencias mínimas de seguridad . En el tiempo de reposición h'ay que contabilizar el empleado por el equipo de control de recepción y la posible devolución del pedido, caso de no reunir las características prescritas . Tener al día esta ficha de existencias es fundamental para evitar paralizaciones o retrasos . 2.1 .3 .4

Vales de pedido

En la oficina de programación se prepara el vale de petición de material . En este vale debe aparecer la fecha de pedido y la fecha para la cual debe estar preparado . Denominaeió7 : :

Materia prima "y"

Unidades : kg Nétodo : LIFO Stock mLninio : 500 kg

Stock máximo : 1 .000 kg

Fig. 2.3

26

Ficha de almacén.

VALE de SALIDA de MATERIAL XPEDIDO POR

REDACTADO EL Día

Nombre : Símbolo:

Año

RECIBIDO

Firma .

EXTRAIDO El Día

Mes

ALMACEN de PROCEDENCIA

Año

sello

A orden

CARGAR

EN

Vote de Tane. o Beneficiario

VISADO APRO . Util N .°

Cantidad pedida

Fig. 2.4

Mes

DENOMINACION DEL

MATERIAL

cra

RObri- Clnse

Cddlgo

Ca .6dad entregado

COUICO UNIOAO

BALANCE después de esto salida

Vale de salida de material.

En el vale debe aparecer claramente la cantidad y el número de producto al cual se destina (fig . 2 .4) . Debe ir firmado por quien tenga autoridad ; de ordinario, por el responsable de producción . No será posible un buen control si cada sección tiene plena autonomía para la acción . Dentro del almacén, el personal subalterno depende del jefe de almacén, el cual establecerá las responsabilidades y los procedimientos de actuación, de acuerdo con el jefe de producción . El jefe de almacén es el que prepara las órdenes para la adquisición de material, que las pasará a compras que es la que lleva a cabo la tramitación con el proveedor . También es el que hace llegar a contabilidad los vales de material servido para ser cargados al trabajo correspondiente. 2 .1 .3 .5

Nomenclaturas

Es incumbencia del jefe de almacén, de acuerdo con el departamento de control de la producción, establecer las especificaciones y nomenclaturas, para que no haya lugar a ambigüedades . Se empieza por clasificar los materiales en grandes grupos, por ejemplo : 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Materias primas (materiales en bruto) . Trabajos en curso de fabricación . Piezas fabricadas y disponibles para montaje . Piezas compradas ya terminadas para montaje . Piezas normalizadas . Productos terminados para expedir.

La forma de establecer esta nomenclatura tiene poca importancia, pero debe satisfacer estos requisitos . 1. teriales 2. 3. 4. 5.

Que los grandes grupos señalados anteriormente comprendan todos los maque tienen entrada en almacén . Que sea concreta y clara . Que sea sencilla y breve . Que sea aceptada y empleada por todos los departamentos y secciones . Que no haya lugar a duplicidad .

2.1 .4

Almacén de herramientas y utillajes

Es normal emplear abreviaturas, pero éstas deben estar estudiadas de tal manera que no conduzcan a error y faciliten rápidamente la localización de los productos. Los elementos normalizados se designarán por la abreviatura de su designación normalizada.

El almacén de herramientas y utillajes es otro de los servicios auxiliares y de alguna manera indispensable en toda empresa de producción . A diferencia del material fungible, las herramientas pueden ser utilizadas de la misma manera repetidas veces, y por tanto al salir de almacén sólo salen en condiciones de préstamo, responsabilizándose a devolverlas el que las pide . La organización de este almacén puede ser muy variada y más o menos compleja . Según los casos puede constar de todas las secciones que seguidamente se señalan, o sólo de algunas de ellas . Estas secciones son : - Proyecto y estudio de herramientas . - Taller de fabricación de herramientas . 27

- Taller de afilado. - Almacén propiamente dicho. - Cuarto de herramientas .

Antes de pasar a describir cada una de estas secciones conviene aclarar que en este apartado el concepto herramienta se trata en sentido muy amplio . Herramienta es cualquier utensilio utilizado para hacer algún trabajo sobre los materiales, piezas, o productos. Se incluyen aquí tanto los empleados como auxiliares para manipular, como los empleados para fijar, inmovilizar o posicionar y los de cortar porciones de material o conformarlo (matrices, estampas o moldes) . También entran aquí los útiles para verificar o controlar . Es un servicio dependiente de control de la producción . 2.1 .4 .1 . 2.5 Fig

Utillaje especial de taladrar .

Proyecto de herramientas o utillajes

La oficina de utillaje es la encargada de estudiar los accesorios o herramientas especiales previstas por los agentes de métodos y que se especifican en los procesos de mecanizado o en las hojas de operaciones detalladas . A partir de las especificaciones o características señaladas se hace un auténtico proyecto (fig . 2.5) con la particularidad de que al construirse, normalmente, un solo ejemplar para la utilización en el taller, el utillaje debe presentar algunas características esenciales : - Ser eficaz para su misión . - Ser de fácil utilización y no presentar peligrosidad alguna . - Ser barato, ya que sólo será justificable su realización cuando el producto obtenido con él resulte más barato que con las herramientas normales . Para su dise ;o se necesita personal muy especializado y, dado que suele estar muy en contacto con el realizador, la sala de estudio suele estar en el mismo taller . Algunas empresas prefieren encomendar este trabajo a la oficina general de proyectos . 2.1 .4 .2

Taller de fabricación de herramientas Este taller puede estar oganizado y atendido de diversa manera según hayan sido estudiados y preparados los planos del mismo en la sección anterior . Si el estudio está completamente detallado como para un proyecto normal, el taller de utillajes podrá funcionar también con personal normal, dejando el montaje y retoque final a personal muy competente . Si por el contrario el estudio o proyecto se hace sólo en líneas generales, el encargado de realizar el trabajo debe ser un auténtico maestro y ser capaz de realizar todas y cada una de las piezas o elementos que constituyen la herramienta y aun de hacer él mismo el estudio y diseño . Este sistema es difícil de llevarlo a la práctica por la dificultad de encontrar personal suficientemente capacitado . Sea cual sea el sistema empleado, el taller de herramientas suele estar dotado de maquinaria universal de gran precisión y de personal cualificado . Este departamento puede ser el encargado de la preparación de las máquinas automáticas o especiales . 2.1 .4 .3

Taller de afilado

Las herramientas de corte necesitan reafilados periódicos . Para lograr una buena productividad hay que fijar los elementos de corte de acuerdo a la duración de afilado prevista . No es aconsejable la antigua costumbre de hacer que cada operario se afile sus herramientas . Esto sólo es admisible en los pequeños talleres . El taller de afilado debe disponer de máquinas universales o especiales para el correcto afilado de todas las herramientas de corte : brocas, herramientas de torno, fresas, escariadores, etc. 2.1 .4 .4

Almacén propiamente dicho Es el responsable y el guardián de todas y cada una de las herramientas . Tiene una misión y organización similar a la explicada para el almacén de material fungible, añadiéndole la responsabilidad de la recogida de las herramientas una vez que han sido utilizadas y de reponerlas cuando se han agotado, manteniendo al día el inventario de las mismas . El sistema de distribución puede hacerse de varias maneras ; a saber : 1 . El personal de almacén hace la entrega y la recogida de la herramienta al pie de máquina o puesto de trabajo; es el sistema ideal . 28

2. El operario va a pedir la herramienta cuando la necesita y él mismo la devuelve cuando ha terminado de usarla . Sólo puede utilizarse en pequeños talleres, porque se pierde mucho tiempo en traslados . 3. El operario tiene todas las herramientas que necesita en el puesto de trabajo . Esto sólo es posible en trabajos de montaje de pequeños conjuntos . 4. Puede emplearse un sistema mixto, combinación del segundo y tercero . Es decir, el operario tiene las herramientas más normales del puesto de trabajo y pide las especiales cuando las necesita .

Sea cual sea el sistema empleado, es necesario tener un sistema de control para asegurar la devolución de las herramientas, de lo contrario pueden ocasionarse grandes pérdidas por este concepto . Un sistema puede ser el de ficha personal . Cada operario dispone de un número fichas o chapas con su número grabado. Cada vez que pide una herramienta ende trega una chapa que se coloca en el lugar de la herramienta designado en el almacén. Esto tiene varios inconvenientes : 1 . Las fichas se pueden perder (se puede evitar teniéndolas junto al almacén en un tablero) . 2. Se pueden cambiar las fichas entre los operarios. Esto se evita comprobando periódicamente que el número de la chapa corresponde a la persona que hace entrega de ella . Este control debe ser muy estricto, de manera que nadie pueda decir que otro entregó su chapa . Si esto sucediera alguna vez el sistema ya no funcionaría sín problemas. Con este procedimiento se sabe quién tiene la herramienta pero no cuándo se la llevó. Se debe limitar el número de chapas designadas a cada operario para evitar aglomeración de herramientas en un mismo puesto de trabajo . Otro sistema es que al recibir una herramienta se firme un vale (fig . 2 .6). Puede hacerse un documento por triplicado con hojas de distinto color : una se la queda el operario, otra se coloca en un tablero junto al nombre del operario y la tercera en el lugar de la herramienta .

VALE PARA RETIRAR HERRAMIENTAS Nó 6ección : Fresado Operario nc 785

Fig. 2.6

1 .234

Fecha : 20 de marzo de 19xx Estante : IV n .° 35

Vale de almacén.

Con ello se sabe en cada momento quién tiene una herramienta determinada y, además, cuántas herramientas tiene cada uno y cuándo las pidió . Las herramientas rotas o defectuosas sólo son admitidas con un informe del encargado . Así se podrá controlar tanto la calidad de la herramienta como la negligencia del operario . El almacén de herramientas necesita espacio suficiente y adecuado para el perfecto almacenaje y fácil manejo de los útiles (fig . 2 .7) . Cuando el almacén debe atender a varios talleres o se trata de talleres muy amplios, las herramientas podrán distribuirse a través de almacenes auxiliares, llamados también cuartos de herramíentas . 29

Fig. 2.7 Almacén de herramíentas . 2 .1 .4 .5

El cuarto de herramientas

Es un auxiliar del almacén general de herramientas y directamente dependiente de él . Ya se ha dicho que tiene su razón de ser en los grandes talleres o cuando varios talleres dependen de un almacén único. Tiene la ventaja de atender a menor número de personas o puestos y, por tanto su funcionamiento y control es más fácil . Los sistemas de distribución y control deben ser uniformes para todos los cuartos de herramientas . 2 .1 .5

Talleres y secciones

El taller es la función transformadora por antonomasia dentro de la empresa . Los talleres mecánicos se pueden clasificar según su trabajo principal en : Taller de forja y estampación . Taller de mecanizado . Taller de soldadura . Taller de montaje . Taller de fundición . Taller de utillajes. Taller de calderería . Taller de mantenimiento . Según el tipo de industria, cada uno de estos talleres tendrá mayor o menor entidad, pero se puede decir que como taller independiente o como sección existe en toda industria . Por la índole de esta obra, los talleres que aquí más interesan son los de mecanizado, en los cuales el elemento principal es la máquina herramienta .

2 .1 .5 .1

Organización de un taller de mecanizado La eficacia de un taller puede medirse según estos - Costo de fabricación . - Productividad . - Utilidad .

tres criterios básicos :

El costo de fabricación comprende no sólo el precio de mecanizado, montaje, etcétera, sino también el costo del transporte de un puesto de trabajo a otro y el almacenamiento temporal . Puede estar afectado también por la eficacia de los procesos, por el costo de la mano de obra y por la calidad del diseño, etc. La productividad se refiere sólo a la eficacia con que es empleada la mano de obra, es decir, la producción promedio por hora-hombre . Puede obtenerse más máquinas o piezas por hora-hombre empleando maquinaria más costosa o mejor organización, pero esto no significa necesariamente fabricar piezas más baratas . La utilidad es el resultado práctico o beneficio de la empresa que suele depender tanto del costo de fabricación como de la productividad . Estos tres elementos están relacionados entre sí, pero generalmente no puede maximizarse (o minimizarse) simultáneamente . Habrá que estudiar cuál es el más conveniente en cada caso . 30

puede ser : Desde el punto de vista de distribución en planta la disposición del mismo tipo, por ejemplo : 1 . Por proceso . Se reúnen todas las máquinas - Sección de tornos (fig . 2.8) . - Sección de taladradoras . - Sección de fresadoras, etc .

Fig. 2.8

2. nes.

mecánico . Vista general de una sección de tornos en un taller

Por líneas .

Las máquinas se disponen según la secuencia de las operacio-

pieza en la misma máqui3 . Porpieza . Se hace el mecanizado completo de la mecanizado) . na (centro de 2.1 .5 .2

El puesto de trabajo

del taller en los cuales se realiza Se llama así a cada uno de los distintos lugares una tarea concreta . necesarios para lograr su El puesto de trabajo debe tener todos los elementos objetivo . Para su mejor estudio se pueden dividir en : - Puesto de transformación o mecanizado . - Puesto de montaje . - Puesto de verificación .

El primero consta normalmente de (fig . 2 .9) : normales . - Máquina herramienta, con un armario para los accesorios normales y lugar para tenerverificación y de trabajo - Juego de herramientas . no se emplean cuando las a mano durante el trabajo y para guardarlas

Fig. 2.9

Organización del puesto de mecanizado .

- Estantes para las piezas en bruto . - Estantes para las piezas acabadas . Si el taller o sección es grande, dispone normalmente de un sistema de señalización para llamar al encargo de sección para hacerle las consultas pertinentes o a los encargados de material o herramientas para solicitar de ellos lo que se necesita . El espacio debe ser suficiente para poder desenvolverse sin dificultad y sin riesgos para el operario . No ha de olvidarse que el elemento principal del puesto de trabajo es el operario, y que éste debe tener la preparación y dotes necesarias de acuerdo con las responsabilidades que se le exigen y que se le consideran a la hora de la retribución . Si el sistema de disposición para el mecanizado es por líneas, los tiempos y fases deben estar muy bien estudiados para que cada máquina o máquinas atendidas por un operario no interfieran en la marcha de las otras máquinas .

2 .1 .6

El control de calidad

La misión del control de calidad es lograr que los productos realizados en la empresa tengan la calidad y características previstas en el proyecto (fig . 2.10) .

Fig. 2 .10 Departamento de control de calidad.

Hoy día no es admisible esperar a controlar o verificar las características de un producto a que esté completamente acabado . El control debe hacerse ya desde el principio del proceso, en el momento de la adquisición del material y debe proseguir a lo largo del mismo . El control debe atender a las propiedades físicas y químicas, a las dimensiones, a las características mecánicas, etc . 2 .1 .6 .1

Misiones del control de calidad

Las misiones específicas del control de calidad son : 1 . Darla conformidad ala calidad producida. Consiste en aceptar o rechazar los productos fabricados . 2. Medir la calidad real. Consiste en decir cuál es la calidad real obtenida en cada pieza o conjunto . 3 . Controlarla calidad. Consiste en vigilar el curso de la producción desde el primer momento, para detectar los defectos en el mismo instante de producirse . Llegado el caso, manda interrumpir el trabajo o sugiere los cambios necesarios para el aprovechamiento del producto . 4. Garantizar la calidad. Consiste en asegurar la conservación de la calidad del producto a lo largo del tiempo . 2.1 .6 .2

Gastos del control de calidad

Los gastos del control de calidad debe mantenerse en su justo límite . No debe gastarse más que lo indispensable para lograr la calidad suficiente, ya que la mejora de calidad por encima de lo necesario hace crecer rápidamente el coste del control, sin que ello repercuta en la misma proporción en el valor del producto . 32

Hay, sobre todo, una serie de gastos, que pueden evitarse y que habrá que vigilar de una manera especial, como consecuencia de : 1 . Materiales desechados por defectos de mecanizado . 2 . Mano de obra perdida en los productos desechados o en el aprovechamiento de los recuperables por operaciones complementarias . 3 . Gastos suplementarios de inspección en los productos repasados . 4. Gastos de investigación para detectar los defectos y sus causas . 2.1 .6 .3

Organización del control de calidad

Si la organización general de una empresa depende de muchas circunstancias, sucede otro tanto con el control de calidad . Éste dependerá fundamentalmente del tipo de empresa y de los productos fabricados . El jefe o responsable del control de calidad es preferible que sea un técnico antes que un administrativo, ya que comprenderá más fácilmente las dificultades técnicas y su relación con los técnicos de producción será más armoniosa . En cuanto a la dependencia pueden seguirse dos procedimientos : - Que el control de calidad dependa de producción . - Que dependa directamente de dirección . En el primer caso la posición de control, en caso de conflicto, resulta incómoda en muchas ocasiones, ya que debe rechazar los productos realizados bajo la responsabilidad de su propio jefe y, una de dos, o cede en detrimento de la calidad para mantener las buenas relaciones o se mantiene firme en exigir la calidad necesaria, con posibilidad de fricciones con los responsables de la producción . En el segundo caso, al depender de dirección, se evitan los inconvenientes señalados y se puede trabajar con mayor libertad de acción . Para evitar fricciones con producción, el jefe de control debe ser capaz de mantener buenas relaciones con esta función, a la vez que tener una gran personalidad y prestigio. El control consta fundamentalmente de las secciones siguientes :

- Control de recepción, que verifica tanto las materias primas como los elementos comerciales o productos realizados por otras empresas . - Control de proceso. La realización de los controles puede organizarse de muy diversas maneras, pero fundamentalmente se emplea uno de estos dos sistemas : - Control a pie de máquina. El verificador pasa por cada puesto de trabajo y allí comprueba si las dimensiones y calidad son las previstas . Resulta caro si deben hacerse verificaciones completas. Una manera de abaratar el control es implantar el autocontrol, es decir, que el propio operario controle su trabajo . En este caso habrá que estimular al trabajador y darle los medios e información necesarios para que el sistema funcione . - Control al final del proceso . El control se efectúa cuando la pieza está completamente terminada, o cuando se ha terminado una parte importante del proceso .

Para evitar gastos importantes conviene hacer un control antes de operaciones o fases muy costosas . Estos controles suelen hacerse en puestos determinados de control o en el mismo laboratorio de metrología . 2.1 .7

Servicio de mantenimiento

La misión del servicio de mantenimiento es lograr que toda la compleja máquinaria de la empresa esté en condiciones para desarrollar su cometido . Para ello, debe mantenerse en perfecto estado las instalaciones y la maquinaria . Dada la importancia del mantenimiento esta función se estudia más extensamente en el tema 10 . CUESTIONARIO 2.1 2.2 2.3 2.4 2 .5 2.6 2.7

¿Cuáles son las tareas fundamentales de la función técnica? ¿Qué misión desempeña la oficina de proyectos? ¿Cuáles son los cometidos de la oficina de métodos? ¿En qué consiste la programación del trabajo? ¿Qué es la carga de una máquina? Diferencias entre lanzamiento e impulsión . Misión del almacén de materias fungibles. 33

2 .8 Principios básicos de organización de almacenes . 2 .9 ¿Para qué sirve el almacén de herramientas? ¿Cómo actúa? 2 .10 Proyecto y ejecución de utillajes y herramientas especiales . 2 .11 Distribución de máquinas en el taller . 2 .12 Cualidades del puesto de trabajo . 2 .13 Objetivos del control de calidad . 2 .14 Organización del control de calidad . TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO 1 . Dibujar a escala la planta de un taller mecánico y efectuar la distribución interior que debe comprender como mínimo : vestuario, almacén de piezas, almacén de herramientas, control de calidad y taller de fabricación propiamente dicho . El taller citado debe disponer de tornos, fresadoras, taladradoras, rectificadoras, etc ., que se dibujarán a escala según dimensiones indicadas en los catálogos de las casas constructoras . 2 . Estudiar la carga de máquinas durante una semana, de una sección del taller de la propia escuela . Dibujar un planning donde se exprese la serie de trabajos realizados en cada puesto . Analizar los índices de utilización .

3 . Proyectar una hoja para el departamento de control de calidad que sirva para anotar la cantidad de piezas aceptables y desechables de una determinada serie . Para ello deberá tenerse en cuenta, entre otros detalles : - Formato de la hoja . - Número de la pieza y de la serie o pedido . - Cantidad total de piezas . - Cantidad de piezas aceptables y desechables . - Fecha, nombre y firma del verificador . - Observaciones .

Tema 3 .

Procedimientos de conformación sin arranque de viruta

EXPOSICIÓN DEL TEMA Es muy importante para el especialista en máquinas herramientas conocer los procedimientos empleados en la conformación de piezas por otros sistemas diferentes a los empleados en las máquinas herramientas por arranque de viruta . La ma yor parte de los procedimientos que en este tema se exponen sirven para la conformación de las piezas en bruto, para que posteriormente sean mecanizadas en las máquinas que el especialista debe conocer a fondo . Es importante también conocer estos procedimientos a la hora de confeccionar los procesos de fabricación, ya que serán distintos según el origen de la pieza en bruto . Conformación por moldeado

3.1

El moldeado' o fundición es un procedimiento basado en la fusión de los metales y sus aleaciones . Consiste en la preparación de un molde o hueco, con arena, metal u otros materiales, que reproduce la forma de la pieza a fundir, y en el cual se vierte el metal o aleación metálica fundida, dejándolo enfriar hasta su completa solidificación . Existen varias fórmulas para una posible clasificación de los sistemas de moldeado que dependen del criterio empleado . Considerando la naturaleza del molde se puede establecer la siguiente división :

- Moldeado en arena . Puede ser manual o mecánico . - Moldeado especial. Utilizando moldes de resina (moldeado en cáscara) y a la cera perdida . - Moldeado en moldes metálicos. Por gravedad y por presión . 3 .1 .1

eaia

modelo

de moldeado

Moldeado en arena

La construcción del molde requiere la preparación previa de una reproducción casi idéntica a la pieza que se desea fabricar llamada modelo . El modelo se coloca en la caja de moldeado Ifig . 3 .1) y el espacio circundante se rellena de arena especial bien apisonada (fig . 3.1 A), se deja, no obstante un conducto de entrada para el metal fundido, denominado bebedero y otro para la salida del sobrante, llamado rebosadero (fig . 3 .1 B y C) . Una vez el metal fundido ha llenado el hueco dejado por el modelo, se verifica su solidificación (fig . 3.1 D) . Al finalizar ésta, se abre la caja de moldeado y se deshace el molde (fig . 3 .1 E) ; se separan el bebedero y la mazarota que han quedado formando parte de la pieza (fig . 3.1 F), y ésta, una vez limpia y sin rebabas, queda lista para su mecanización posterior, finalizando así el procese de moldeado . Cuando la pieza no es maciza hay que colocar en el interior del molde un macho (llamado también noyo) con la forma del hueco a reproducir (fig . 3.5) . Por consiguiente, la masa fundida ocupará todo el molde menos el espacio correspondiente al macho.

B

aebosadero

jJ

-

e

D

nmarota~l

L

E Fig. 3.1 seguido.

'Muchos autores utilizan el término moldeo, o sea, conformación por moldeo .

35

--bebedero

F~ Moldeado en arena. Procesó ..

3 .1 .1

Moldeado a mano

Comprende la preparación de las cajas de moldeado, la colada, el desmoldeado, la extracción de la pieza y el desbarbado o limpieza . 1 . Preparación de las cajas. En primer lugar se seleccionan las cajas de moldeado en razón del tamaño del modelo a emplear. Se fabrican de fundición rro, aluminio, acero y madera (fig . de hie3.2) . 2. Construcción del molde. Se introduce el modelo en las cajas y se los huecos de arena apisonada (fig . rellenan 3.3 A, B y C) y se extrae el modelo utilizado (figura 3 .3 D) . Finalmente, se preparan los conductos de colada (fig . 3.3 E) . modelo

arena de moldear caja

Fig. 3.2

Cajas de moldeado .

B

D

E

tablero

%~%TT~' %" Jlj

Fig. 33 . Proceso seguldol para e lld moeado de una tapa .

3. Colada . La operación de vertido del metal líquido en el molde se llama colada . Hay tres procedimientos básicos de colada ; a saber : - Colada directa (fig . 3 .4A) . - Colada inferior o de sifón (fig . 3 .4 B) . - Colada lateral (fig . 3.4C) . 4. Moldeado con machos . La preparación de machos o noyos exige el empleo de arenas de composición especial, así como el uso de aglutinantes, Además, es preciso construir una caja de machos para su moldeado . Esta caja es un molde, fabricado del mismo material que los modelos que tiene la forma que se desea dar al macho . Si éste es de forma sencilla y regular (cilíndrica, prismática, la caja es de una pieza. El macho se moldea etc . ), rellenando la caja de arena bien comprimida empuja después por un extremo para extraerlo y se . Los machos de forma más complicada requieren caja partida y, en consecuencia, moldeado por separado de cada parte. Posteriormente, se unen ambas, acoplándolas de clavijas . con ayuda Para mejor comprensión del proceso seguido en el moldeado con machos, la figura 3 .5 ilustra un ejemplo de esta forma de moldeado .

A

Fíg. 3.4 Procedimientos de colada . c

C

F

D

Fig. 3.5 Moldeado con macho: A, pieza a fundir; B, molde en dos mitades ; C, caja para fabricar el macho o poyo ; D, macho o noyo ; E, montaje de modelo en las calas,- G, una vez quitado el modelo colocar el noyo y fundir, H, pieza terminada.

5. Desmoldeado. Una vez que la pieza fundida se ha enfriado, se abren las cajas de moldeado y se destruye el molde . La pieza, con las columnas de colada y mazarotas incorporadas (fig . 3.5H), está lista para pasar a la sección de limpieza y desbarbado . 36

3 .1 .1 .2

Moldeado mecánico

En la moderna producción en serie se sustituyen los métodos manuales por el moldeado mecánico (fig . 3 .6), realizado con maquinaria especializada . La placa modelo es un elemento fundamental del moldeado a máquina . Consiste en una placa de fundición, aluminio u otros materiales resistentes, donde se atornillan los modelos a emplear . A veces los modelos y la placa son de una sola pieza . Las placas modelo llevan los dispositivos de alineación y transporte necesarios para su empleo . Existen tres clases de placa modelo : placa modelo simple (fig . 3 .613) (si el modelo debe ser partido será preciso construir dos placas, una para cada parte) ; placa modelo de doble cara (fig . 3 .6C) y placa modelo reversible (fig . 3 .6 D) . Con frecuencia se montan varios modelos en la misma placa (fig . 3 .7) .

Fig. 3.7

Placa con varios modelos.

D A

B

Fig. 3.6 Moldeado con placa: A, pieza a fundir; B, C y D, diversos modelos de placas; E, montaje en las cajas.

3 .1 .1 .2 .1

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I

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~,El Fig. 3.8 Máquina de moldear por p sión superior.

E

Máquinas para el moldeado mecánico

Hay que distinguir dos operaciones bien diferenciadas : el moldeado, que consiste en rellenar la caja de arena y prensarla y el desmoldeado o separación de la caja y la placa modelo . Las máquinas que realizan ambas operaciones son máquinas de moldear, propiamente dichas ; mientras que las que sólo ejecutan el desmoldeado mecánico son máquinas desmoldeadoras y tienen escaso interés . Se pueden dividir en : máquinas de moldeado por presión, por proyección de arena, por sacudidas y de procedimiento mixto . También existen máquinas para el moldeado mecánico de machos . 1 . Máquinas de moldeado por presión . Constan esencialmente de un cabezal (1) y una mesa de trabajo (2) . El prensado de la arena puede hacerse por la acción del cabezal, llamado prensado superior (fig . 3 .8) ; o por la acción de la mesa, llamado prensado inferior (fig . 3 .9) . El sistema de prensado puede ser manual, electromagnético, hidráulico y neumático .

Fig. 3.10 Máquina de moldeado proyección de arena.

A

Fig. 3.9

B

Máquina de moldear por presión inferior.

2 . Máquinas de moldeado por proyección de arena . Estas máquinas proyectan la arena con fuerza sobre las cajas de moldeado (1), por medio de unas aspas (2) movidas por un motor, siendo innecesario el prensado de la misma (fig . 3 .10) . Esta máquina puede llenar rápidamente cajas de grandes dimensiones ; funciona sin ruido ni vibraciones y su manejo es sencillo . Se emplea, con preferencia para moldear en serie grandes piezas . 3 . Máquinas de moldear por sacudidas. Las máquinas de este tipo apisonan la arena para el moldeado en las cajas por medio de sacudidas de la mesa (1) (fig . 3 .11) . El sistema motriz suele ser neumático . El aire comprimido penetra en el cilindro (2) cuyo émbolo (1) es solidario a la mesa (3), lo que produce su elevación hasta el nivel de la válvula de escape (4), cerrando en este instante la válvula de entrada (5) ; entonces, el émbolo desciende brusca37

Fig. 3. 11 Máquina de moldear por cedidas: 1, émbolo ; 2, cilindro, 3, mes -4, escape ; 5, entrada.

mente y la mesa experimenta una sacudida, adecuadas para moldear piezas complicadas reiniciándose inmediatamente el ciclo . Son muy . 4 . Máquinas de moldear mixtas . A fin de combinar los efectos del moldeado por sión y por sacudidas existen máquinas prede acción mixta . La primera fase del trabajo cudidas, con lo cual se logra un buen es por saapisonado de las capas de arena junto al molde gunda fase permite el correcto apisonado . La sede las capas superiores de arena por el dimiento de presión . proce5 . Máquinas para el moldeado mecánico de machos. Las más empleadas son extrusón y las de soplado neumático . En las las de primeras, la arena procedente de una tolva introduce en la caja de machos por medio se de un tornillo sin fin . Las máquinas de soplado tienen la caja de inyecta arena impulsada por aire comprimido . machos acoplada a una tobera, por donde se de aire ; es decir, el aire a presión contenido Algunas de estas máquinas actúan por disparo en un depósito se expansiona instantáneámente al abrir una válvula de disparo, lo que provoca un arrastre súbito de arena que se la caja de machos . Por medio de anhídrido comprime en carbónico se endurece el macho moldeado . 3 .1 .2 Procedimientos especiales de moldear

Bajo este título se van a estudiar unos cuantos procedimientos de moldear que, debido al equipo empleado, al proceso seguido, o a la precisión alcanzada, pueden clasificarse como especiales, lo cual no significa necesariamente que sean de empleo limitado . Estos procedimientos son : -

Moldeado Moldeado Moldeado Moldeado

en cáscara (She# molding) . a la cera perdida (microfusión) . Mercast . al CO Z .

3 .1 .2 .1

Moldeado en cáscara (Shell molding) En esencia, el procedimiento consiste en la obtención de un molde o coquilla arena y resina a partir del modelo de de la pieza donde se efectuará la colada . Para la formación del molde o coquilla se aprovecha la propiedad que tienen ciertas resinas fenálicas de endurecerse bajo la acción del calor . Estas resinas actúan como aglomerantes de la arena de sílice, exenta de arcilla y de grano fino . El modelo de la pieza se construye ordinariamente en dos mitades y se fija cada una ellas a una placa metálica, con los canales de de colada, mazarotas y marcas de macho, si falta . hacen La placa modelo se calienta a unos 200° y se le aplica una capa antiadherente a base parafina o silicona (fig . 3 .12A) . A continuación de formando en pocos segundos un caparazón entra en contacto con la mezcla de moldeado, sólido o cáscara de 5 a 7 mm de espesor ra 3 .1213) . La placa, con la cáscara adherida, (figues sometida finalmente a un calentamiento a 350° en un horno apropiado durante unos tres a cinco minutos . Terminada la cocción, se para la cáscara del molde (fig . 3 .12C) y se unen selos semimoldes obtenidos con cola, pinzas, tornillos o por otros medios . El molde así formado se introduce en una caja de moldear, nando el espacio circundante con tierra vieja relle(fig . 3 .12D) y se procede a colar el metal . Las ventajas principales que se obtienen por este procedimiento son la precisión geométrica y dimensional (las tolerancias son del orden del 0,5 %) .

A

BF

3 .1 .2 .2

C-H

Fig. 3.12 Moldeado en cáscara.

Moldeado a la cera perdida (microfusión) Es uno de los procedimientos más antiguos de fundición y que, debidamente perfeccionado, sirve para producir gran variedad de piezas de elevada precisión (del 0,2 % a 0,5 % de tolerancia), pequeño tamaño y forma muy complicada ; imposibles de obtener por otros sistemas de moldear . Es un procedimiento adecuado para colar aleaciones duras al Cr-Ni, Cr-Ni-Mo y al Co. El proceso a seguir es, a grandes ragos, el siguiente : 1 .° Se construye un modelo de la pieza en latón o bronce con el máximo esmero y contando con las contracciones y dilataciones que se han de producir (fig . 3 .13A) . 2° Empleando el modelo construido, se funde un molde con aleación de bajo punto fusión al Bi-Sn (fig . 3 .13 B) . El molde también de puede ser de acero ; en este caso no se precisa modelo original . 3° En una prensa de inyección especial se ayuda del molde metálico preparado (fig . 3 .13C)obtienen modelos de cera o poliestireno con . 4° Los modelos son montados en conjuntos de colada llamados racimos (fig . 3 .13 menos que, por su tamaño, justifiquen un D) a tratamiento individualizado . 5° Los racimos de modelos se introducen en un baño cerámico (fig . 3 .13E) seguido de un arenado cuidadoso ; todo ello a temperatura controlada . 38

Fig. 3. 13

Moldeado a la cera perdida.

Ewr

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1-

6° Se introducen los racimos, ya revestidos, en unas cajas de acero que se rellenan de arena ; se comprime ésta por vibración y se extrae el aire y la humedad excesiva en una cámara de vacío . En una estufa a 100° se funde la cera o se consume el poliestireno (modelos perdidos) y seguidamente se cuecen los moldes en unos hornos a 1000°, con lo que desaparecen los últimos residuos de materia de los modelos perdidos, al mismo tiempo que la cáscara cerámica adquiere la solidez y resistencia necesarias (fig . 3 .13 F) . 7° Se cuela el metal en el molde bajo ligera presión y se aspira el aire contenido para facilitar el llenado (fig . 3 .13G) . de lim8° Una vez solidificado, se rompen los moldes y las piezas pasan a las secciones (fig . 3 .13 H) . pieza y desbarbado Se puede deducir fácilmente que, por la complejidad del proceso, su aplicación sólo será conveniente en la fabricación de pequeñas piezas de precisión, de forma complicada, de conformación difícil o imposible por otros procedimientos . 3.1 .2 .3

Moldeado Mercast

3 .1 .2 .4

Moldeado al C02

Puede considerarse como una variante del método a la cera perdida . La cera o poliestireno son sustituidos por mercurio . La precisión alcanzada en los detalles es superior a la de la microfusión .

En realidad no es un verdadero sistema de moldeado, sino más bien un tratamiento aplicable a los moldes y machos de arena, para suprimir su calentamiento o cocido . 3 .1 .3

Moldeado en moldes metálicos

Los moldes metálicos o coquillas sustituyen con ventaja a los de arena en el moldeado por gravedad cuando hay que fabricar grandes series de piezas . Otro sistema es la colada a presión en unos moldes fabricados a tal efecto . 3 .1 .3 .1

Fundición a coquilla

Este procedimiento consiste en sustituir los moldes de arena en la fundición ordinaria por gravedad, por moldes metálicos . Las coquillas se componen de dos partes principales (fig . 3 .14) : - El cuerpo del molde (4) que da forma exterior a la pieza ; en todos los casos

siempre es metálico . - Los machos o núcleos (5) que determinan las cavidades o entrantes de las piezas ; éstos pueden ser metálicos o de arena . 1 . Cuerpo exterior del molde . El cuerpo del molde está formado por dos o más partes, según la complejidad de las piezas a obtener . Las partes del cuerpo separadas entre sí por una junta vertical, se denominan placas (4) . La parte horizontal recibe el nombre de plantilla o pedestal (6) . Las plantillas, además de cerrar el molde por la parte inferior, sirven de apoyo y guía de las placas (4) . En los moldes sin pedestal se centran las placas por medio de clavijas o pasadores . 39

Fig. 3. 14 Molde para fundir a coquiiw con pedestal : l, chaveta; 2, pitón dei' pe y centraje; 3, bebedero ; 4, placas ;:~rnacho ; 6, pedestal, 7, mangos; 8, piez','

2. Núcleos de las coquillas. Los núcleos o machos (5) pueden ser metálicos o de arena ; los metálicos deben ser de forma ligeramente cónica para facilitar la extracción . A veces, los núcleos se construyen en varias piezas .

3.1 .3 .2

Fundición a presión

La fundición a presión se diferencia de los procedimientos ordinarios en que la colada no se realiza por gravedad, sino que se inyecta a presión (fig . 3.15) en el molde (7) y (8) el metal previamente fundido (2) . Este procedimiento permite fundir piezas (12) de forma complicada con aristas pronuny espesores mínimos . La superficie de las piezas resulta limpia y sin defecto . YoraconmoaSel materialciadas , debido a la presión, resulta más compacto, sus propiedades mecánicas mej hta un 20 % con respecto a los metales colados por gravedad . primera fase

3 .1 .3 .3

Matrices para fundición a presión

Reciben el nombre de matrices los moldes metálicos utilizados para la fundición a presión (fig . 3.16) . La elevada presión y temperatura que deben resistir exige el empleo de materiales y detalles en su construcción totalmente distintos a los empleados en el moldeo a coquilla .

segunda fase

is

Fig. 3,16 Componentes de una matriz para fundir a presión. 1, parte fija de la máquina, 2, taladros de guía ; 3, orificios de refrigeración ; 4, bebedero ; 5, hueco del molde; 6, pivotes de centrado; 7, macho; 8, matriz fija de cubierta ; 9, matriz móvil de eyección ; lo, mazarota ; 11, barras expulsoras ; 12, punzón; 13, placa de eyección ; 14, carro móvil; 15, Pieza obtenida .

Constan normalmente de cuatro elementos principales : - Matriz fija de cubierta (8) . - Matriz móvil de eyección (9) . - Placa de eyección (13) . - Macho (7) .

tercera fase

Fig. 3. 15 Proceso de fundición a presión de una pieza : 1, depósito; 2, material líquido ; 3, émbolo ; 4, cilindro ; 5, resorte ; 6, entrada o bebedero; 7, placa, 8, contraplaca; 9, expulsor; 10, resorte expulsor; 11, varillas de expulsión; 12, pie za fundida.

1 . Matriz fija de cubierta (8) . Se fija a la mesa de la prensa . Lleva moldeada una o varias caras exteriores de la pieza a fabricar (5), pero nunca debe llevar machos o salientes, deben ir siempre en la matriz móvil (9), para que que la pieza fundida (15) quede agarrada a esta matriz . 2 . Matriz móvil de eyección (9) . Debe ir sujeta a la parte móvil o carro de la máquina (14) . Lleva el saliente principal de la pieza (7), en el que queda prendida, y del que es extraída por las barras de eyección o expulsión (11) . Lleva guías (6) de acoplamiento a la matriz de cubierta también los conductos de colada (4), las (8) y los conductos de refrigeración (3) .

3. Placa de eyección (13) . Contiene los dispositivos de extracción de la pieza . Consta de unos punzones (11) fijos a esta placa que atraviesan la matriz de eyección (9) y empujan la pieza fundida (15), obligándola a desprenderse del molde . 4 . Macho (7) . El macho debe separarse una muchos sistemas ; por ejemplo, véase el de la figura vez que ha cumplido su misión . Hay 3 .17 . La matriz fija (8) lleva una barra inclinada (16), que nación del macho lateral (17) . Al iniciarse la separaciónpenetra en un orificio de la misma inclientre la matriz fija (8) y la móvil (9), la barra inclinada (16) levanta el macho lateral (17), quedando la pieza (15) libre para ser extraída por las barras de eyección (11) . Al terminar la extracción y juntarse las matrices, el macho vuelve a su posición inicial .

3 .1 .3 .4

Máquinas para la fundición a presión de cámara fría

La fundición a presión se efectúa siempre por medio de máquinas con circuitos hidráulicos o neumáticos que realizan automáticamente las siguientes fases (figura 3 .18) : 40

- Fase 1. Cierran el molde (7) y (8), colocan los machos en posición y la máquina se prepara para inyectar . - Fase 2. Inyectan el metal (15) con la presión necesaria . - Fase 3. Abren las placas (7) y (8) y extraen la pieza (15) una vez fundida . Son varios los procedimientos de inyección ; en la figura 3.18 se puede ver el esquema de funcionamiento del dispositivo de colada de una máquina de cámara fría con inyección horizontal .

primera fase

segunda fase

Fig. 3.17 Sistema de retroceso de machos : 4, bebedero ; 7, macho; 8, matriz fila de cubierta ; 9, matriz móvil de eyección ; 11 barras expulsoras; 13, placa de eyección ; 15, pieza obtenida ; 16, vástago de guía; 17, macho.

Fig. 3.18 Proceso de fundición a presión con dispositivos de colada e inyección horizontal: 1, depósito ; 2, líquido; 3, émbolo ; 4, cilindro ; 5, vástago de presión ; 6, casquillo de gula ; 7, matriz fija ; 8, matriz móvil; 9, varillas de guía ; 10, varillas expulsoras; 11 placa expulsora; 12, muelle ; 13 y 14, entrada y salida del circuito hidráulico ; 15, pieza a obtener. 3 .1 .3 .5

Máquinas de cámara caliente

En este sistema la cámara de presión se encuentra dentro del recipiente de metal fundido . Esto solamente es posible cuando el metal en estado líquido y a elevada temperatura no ataca a los materiales de la cámara de presión . Hasta ahora únicamente se han podido colar, por la razón expuesta, aleaciones de estaño, plomo y cinc . El equipo de colada consiste (fig . 3 .19) en un horno de mantenimiento (1), con un crisol (2) en cuyo interior está la cámara de presión (3) dotada de un cilindro oleohidráulico (4), cuya misión es inyectar metal fundido y aspirar la cantidad necesaria para el ciclo siguiente, en la carrera de retorno . La penetración del metal en el molde tiene lugar a través de la boquilla (5) .

Fig. 3.19 Máquina de cámara caliente . Detalle del crisol y órganos de inyección. 3 .1 .4

Operaciones de acabado de las piezas fundidas

Las piezas fundidas, después de la colada, deben pasar por unas operaciones de acabado para eliminar los restos de arena, rebabas, bebederos y mazarotas adosados . Dichas operaciones son de dos clases : limpieza y desbarbado . 41

3.1 .4 .1

Limpieza de piezas fundidas

Tiene por objeto eliminar los restos de arena adheridos a las piezas . Se realiza por : - Proyección de arena cánicamente (fig . 3.20) .

o granalla,

a presión en cámaras apropiadas, manual o me-

- Rotación, en un tambor adecuado . La limpieza se verifica por choque mutuo, aunque a veces se añaden pequeñas piezas de fundición que multiplican los efectos de la operación - Chorro de agua a presión (hasta 160 at) en unas instalaciones de ciclo continuo (figura 3.21) . El operario dirige la boquilla de proyección desde el exterior de la cabina, sobre la pieza situada encima de la plataforma giratoria . El agua licas al depósito de decantación para su recuperación arrastra la arena y las partículas metáposterior.

Fig. 3.20

Fig. 3.21 Máquina de limpieza por proyección de arena.

3 .1 .4 .2

Desbarbado de piezas fundidas La eliminación de las grandes rebabas, bebederos y mazarotas se efectúa con ayuda de aparatos diversos, una vez limpias las piezas . Para las rebabas se emplean cinceles neumáticos o muelas de disco . Los bebederos y mazarotas se cortan con sierra de disco abrasivo y los restos se eliminan por amolado. 3 .2

sopladora

A sopladora aplastada

soplacYUra soldada

Fig. 3.22 Eliminación de cavidades internas por el forjado .

Máquina de limpieza por proyección de agua .

Forjado

La conformación por deformación plástica aprovecha la capacidad de deformación de los metales para provocar en ellos desplazamientos de masa, más o menos acusados, según las características del metal y la temperatura de aplicación del proceso. Como consecuencia de ello se produce también una alteración de la estructura interna del metal y la modificación de sus propiedades mecánicas . Es un procedimiento de conformación por deformación plástica en el que, además de los esfuerzos exteriores, se emplea energía térmica ; es decir, es un procedimiento de trabajo en caliente . La acción combinada de energía mecánica y calorífica provoca cambios muy acusados de sección y crea una macroestructura fibrosa . La forja puede ser libre o con estampa . La primera no impone ninguna forma específica a la herramienta ; la segunda requiere la construcción de una estampa, que reproduce la forma y dimensiones de la pieza a forjar . Los efectos de la forja son los siguientes : - Eliminación de defectos internos . El aplastamiento de la masa del metal produce el aplastamiento de las cavidades internas, cuyas paredes, si no están oxidadas, se unen íntimamente quedando perfectamente soldadas (fig . 3 .22) . De la misma forma, las segregaciones, por efecto de la presión y el calor combinados, resultan disminuidas, mejorando la homogeneidad del material . - Afinado del grado. Depende de la temperatura de trabajo y de la velocidad de deformación . En unos casos se logra disminuir el tamaño del grano y en otros se logra una mejor disposición de las fibras . En ambos casos mejoran las propiedades mecánicas del metal . 3 .2 .1 Forjado a mano No tiene importancia industrial . Se efectúa dando forma al metal candente con un martillo de forja o con un mallo. La pieza que se forja se sujeta con unas tenazas o a mano y se apoya en un bloque de acero llamado yunque . 42

Con ayuda de diversas herramientas se puede realizar toda una serie de operaciones de forja : estirado, recalcado, estampado, curvado, punzonado, etc . 3 .2 .2

Forja mecánica

La conformación por forjado de grandes piezas o el forjado en serie se realiza siempre con la ayuda de máquinas . Si el trabajo de deformación es por choque, se llaman martinetes, si es por presión, se llaman prensas . Las diferentes variantes de cada una de ellas se pueden ver en el cuadro adjunto : Martinete mecánico Trabajo por choque (martinete)

Martinete neumático L Martinete de vapor

Trabajo por presión (prensa)

Mecánica

r De caída De ballesta

Fig . 3.23 Martinete o martillo pilón : travesaño ; 2, maza ; 3, montante ; 4, yu que ; 5, fundación .

De compresor externo Autocompresor De simple efecto De doble efecto Excéntrica De fricción

Hidráulica 3 .2 .2 .1

Martinete para la forja mecánica

El martinete, martillo pilón o simplemente martillo trabaja por impacto de una maza (2), de caída libre o forzada, sobre la pieza a forjar apoyada en un yunque (4) (fig . 3 .23) . La forma de accionar la maza es lo que sirve para diferenciar los martinetes . 1 . Martinete mecánico . caída libre o de ballesta .

El sistema de propulsión de la maza es mecánico . Puede ser de

- De caída libre (fig . 3 .24) . El mecanismo levanta la maza a una altura determinada y en este punto la suelta, cayendo aquélla por su propio peso .

Fig . 3 .24

Martinete de caída por cinta

- De ballesta (fig . 3 .25) . En este martinete se emplea una ballesta para absorber las reacciones que se producen tras los golpes . 2 . Martinete neumático . En el martinete neumático, la maza es solidaria al émbolo de un cilindro neumático . Los hay de dos tipos : el autocompresor y el de compresor externo o neumático propiamente dicho . - Autocompresor (fig . 3 .26) . El motor del martinete mueve el mecanismo de bielamanivela (7) de un cilindro compresor (6) ; el aire así comprimido pasa al cilindro de utilización (4) a través de las válvulas (5) que controlan la carrera de la maza (2) por medio del pedal (1) . - De compresor externo (fig . 3 .27) . El aire comprimido llega al cilindro de trabajo (4) procedente de un compresor independiente . El mando de este cilindro se efectúa por medio de un distribuidor (2), controlado por una combinación de palancas que maneja el operario . Puede ser de simple efecto, si únicamente levanta la maza (que después cae por su propio peso), y de doble efecto, cuando además la impulsa con fuerza en la carrera descendente .

Fig . 3.25 Martinete de ballesta .

Fig . 3.26 Martinete autocompresor : 1, pedal de control; 2, maza; 3, émbolo ; 4, cilindro de trabajo ; 5, válvula distribuidora ; 6, cilindro compresor; 7 bielamanivela .

Fig . 3.27 Martinete de compresorexterno : 1, palanca de control; 2, distribuidor ; 3, émbolo ; 4, cilindro de trabajo ; 5 maza . 43

3 . Martinete a vapor. Es muy semejante al martinete neumático. Se construye de simple efecto y doble efecto . Los martinetes grandes son de dos montantes y de simple efecto, porque la acción de caída libre de la maza es suficiente para producir el golpe necesario. 3.2 .2 .2 Prensas para forja mecánica

La diferencia fundamental con el martinete estriba en la forma de aplicación de la fuerza deformadora . La maza es sustituida por un carro o corredera que actúa por presión progresiva . Además, la corredera de la prensa está siempre bajo control, cosa que no ocurre en el martinete de caída libre . La prensa empleada puede ser mecánica o hidráulica . 1 . Prensa mecánica . La más utilizada es la de fricción (fig . 3.28 A) . La prensa de excéntrica tiene aquí escasa importancia ; en cambio es muy empleada para la estampación en frío de la chapa .

Fig. 3.28A Prensa de fricción . 1, polea; 2, discos ; 3, embrague ; 4, volante; 5, husillo ; 6, corredera; 7, yunque; 8, pa lanca de mando .

En la prensa de fricción, la fuerza cie prensado se obtiene a partir de la energía cinética del volante (4) que la transmite a la corredera (6), unida a él por un husillo (5). El movimiento alternativo de la máquina lo proporcionan dos discos (2) desplazables, que mueven el volante en uno u otro sentido, según sea el disco que trabaja . La transmisión del movimiento es posible gracias a la fricción de la superficie frontal de los discos con la periferia del volante, que lleva una llanta de material adecuado . 2. Prensa hidráulica . La presión de trabajo es suministrada por uno o más cilindros oleohidráulicos (fig . 3 .285) cuyos émbolos están unidos a la corredera (4) . La carrera de retroceso está asegurada por unos cilindros auxiliares (2) .

Otros órganos de la prensa son las válvulas de mando, las bombas de impulsión del fluido y los acumuladores . Estos últimos son unos dispositivos capaces de contener aceite a alta presión y que actúan como depósitos de reserva de potencia . Casi todos son hidroneumáticos ; es decir, la precompresión la realiza un compresor de aire y el aire comprimido, a su vez, comprime el aceite . 3 .3

Fig. 3.288 Prensa hidráulica . 1, cilindro principal; 2, cilindros auxiliares; 3, maza; 4, corredera; 5, yunque.

Estampación en caliente

No es más que un forjado mecánico en el que se emplea un molde o estampa para conformar la pieza . La estampa se compone de dos partes (fig . 3.29A) que se acoplan ordenadamente, ya que hay que aumentar las dimensiones en previsión de la contracción que se produce . También es preciso prever unas salidas de material (fig . 3 .2913) para asegurar que el llenado de la estampa es correcto . La rebaba producida se eliminará en una operación posterior (fig . 3 .29C) .

s

C

Fig. 3.29 Proceso de estampación : A, disposición de la estampa; B, pieza conformada con salida de inatenál; C, eliminación de la rebaba en un troquel adecuado.

Por este procedimiento se fabrican gran cantidad de piezas forjadas, con notable precisión y rapidez, quedando listas para las operaciones de mecanizado posterior por arranque de viruta como, por ejemplo, el cigüeñal de la figura 3.30. 3 .4

Fig. 3.30

Cigüeñal estampado.

Estampación en frío

Hasta hace relativamente poco tiempo era un procedimiento de conformación reservado para los metales dúctiles como el plomo, el estaño, etc ., así como para aceros de bajo contenido de carbono en piezas pequeñas . Actualmente es posible estampar en frío aceros aleados bajo ciertas condiciones ; éstas consisten básicamente en un recocido previo y una preparación especial de las superficies . Asimismo, es imprescindible usar prensas hidráulicas, de ciclo de trabajo ampliado, que permiten dosificar al máximo el esfuerzo deformador . 44

3.5

Recalcado

Es una variante de la estampación, que se realiza en frío y en caliente y que consiste en la acumulación de material en una zona determinada de una pieza ; normalmente en un extremo (fig . 3.31) . Se realiza en prensas horizontales de doble efecto y en prensas hidráulicas con dispositivo calefactor (para el recalcado en caliente) . Es el procedimiento habitual de obtención de las cabezas de los tornillos, pernos (figura 3.32), etc.

3 .6

Recalcado .

Estampado rotativo

Es un procedimiento moderno de conformación en el que la pieza es sometida a sucesivas compresiones por varias estampas, situadas alrededor de un eje, que giran en sentido axial y simultáneamente . Puede emplearse en caliente o en frío, aunque es más normal este último procedimiento. Con este método se obtienen diversos perfiles exteriores o interiores (en este caso con ayuda de un mandril) (fig . 3.33) . La precisión alcanzable es excelente, llegando a IT 7 en interiores y a IT 11 en exteriores . Además, la acritud superficial conseguida, cuando se verifica en frío, hace innecesarios los tratamientos térmicos posteriores para aumentar la resistencia mecánica . 3.7

Fig. 3.31

Fig. 3.32 Obtención de la cabeza de u perno por recalcado.

Laminación

Es un procedimiento de forja continua que consiste en modificar una masa metálica haciéndola pasar entre rodillos superpuestos, que giran en sentido inverso . La laminación se efectúa normalmente en caliente ; sin embargo, existe la lamina ción en frío . Los metales laminados en frío adquieren acritud y deben someterse al recocido al final de la operación, e incluso en una etapa intermedia . Por medio del laminado se transforman los lingotes metálicos en semielaborados comerciales, aptos para su empleo directo o para servir de base a nuevas elaboraciones . (Ver tema 5 de Tecnología del Metal 1. 1 y película concepto de lingotes y laminados del maletín Mecánica 1). 3.7 .1

Laminador

Es todo órgano mecánico que realiza la laminación . Un laminador elemental (figura 3 .34) estaría constituido por las siguientes partes : dos o más cilindros, normalmente horizontales (1) ; un bastidor (2) que soporta las ampuesas (3) o asientos de los cilindros ; y un sistema de ajuste de los cilindros formado por espárragos roscados, llamados tornillos de presión (4) . Todo el conjunto recibe el nombre de caja de laminación, cuyo bastidor puede ser de una pieza (caja cerrada) o desmontable (caja abierta) . Como es lógico, los cilindros son las piezas fundamentales del laminador . La superficie lateral o'de laminación (fig . 3 .35) puede ser lisa o acanalada y se llama tabla ; los puntos de apoyo en las ampuesas son los cuellos ; luego están los muñones, uno de los cuales está conectado a los mecanismos de accionamiento . Los cilindros se construyen de fundición o acero, según el trabajo que tengan que realizar: fundición ordinaria, para cilindros preparadores ; fundición dura (420 HB), para cilindros acanalados de laminación de chapas y redondos ; acero forjado al Mn, para desbaste y acero aleado al Cr-Ni-Mo, para laminación de perfiles . 3 .7 .1 .1

Fig. 3.33 Estampado rotativa Obter ción de un perfil interior.

Fig. 3.34 Esquema de un laminador: cilindro ; 2, bastidor; 3, arnpuesa ; 4, tornillo de reglaje .

Tipos de laminador

Además del modelo elemental de dos cilindros, existen numerosas variantes, tanto en el número como en la situación de los mismos . - Dúo. Es el tipo elemental. Está compuesto por dos cilindros de ejes horizontales (figura 3.36 A) ; pueden ser reversibles o no . El cilindro superior suele ser algo mayor que el inferior, por lo cual, al ser mayor su velocidad periférica, las fibras de la barra forjada en contacto con él se mueven a velocidad algo superior . El resultado es que la barra tiene tendencia a doblarse hacia abajo y, al apoyarse siempre en el soporte, no necesita guía . 45

Fig. 3.35 Cilindros laminadores: 1, ta bla; 2, cuello; 3, muñón.

- Trío. Son cajas de tres cilindros horizontales colocados en un mismo plano (figura 3 .3613) . Con este laminador puede hacerse laminado continuo . - Doble dúo. Está compuesto por dos cajas dúo, cuyos ejes verticales son paralelos (fig . 3 .36 C) . - Cuarto . Se compone de cuatro cilindros horizontales situados en un mismo plano vertical . Los cilindros exteriores son de apoyo y los interiores son los verdaderos cilindros de laminación (fig . 3 .36D) . Se emplea para el laminado en frío de la chapa . - Múltiple . Se compone de múltiples cilindros (fig . 3 .36 E) . - Universal. Dispone de cilindros horizontales y verticales (fig . 3 .36F) .

3.7 .1 .2

Tren de laminación

Es una agrupación de varios laminadores o cajas relacionadas entre sí, de modo que el material a laminar pasa sucesivamente por cada una, hasta completar el ciclo de elaboración (fig . 3.37) . Fíg. 3.36 Clases de laminadores : A, dúo ; B, trío ; C, doble dúo ; D, cuarto ; E ; múltiple ; F, universal.

Fig . 3.37

3.7 .2

Tren de laminación .

Laminación del acero

Se emplean para ello varios trenes, que se clasifican según el producto obtei nido :

Fig. 3.38. Perfil de los cilindros de Blooming : A, europeo ; B, americano .

- Tren Blooming . Es un tren desbastador para el tratamiento de lingotes de acero . Produce el tocho (bloom) de sección cuadrada, de 120 a 500 mmz de sección . Los cilindros Blooming llevan una serie de canales, cuya disposición y medidas varían según se trate del modelo europeo o americano (fig . 3 .38) . El tren Slabbing es una variedad parecida, destinada a laminar la petaca (slab) de hasta 1800 x 300 mm ; es frecuente el tren mixto BloomíngSlabbing para tocho y petaca, indistintamente . - Tren de palanquilla . Sirve para reducir el tocho, desbastado en el Blooming, convirtiéndolo en palanquilla, semiacabado de sección cuadrada de 40 a 125 mmz . - Tren comercial. Sirve para la obtención de los perfiles laminados comerciales . Cuando sirve para laminar perfiles de grandes dimensiones, se llama tren estructural. El producto de partida es el tocho o desbaste del B/ooming en sus diversas medidas . Es un tren continuo de catorce a dieciocho cajas, repartidas en tres etapas : desbaste, intermedia y acabado . La figura 3 .39 muestra las secciones sucesivas de algunos perfiles comerciales que se laminan en este tren . - Tren para chapa . Lo hay para chapa gruesa, que trabaja con la petaca del Slabbing ; existe el tren para laminación en caliente, que trabaja de forma continua, a partir de llantones y también tren para la laminación en frío de la chapa, a partir de chapa gruesa laminada en caliente y decapada . El producto final es una chapa fina de menos de 1,5 mm de espesor y con un acabado superficial superior .

3 .7 .3

Laminación del aluminio

El aluminio se lamina, a partir de placas obtenidas por fusión, en un tren dúo por medio de pasadas sucesivas, cuidando que la temperatura no baje de 300° y lubricando con aceites insolubles . Si se desea obtener chapa de aluminio, el acabado se efectúa en frío y es entonces cuando el aluminio adquiere la dureza y resistencia requeridas .

3 .7 .4

Laminación del cobre

El cobre y sus aleaciones se laminan en caliente en un tren dúo y deben ser decapados al final de la operación . Fiq . 3.39 Secciones sucesivas para la fabricación de diversos perfiles laminados en el tren estructural.

Los desbastes decapados se sueldan entre sí de manera que formen una banda de gran longitud que se lamina en frío hasta 2,5 mm . Una vez hasta 0,5 mm en trenes cuartos continuos, lubricandorecocida y decapada, puede rebajarse con una emulsión adecuada . 46

3.8

Procedimientos especiales de laminación

En este apartado se hace referencia a ciertos métodos de acabado por laminación y que, desde luego, poco tienen que ver con la laminación convencional . Los órganos laminadores son discos, cilindros o placas, cuyo perfil es'reproducido por laminación en la pieza que se trabaja . La aplicación más conocida es, quizás, el roscado por laminación (figura 3.40) . La fibra de las roscas laminadas tiene características mecánicas superiores a la de la rosca tallada, porque es continua y no interrumpida (fig . 3.41) por el corte de la herramienta ; además es más com pacta y dura por efecto de la compresión superficial.

3.9

Fig. 3.40

Laminado de roscas .

Extrusión

Es la operación en la cual una masa de material dúctil fluye a través de un orificio por medio de un impacto o una fuerte compresión, ocasionada por un émbolo o punzón, para formar una pieza de sección constante, hueca o no, y cuya longitud depende básicamente de la aportación de material efectuada (fig . 3.42) . Por este procedimiento se obtienen perfiles o tubos de secciones perfectamente uniformes y excelente acabado . La extrusión puede hacerse en caliente o en frío . 3.9 .1

Extrusión en frío

Como indica el enunciado, la extrusión se realiza en frío, obligando a una porción de material, colocada en el fondo de una matriz, a deformarse plásticamente, extendiéndose entre las paredes de ésta y las del punzón que la comprime . Para ello se requiere el empleo de materiales muy dúctiles y de presiones de actuación muy elevadas, generalmente aplicadas por impacto, ya que el calor generado favorece la fluencia . La extrusión en frío se realiza por flujo directo o extrusión directa, o por flujo inverso o extrusión inversa.

Fig. 3.41. Disposición favorable de las fibras metálicas en una rosca laminada-

1 . Extrusión directa (fig . 3 .43) . El punzón de extruir entra holgadamente en la matriz, excepto en la zona del cuerpo propiamente dicha, en la que ajusta perfectamente con ella . Al presionar el material, éste fluye hacia adelante, entre las paredes del punzón y la matriz . Fig 3.42 Extrusión : 1, punzón ; 2, cori . tenedor; 3, metal; 4, matriz ; 5, pieza ex-,-' truida .

Fig. 3.43 Extrusión en frío . Método directo: 1, punzón ; 2, matriz ; 3, preforma de metal; 4, pieza extruida .

2 . Extrusión inversa (fig . 3.44) . Es la variante más empleada . El punzón desciende con fuerza sobre la pastilla de metal depositada en el fondo de la matriz y, al chocar contra ella, el material fluye hacia arriba (en sentido contrario al avance del punzón) llegando a una altura que depende del impacto y del juego de funcionamiento . La pieza extruida permanece agarrada al punzón y es expulsada por un extractor en el retroceso. Como la extrusión en frío se efectúa a temperatura inferior a la de recristalización, el metal adquiere acritud, tanto más acusada cuanto mayor sea la deformación sufrida . Esto se traduce en un incremento de la dureza y la resistencia a la tracción, mientras que disminuyen otras propiedades . Para la extrusión en frío se emplean prensas mecánicas de fricción y de rodillera y prensas hidráulicas para piezas grandes construidas en metales resistentes ; para metales dúctiles se utilizan prensas horizontales de rodillera. Con éstas últimas se fabrican : cápsulas, tubos, envases para aerosoles, etc . 47

Fig. 3.44 Extrusiónen frío . Método inver-' so : 1, preforma, 2, punzón ; 3, matriz ; 4, '" pieza extruida ; 5, extractor .

3 .9 .2

Extrusión en caliente

El material metálico, a una temperatura comprendida entre la de fusión y la de cristalización, es comprimido fuertemente contra una matriz de forma, fluyendo a través de ella, con lo cual adquiere la forma de la sección recta del orificio de la matriz .

Fig. 3.45 Partes esenciales de una prensa de extrusión en caliente : 1, cióndro; 2, émbolo ; 3, punzón ; 4, contenedor; 5, matriz; 6, portamatriz ; 7, bastidor; 8, perfil extruido ; 9 y 11, discos lim piadores; 10, material.

La extrusión en caliente se realiza en prensas especiales, generalmente horizontales, accionadas hidráulicamente . Sus órganos de trabajo fundamentales son (fig . 3 .45) el punzón : de extruir, conectado al émbolo del cilindro principal ; el contenedor o cámara de compresión ; la matriz y el cabezal fijo donde ésta va fijada . La potencia de las prensas de extruir es considerable, llegando a las 12 000 t . Con frecuencia llevan acumuladores hidroneumáticos para aumentar la presión y la velocidad de trabajo . 3 .9 .2 .1

Procedimientos de extrusión en caliente

Son básicamente dos : prensado directo e indirecto . 1 . Extrusión directa . El tocho metálico (1) (fig . 3 .46 A) es colocado en posición por el mecanismo de carga (2) junto con un disco de empuje (3) . A continuación (fig . 3 .46 B), el punzón (4) introduce el disco de empuje y el tocho metálico en el contenedor (5), comprimiéndolos fuertemente contra la matriz (6) (fig . 3 .46C) . Como consecuencia de ello, el tocho metálico caliente se deforma plásticamente y fluye por el orificio de aquélla . En el siguiente paso, el émbolo retrocede a la posición inicial, donde se le adapta un disco limpiador (7) (fig . 3 .46 D) ; entretando, una cizalla o sierra (8), incorporada a la prensa, separa el material extruido de un residuo o culote (9) que, finalmente (fig . 3 .46E), será expulsado, junto con los discos de empuje y limpiador, por el propio punzón .

A

Fig. 3.46 Extrusión directa : A, preparación ; B, barca; C, extrusión, D, separación del culote ; E, expulsión de residuos .

2 . Extrusión inversa . El tocho metálico (1) (fig . 3 .47 A) es colocado en posición por el brazo de carga (2) e introducido en el contenedor (4) por el punzón de carga (3) . Seguidamente, se monta la matriz (5) (fig . 3 .47 B) en el portamatrices, situado delante del contenedor y no detrás (recuérdese la extrusión directa) y se cambia el punzón de carga por un punzón de extruir hueco (6) . La extrusión la realiza el punzón hueco (fig . 3 .47C) comprimiendo el tocho caliente y la matriz contra el disco de empuje (7) ; el material fluye hacia atrás, en sentido contrario al avance relativo del punzón . A continuación, cuando el contenedor ocupa la posición más adelantada, se corta el culote (8) con una sierra o cizalla (9) (fig . 3 .47D) . Después retrocede el contenedor a una posición intermedia (fig . 3 .47 E) y se coloca en la punta del punzón un disco limpiador (10) . Finalmente (fig . 3 .47F), un nuevo avance del contenedor permitirá la expulsión de la matriz junto con el disco limpiador .

48

i

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I

II

Fig. 3.47 Extrusión inversa : A, preparación; B, carga y colocación de la matriz ;C, extrusnn; D, separación del culote ; E, preparación final; F, expulsión de la matriz .

Estirado y trefilado

Son dos procedimientos de conformación por deformación plástica casi idénticos que consisten en hacer pasar el material de aportación por una matriz o hilera de forma determinada . La temperatura de trabajo es inferior a la de recristalización (fig . 3 .48) . La diferencia entre ambos procedimientos estriba en la finalidad perseguida : en el estirado se efectúa la reducción de la sección para obtener formas y dimensiones determinadas ; en el trefilado se desea reducir la sección (normalmente circulan al máximo . Tanto el estirado como el trefilado requieren una serie de condiciones tecnológicas que deben cumplirse inexcusablemente ; a saber :

Fig. 3.48 Deformación plástica por es-°" tirado y trefilado.

- Escalonamiento adecuado de las reducciones de sección. Por tratarse de un proceso de conformación en frío es preciso vigilar para que no se superen los límites que impone cada material, ya que la acritud adquirida provocaría la rotura de la barra o de los órganos de trabajo (fig . 3 .49) . - Construcción de la matriz o hilera, según las exigencias del trabajo. Esto implica dureza y pulido adecuados, así como un ángulo de entrada correcto (para el acero, varía entre 8 y 20°) . - Materia/ de aportación de buena calidad. superficie exterior desprovista de cascarilla .

Es decir, libre de defectos internos y con la

- Utilización del lubricante adecuado . Para disminuir el rozamiento entre la matriz y el material, lo que se traduce en un mejor acabado y en una reducción de las solicitaciones de tracción que aquél debe resistir . 3.10 .1

Proceso operativo en el estirada

A grandes rasgos es el siguiente :

- Decapado del material. Para eliminar la suciedad y los óxidos superficiales se introduce el material en una solución diluida de ácido sulfúrico o clorhídrico, lavándolo después con agua a presión . - Estirado . Antes de introducir un extremo de la barra de aportación en la matriz o hilera se afila la punta por martillada rotativa o por torneado . Después se pasa el extremo afilado a través de la matriz y se engancha al carro móvil del banco de estirar (fig . 3.50) por medio de las tenazas de que dispone .

Fig. 3,50

3.

Esquema de un banco de estirar.

Máquinas Nerrermentas 23

Fig. 3.49 Reducción escalonada de la sección en el estirado .

El estirado se realiza a notable velocidad (20 a 50 m/min) con las modernas hileras de metal duro . - Acabado. En el acabado se endereza y pule la barra estirada y se corta el extremo afilado . A veces se le da un recocido final contra actritud, aunque también puede intercalarse entre dos pasadas de estirado . Por estirado se fabrican barras calibradas de acero y metales no férreos de hasta 6 m de longitud . Los perfiles de formas diversas sirven, con frecuencia, para la obtención de piezas sueltas por troceado transversal de la barra . Los perfiles calibrados hexagonales se emplean en la fabricación de tornillos y tuercas por arranque de viruta . 3 .10.2

Proceso operativo en el trefilado

Es muy semejante al estirado y tiene por objeto la fabricación de alambre . Comprende, en esencia, las siguientes fases :

- Decapado, Los rollos de fermachine -producto básico para la obtención de alambre- deben limpiarse superficialmente, tal como se hacía en el estirado, o bien por medios mecánicos, haciendo pasar el material por varias poleas que le someten a flexiones muy agudas, lo que ocasiona el desprendimiento de la cascarilla, que es totalmente eliminada por unos cepillos metálicos . Esta operación tiene lugar de forma automática en una máquina descasca ril¡adora . - Trefilado. Una vez el material está limpio y bien engrasado, pasa al banco de trefilar (fig . 3 .51) . Esta máquina es, en esencia, una unidad autónoma, compuesta por una devanadera donde se coloca el rollo de fermachine, una bobina de arras tre que tira del alambre y lo enrolla convenientemente y la hilera de trefilar por donde pasa el fermachine y se reduce su sección .

Fig . 3.51 trefilar .

Esquema de un banco de

Ahora bien, casi nunca se construyen bancos de trefilar simples o de una sola hilera . Lo normal es que éstas se agrupen de modo ordenado, de manera que cada una ocasione una deformación más acusada hasta completar el ciclo de trefilado en una sola máquina o banco. - Acabado. El alambre así obtenido tiene una elevada acritud . Para mejorar su tenacidad se le somete a un recocido contra acritud en hornos de campana de atmósfera controlada . Este recocido se intercala en el proceso de trefilado si éste lo exige . A veces el alambre sufre un rectificado cuidadoso para eliminar los defectos superficiales y dejarlo a la medida exacta . Con frecuencia recibe acabado superficial por revestimiento : galvanizado, esmaltado, niquelado, cromado, etc. El trefilado tiene una enorme importancia industrial . Se trefilan, entre otros, el acero dulce (de bajo contenido de C) para la obtención de toda clase de alambres (ataduras, telas metálicas, etc . . .), los aceros semiduros y duros (puntas, clavos, agujas, muelles, etc. . .), los aceros aleados, el cobre, el aluminio, el bronce, etc.

3.11

Fabricación de tubos metálicos

Aunque la fabricación de tubos no constituye ningún método de conformación particular, sino que participan en ella, como se verá, muchos de los procedimientos explicados hasta ahora y otros que se estudiarán más adelante, se ha creído oportuno introducirla aquí, antes de pasar a la conformación de la chapa, dándole el tratamiento que requiere su excepcional importancia industrial . 50

Los procedimientos más extendidos para la fabricación de tubos, en sus cuatro categorías fundamentales, son : Tubos abiertos

{ Por perfilado mecánico

Tubos engrapados

{Por perfilado-engrapado mecánico

Tubos soldados

Eléctricamente Oxiacetilénicamente A tope con boquilla A tope con rodillos Fundidos (centrifugado)

Tubos sin soldadura

Perforados

Con mandril Sistema Mannesmann Mecanizados

Extruidos 3 .11 .1

Tubos abiertos y engrapados

Son tubos fabricados en frío a partir de la banda de chapa en máquinas perfiladoras . Los bordes de unión no cierran herméticamente sino que se dejan haciendo contacto a tope (fig . 3 .52) o engrapados (fig . 3 .53) ; en este caso el proceso es algo más laborioso . Como es natural, estos tubos no sirven para el transporte de fluidos ; sólo tienen aplicación en carpintería metálica . 3 .11 .2

Tubos soldados

Los tubos fabricados en frío, partiendo de banda de chapa, pueden soldarse por diversos procedimientos : 1 . Tubos soldados eléctricamente . La unión estanca de los bordes se consigue por soldadura eléctrica, ya sea por inducción o por arco . Ambos procedimientos se realizan en máquinas complejas formadas por varias unidades autónomas . Una máquina tipo consta (figu ra 3 .54) de la unidad perfiladora para doblar la chapa, la unidad soldadora propiamente dicha, la unidad enderezadora y la guillotina final para cortar longitudes adecuadas, puesto que el proceso es continuo . Los tubos soldados eléctricamente se usan para el transporte de fluidos cuya presión no supere las 10 atm y para construcciones metálicas .

Sección AA' Fig. 3.54 Tren continuo para la fabricación de tubo soldado. l, devanadera ; 2, unidades perfiladoras ; 3, hileras, 4, soldador, 5, calibrador; 6, guillotina .

2 . Tubos soldados oxiacetilénicamente. La conformación del material se realiza como en los casos precedentes ; varía únicamente el procedimiento de soldadura, ejecutado por un autómata dotado de soplete y metal de aportación . Este procedimiento suele reservarse a los tubos de gran diámetro . 3 . Tubos soldados a tope con boquilla . El material calentado previamente es introducido en una boquilla en forma de bocina (fig . 3 .55) que lo obliga a curvarse, y al apretar los bordes entre sí se produce su soldadura a tope.

Fig. 3 .55 Fabricación de tubos por soldadura a tope con hilera o bocina .

-Ki

51

4 . Tubos soldados a tope con rodillos. Es un procedimiento (fig . 3 .56) más perfecto que el anterior y adecuado para fabricar tubos de mayor diámetro . La conformación de la banda de chapa caliente la realiza un tren perfilador ; luego, unos rodillos soldadores sueldan por presión los bordes del tubo a tope o a solape, según los casos .

Fig. 3.56 Fabricación de tubos soldados a tope por medio de rodillos de conformación progresiva .

3.11 .3

Tubos sin

soldadura

Tal como su nombre indica, son tubos sin costura y, en consecuencia, toda su sección recta tiene una calidad homogénea . Son aptos para el transporte de fluidos a presión superior a las 10 atm y a muy altas presiones en algunos casos (tubo hidráulico) . Se emplean mucho como material de base en la fabricación de piezas por arranque de viruta . Los procedimientos seguidos para su elaboración son los siguientes : - Tubos fundidos. Casi siempre centrifugados . Son un ejemplo característico los tubos de fundición de hierro para conducción de agua y alcantarillado .

- Tubos perforados (sistema Mannesmann). Es un procedimiento muy ingenioso basado en la compresión de una barra (2) en estado plástico entre dos cilindros (3) de ejes no paralelos (fig . 3 .57) que giran en el mismo sentido y hacen avanzar al tubo formado . Esto origina un flujo circular del material que crea en el centro de su masa un agujero que va agrandándose progresivamente . Al mismo tiempo un punzón calibrador (1) lo ajusta al diámetro apropiado . Posteriormente son necesarios nuevos calibrados de acabado en bancos a propósito para afinar y terminar los tubos . - Tubos mecanizados . Se parte de un macizo que se taladra con broca o barrena . Tiene escaso interés por ser un método antieconómíco . Fig . 3.57 Fabricación de tubos sin soldadura por el precedimiento Mannesmann .

- Fabricación de tubos por medio de rodillos cónicos. Es un procedimiento semejante al sistema Mannesmann con la diferencia de que el avance del tubo se realiza por medio de discos cónicos en lugar de rodillos . - Tubos sin soldadura fabricados por extrusión . Es un sistema muy adecuado para fabricar tubos de aleación ligera o aleaciones de cobre . Se realiza por extrusión directa en caliente . Una vez extruido, el tubo se desoxida y se trefila en frío .

3.11 .4

Calibrado de tubos

Los tubos sin soldadura laminados en caliente carecen de la precisión necesaria en muchos casos . Para conseguirla hay que someterlos a un acabado en un banco de estirar o en un laminador de paso de peregrino .

Fig . 3.58

Calibrado de tubos por estirado, con mandril .

En el primer caso (fig . 3 .58) se hace pasar el tubo por una matriz de estirado que calibra el diámetro exterior, mientras que el interior se obtiene por la acción simultánea de un mandril . El laminador de paso de peregrino (fig . 3 .59) está formado por dos rodillos de garganta de ancho variable y cuya sección recta no es circular, sino que tiene forma de leva . El laminado (en frío) se efectúa en dos etapas : la primera comprende el avance del tubo y de la barra interior (fig . 3 .59A), y la segunda consiste en el laminado efectivo del exterior del tubo, que se alarga en sentido contrario al de su avance (figs . 3 .59 B, C y D) .

B

Fig. 3.59

3 .12

C

D

Funcionamiento del laminador de paso de peregrino .

Troquelado de la chapa

El corte de la chapa por troquel se efectúa con un utillaje especial, compuesto esencialmente de una matriz y un punzón que ajusta en ella (fig . 3 .60) . Las partes principales de que consta un troquel cortador son (fig . 3 .61) : mango o vástago portapunzones (1 ) ; placa de freno o de tope de los punzones (2) ; placa portapunzones (3) ; punzones (4) ; placa guía de los punzones o extractor (5 ) ; banda de material (6) ; guías laterales (7 A) ; tope retensor (S) ; placa matriz (9) ; base o placa portamatriz (10) ; columnas de guía (11) ; muelles (12) ; tornillos (13) y casquillos de guía (14) . 52

Fig. 3.60

Fig. 3.62 Troq(,,' doblador con ma'í' basculante : A, esque ma ; 8, pieza fabri da .

Secuencias de la operación de troquelado .

7,9

pieza

7A

7A

matriz

Fig. 3.63 embutir.

Esquema de un troquel

Fig. 3.64

Embutición progresiva .

Fig. 3.65 una pieza.

Proceso de embutición ; o r

7,4

Fig. 3.69

Troquel cortador.

El troquel de la figura se llama de corte progresivo porque los punzones entran en acción sucesivamente sobre un punto de la tira de chapa, a medida que ésta avanza a través del troquel . 3 .13

Doblado y curvado de chapa con troquel

El doblado consiste en transformar una chapa plana en otra de perfil diverso sin variación de su espesor (fig . 3 .62) . El curvado es una variante del doblado y se llama así porque el perfil obtenido es curvilíneo . 3.14

Embutido de chapas

El embutido a máquina es una variante del estampado. El embutido de la chapa consiste en darle una forma ahuecada, por deformación de la chapa, tal como vasos, cartuchos, etc ., o en general, la forma de una superficie cualquiera no desarrollable (fig . 3.63) . Se efectúa por medio de troqueles o estampas de embutir. El embutido, según los casos, se puede hacer en frío o en caliente . Cuando se hace en frío, si la superficie se aparta mucho de la forma plana, suele hacerse la embutición en dos o más operaciones sucesivas entre las cuales se da un recocido intermedio para eliminar la acritud producida por la operación anterior (fig . 3.64) . Estas operaciones se realizan en prensas. En la figura 3.65 se ha representado gráficamente el proceso de embutición de una pieza sencilla . 3 .15

Abombado

Las estampas de abombar ensanchan las partes inferiores de recipientes previamente embutidos (fig . 3.66) . 53

primera operación

Fig. 3.66

3 .16

segunda operación

Troquel de abombar.

Reducido

Esta operación consiste en disminuir el diámetro de una pieza en una parte de su longitud (fig . 3.67) .

placa

pieza Primera operación

Fig. 3 .67

3.17

Troquel de reducir .

Acuñado

Es la operación por la cual se produce un relieve en una pieza por medio de una estampa (fig . 3 .68) (recuérdese el acuñado de monedas) . pieza

r

/iL19 .y1~~~1 IIS49r

NR~O1.

Fig . 3.68

1

a-

3.18

Procedimientos de soldadura

La soldadura es un procedimiento de unión permanente entre metales, producido con aportación de calor, con o sin presión, y con aportación de metal o sin ella . Sus ventajas principales son la estanquidad, la resistencia mecánica, la resistencia a la corrosión y el escaso volumen que ocupa . Las variedades más importantes son : -

rx~í%

Acuñado de una pieza .

Soldadura blanda y fuerte . Soldadura autógena . Soldadura eléctrica por arco . Soldadura eléctrica por resistencia . Sistema de gas inerte (sistema WIG y MAG) .

Los sistemas de soldadura blanda y fuerte, autógena y eléctrica y soldadura eléctrica por resistencia se explicaron en cursos anteriores . La forma de unir las piezas por soldadura se puede ver en el apartado 5.4 de Técnicas de Expresión Gráfica 2.3 . Metal. Con la unión por soldadura de piezas sencillas se pueden confeccionar piezas de forma complicada con un ahorro considerable de material . 3 .18 .1

®xicorte

El corte de los metales puede realizarse por la acción de un chorro de oxígeno sobre una delgada franja de material previamente calentada a lo largo de la línea de corte. 54

El oxicorte puede realizarse de forma manual o de forma automática ; el oxicorte de forma manual se explicó en cursos anteriores . - Oxicorte automático . El oxicorte puede realizarse a máquina (fig . 3.69) . El cabezal de corte va montado sobre un carro que se mueve sobre unas guías. Dicho carro lleva un cabezal lector que recorre el contorno de una plantilla. Los movimientos del cabezal lector se transmiten al órgano de corte, que actúa sobre la chapa o material a cortar, reproduciendo con precisión la forma de la plantilla . Para grandes producciones se emplean máquinas de cabezales múltiples. 3 .18.2

Soldadura automática por arco

Hay diversos procedimientos, según sea el cabezal soldador o las piezas a soldar las que se desplacen . La soldadura por desplazamiento del cabezal soldador tiene un carro móvil con una bobina de varilla metálica desnuda, que actúa de metal de aportación, y un depósito de fundente granulado, que se va depositando en el punto preciso (fig . 3.70) . Tanto el carro como el electrodo continuo, tienen movimiento automático . Hay otros sistemas en los que el cabezal es fijo, mientras las piezas son accionadas por un mecanismo de traslación . 3 .18.3

tolva

bobina del electrodo -

Métodos especiales de soldadura por arco

Modernamente, para casos difíciles, para lograr mayores rendimientos o para lograr mayor velocidad, se emplean algunos sistemas en los que se utiliza un gas protector en vez de los desoxidantes . Este gas desplaza del lugar de la soldadura al aire ambiente, evitando así la oxidación de la soldadura .

fundente

1 . Sistema de gas inerte o sistema WIG. Un electrodo de wolframio o tungsteno sirve para producir el arco (fig . 3.71) ; este electrodo se desgasta muy lentamente . El metal de aportación se suministra a mano, igual que se hace al soldar con el soplete de gas . El gas protector se hace salir alrededor del electrodo de tungsteno . Se emplea, ordinariamente, gas argón que es inerte . La figura citada presenta el esquema de una boquilla del sistema WIG . (WIG = Wolframio-/nerte-Gas) .

pieza,

Fig. arco .

3.70

Soldadura automática po,

2. Sistema MAG. Este método (fig . 3.72) difiere del WIG en que el electrodo es la misma varilla de aportación (al igual que el electrodo en el sistema convencional) . Esta varilla puede ser de diámetros comprendidos entre 0,8 mm y 2,4 mm ; se alimenta automáticamente con una velocidad adecuada . El gas protector suele ser CO Z, que resulta muy barato . También puede emplearse una combinación de varios gases. El gas se hace llegar por la misma boquilla en el mismo punto de la soldadura. En la figura citada se representa una boquilla MAG (MAG = Metal-Activo-Gas) . 3.19

Procedimientos especiales de conformación

Algunos procedimientos de conformación escapan a una clasificación convencional, ya sea por la misma naturaleza del sistema, ya sea por su carácter novedoso o su empleo muy especializado . Entre ellos se estudiará la sinterízación, la electroerosión y el mecanizado por ultrasonidos . 3.19.1

Fig. 3.71 Soldadura en atmósfera gas inerte (WIG).

d

Sinterización

Es un procedimiento de conformación que pertenece al campo de la pulvimetalurgia o metalurgia de los polvos metálicos. Consiste en la obtención de piezas por medio del prensado de polvo metálico muy fino en moldes adecuados y su posterior calentamiento por debajo del punto de fusión . El proceso se divide en tres partes : - Fabricación de los polvos metálicos. - Compresión en frío de los mismos dentro de moldes especiales . -- Sinterízado de las piezas obtenidas . 1 . Fabricación de los polvos metálicos. Existen dos procedimientos básicos : mecánicos y físico-químicos . Los métodos mecánicos son, a su vez : el molido, empleado para quebrantar los metales frágiles en molinos de bolas o martillos ; la atomización, a base de dirigir un chorro de aire o agua a presión sobre una masa 55

fig. 3.72 Soldadura tegida (MAG) .

en atmósfera pro

metálica fundida ; el pulverizado, obtenido por proyección violenta de un chorro de metal líquido sobre un disco irregular que gira a gran velocidad. Los procedimientos físico-químicos son la electrólisis y la reducción de óxidos. El primero consiste en la obtención de partículas metálicas por electrólisis que se depositan en el fondo del baño ; el producto resultante se muele con gran facilidad . El segundo presupone la fabricación de óxidos metálicos, casi siempre más frágiles que el metal base, que se pulverizan por medios mecánicos. El polvo de óxido se reduce con hidrógeno u óxido de carbono . Es el único procedimiento que permite obtener polvos de tungsteno y molibdeno. Hay todavía otros procedimientos, pero son de aplicación especial .

Fig. 3.73 Prensa hidráulica MEYER para la compresión en frío de polvos metálicos.

2. Compresión en frío de los polvos . Se realiza en moldes metálicos por medio de prensas hidráulicas (fig . 3.73) . La compresión produce un efecto parecido a la soldadura en frío . La pieza obtenida tiene una densidad menor que sus componentes ; esta densidad, que se puede llamar aparente, depende de la presión de trabajo . También ocurre que su distribución no es homogénea ; es decir, las partes cercanas a los punzones son más compactas que las del interior de la pieza . Las prensas empleadas llevan aparatos dosificadores para servir la cantidad de material necesaria en cada compresión . La pieza resultante es expulsada por efecto de un sistema hidráulico o neumático situado en la base del molde . En la figura 3 .74 se puede observar el proceso de fabricación realizado por este procedimiento . 3 . Sinterizado . Las piezas preformadas por compresión en frío tienen escasa consistencia y no pueden emplearse tal cual . Para mejorar sus propiedades las piezas deben calentarse a una temperatura estudiada o temperatura de sinterización . El sinterizado consiste en la únión íntima de las superficies de contacto de los granos, hasta conseguir una recristalización total, de forma que cada partícula pierde su identidad para diluirse en una estructura global totalmente nueva, sin llegar, en ningún caso, a la fusión del metal. La sinterización se efectúa en hornos continuos de atmósfera controlada, para impedir la oxidación de las piezas . Para alcanzar una mayor compactación, en algunos casos ésta se realiza de modo simultáneo con la sinterización . Sin embargo el utillaje, que debe ser refractario, es muy caro . Después del sinterizado las piezas son sometidas a ciertas operaciones de acabado y tratamientos térmicos, si así lo exige la función de las mismas . 4 . Aplicaciones de los materiales sinterizados . carse las siguientes :

Fig. 3.74

Compactación de los polvos metálicos.

Entre otras, merecen desta-

- Piezas difíciles de obtener por moldeado, estampación o mecanizado . Piezas de composición muy ajustada (no se olvide que el sinterizado permite dosificar exactamente los porcentajes de cada elemento) . - Plaquitas y piezas de metal duro, imanes, etc . - Cojinetes autolubricados . Tienen naturaleza porosa ; esto permite la impregnación del cojinete con aceite lubricante, hasta un 30 % de su volumen, por inmersión en baño y al vacío . - Piezas en grandes series cuando es plenamente rentable la fabricación de los moldes necesarios . En la figura 3.75 se muestran piezas diversas obtenidas por sinterización.

Fig. 3.75 Piezas diversas obtengas por sinterización

56

3.19 .2

Electroerosión

El mecanizado por electroerosión consiste en la eliminación de partículas de material electroconductor por la acción de descargas eléctricas . Estas descargas eléctricas se producen entre un electro-útil y la pieza, sumergidos en un líquido dieléc trico, de forma que se produce un hueco en el material con la forma exacta del electroútil . 1 . Principio físico de funcionamiento. El principio físico en que se basa es el arco eléctrico que salta entre dos polos, representados por la pieza y el electroútil (fig . 3 .76), conectados a un generador de corriente continua que a través de una re sistencia R carga un condensador en paralelo C. Cuando la tensión alcanza un determinado valor, se produce la descarga e inmediatamente vuelve a iniciarse el ciclo .

Fig. 3.76 Esquerna de funcionarnientde la electroerosionadora . ,.

2. Descripción de una máquina de electroerosión . Las máquinas de electroerosión son máquinas muy precisas ; su disposición exterior es la de la figura 3 .77 A . Lo esencial de las mismas son los carros, la cubeta de trabajo, el cabezal, el husillo porta-útiles rotativo, el motor de ajuste y la bancada, con todos los dispositivos de generación eléctrica de alta frecuencia . El cuadro de mandos permite controlar el avance automático, la profundidad alcanzada (con detención automática), el nivel y temperatura del dieléctrico, etc . . . 3 .19.3

Mecanizado por ultrasonidos

Se basa (fig . 3 .78) en la acción desgastadora producida por partículas abrasivas proyectadas por la vibración de un útil metálico que avanza contra la pieza con una pequeña presión, rigurosamente constante . La vibración es de alta frecuencia y poca amplitud ; las partículas abrasivas están contenidas en una mezcla con agua o petróleo y suelen ser de óxido de aluminio o carburo de silicio. El desgaste interior del útil es importante pero casi nulo lateralmente ; la precisión dimensional alcanzable es de 0,005 mm . Fig. 3.77 Electroerosionadora ELt-' RODA : l, bancada, 2 y 3, carros ; 4, ct_ beta ; 5, portaútil; 6, cabezal; 7, órgano' 3 de control.

CUESTIONARIO 3.1 Clasificación general de los procedimientos de conformación por moldeo . 3.2 Moldeado en arena . Descripción del proceso seguido en una pieza sencilla . 3.3 Sistemas de colada . 3.4 Empleo de machos en el moldeado . 3.5 Indicar los procedimientos especiales de moldear . 3.6 Máquinas empleadas en la fundición a presión . 3.7 Máquinas empleadas en el forjado mecánico . 3 .8 Clases de estampado . 3.9 Indicar y describir los diversos tipos de laminadores . 3.10 Sistemas de extrusión . 3 .11 Utillaje empleado en la extrusión. 3.12 Diferencias entre estirado y trefilado . 3.13 Procedimientos de fabricación de tubos soldados . 3.14 Procedimientos de fabricación de tubos sin soldadura. 3.15 Procedimientos de estampado de la chapa . 3.16 Indicar los procedimientos generales de soldadura. 3.17 Empleo del oxicorte en la preparación de piezas en 3.18 Métodos especiales de soldadura por arco . Explicar de los sistemas WIG y MAG. 3 .19 Sinterizado . Proceso general . 3.20 Sistemas físico-químicos para la obtención de polvos metálicos. 3.21 Fundamentos físicos de la electroerosión . 3.22 ¿En qué consiste el mecanizado por ultrasonidos?

TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO 1 . A propuesta del profesor -que presentará varias piezas sencillas- estudiar los posibles sistemas de fabricación que podrían emplearse en cada caso . Comparar dificultades y costos estimados y sugerir, si fuera oportuno, las modificaciones a introducir en el diseño de las piezas para hacer posible un determinado procedimiento de fabricación sin alterarla en lo fundamental. 57

Fig. 3. 78 Mecanizado por ultrasonido: 1, oscilador ; 2, transductor o transformador de resonancia ; 3, núcleo de che:-pas de níquel, 4, arrollamiento eléctrico 5, cono de transmisión ; 6, núcleo df magneto estrictos; 7, sonotrodo ; borraba ; 9, líquido con abrasivo ; 10, p; . lanca; 11, piñón.

Tema 4.

Máquinas herramientas . Elementos constructivos de carácter general

EXPOSICIÓN DEL TEMA La clasificación de las máquinas herramientas admite numerosas soluciones . Todas ellas válidas, según sean los criterios utilizados en cada caso . No obstante, al margen de la división efectuada, siempre es posible establecer unas partes comunes a todas las máquinas herramientas, con independencia de sus múltiples formas constructivas. 4.1

Elementos constructivos

Los componentes de las máquinas herramientas pueden agruparse de la siguiente manera : - Elementos de sustentación . Son los que actúan de soporte de todo el conjunto y permiten asentar sólidamente la máquina . A este grupo pertenecen : la bancada, la base, el montante, etc . - Elementos móviles. Se apoyan en los elementos de sustentación a través de diversos sistemas de guiado y sobre ellos se instalan, con frecuencia, las piezas a mecanizar . Entre los principales elementos móviles cabe citar los diferentes carros de las máquinas . - Elementos de accionamiento . Proporcionan la energía necesaria para realizar el trabajo encomendado. Actualmente, la mayoría de ellos son -motores eléctricos. - Elementos de transmisión. Son los órganos que transmiten o transforman el movimiento de accionamiento . Pueden ser mecánicos, hidráulicos, neumáticos, eléctricos y electrónicos . - Elementos de mando. Permiten controlar, automática o manualmente, el movimiento de la máquina y la carrera de trabajo .

- Elementos accesorios . Son los que actúan de elementos complementarios y sirven para realizar funciones secundarias, tales como refrigeración, iluminación, alimentación, etc . El estudio comparativo de las máquinas herramientas según los grupos indicados permite un conocimiento profundo y, a la vez, una interesante visión general de aquellas, en lo que atañe a los órganos componentes, tarea que se va a realizar en los puntos sucesivos con la atención requerida . 4 .2

Bancadas

Las bancadas o bastidores son los elementos de sustentación más característicos . Su importancia es fundamental para el correcto funcionamiento de la máquina herramienta . 58

La forma y dimensiones de una bancada se determinan considerando su rigidez, estática y dinámica, la invariabilidad, la facilidad de mecanización y montaje, la comodidad de empleo y también los factores estéticos. 4.2 .1

Rigidez de una bancada

Se comprende fácilmente que una bancada que se deforme por efecto de las fuerzas originadas durante el trabajo de la máquina, será la principal responsable del mecanizado defectuoso que se produzca . Por consiguiente, la forma y dimensiones de una bancada obedecen mucho más a la necesidad de limitar las deformaciones a valores muy pequeños que a razones de resistencia mecánica . Dichos valores están muy por debajo de los que se admiten en la construcción corriente . Las bancadas de las máquinas herramientas están sometidas, casi siempre, a solicitaciones compuestas de flexión y torsión, lo que hace recomendable la sección anular o tubular en forma de cajón cerrado, provisto de nervaduras longitudinales y transversales (fig . 4.1) . Casi siempre es necesario construir bancadas con aberturas diversas, lo que reduce la rigidez de las mismas y obliga a emplear tapas atornilladas con objeto de que la pérdida sea mínima . La ejecución de bancadas de una sola pieza no es siempre posible y, en este caso, hay que construir varios elementos ensamblados por medio de pernos y pasadores de referencia (fig . 4.2) . La rigidez de la máquina depende, además de la bancada, de la solidez y perfección del apoyo de la misma en el suelo . Es necesario que dicho apoyo o fundación sea de hormigón y que el enlace con la bancada se realice con pernos de empo tramiento adecuado, previa verificación de las condiciones de equilibrio con un nivel de precisión. La rigidez dinámica (resistencia a la vibración), se obtiene con un buen diseño de la bancada y con el empleo de material adecuado . En este sentido, la fundición es muy conveniente por tener un módulo de elasticidad bajo . También dan buenos resultados los apoyos elásticos, especialmente en montajes ligeros (Ver tema 9) . 4 .2 .2

Bancada de un torno.

Invariabilidad

Es una cualidad complementaria de la rigidez y se refiere a la permanencia de la precisión dimensional y geométrica de la bancada. Por esta razón, es indispensable someterla a tratamientos térmicos, previos a la mecanización definitiva, que eliminen las tensiones internas producidas en la colada -en el caso de bancada de fundición- o por el proceso de soldadura -caso de bancada soldada- . Las variaciones ocasionales, como consecuencia de las dilataciones que origina una fuente de calor, pueden llegar a ser importantes. De ahí la necesidad de refrigerar los mecanizados duros y de separar los depósitos de aceite -en las máquinas con equipo oleóhidráulico- del bastidor, para que el calor del fluido no se transmita a la máquina . 4.2 .3

Fig. 4. 1

Fig. 4.2 Bancada compuesta de unafresadora : 1, base o zócalo ; 2, cuerpo .,

Finalidad de construcción y empleo

El material más empleado en la fabricación de bancadas es la fundición de base perlítica . El uso de la fundición permite obtener secciones cerradas y de formas complicadas con relativa facilidad . Es resistente al desgaste y se mecaniza con facili dad . Además puede adquirir temple por inducción o soplete (46 = 55 HRc), lo que resulta muy ventajoso cuando se trata de obtener guías de alta fiabilidad en el mismo cuerpo de la bancada. Cuando se trata de prototipos o de máquinas especiales suele preferirse la construcción soldada porque evita la fabricación de los modelos que requiere la fundición y también permite una reducción de peso como ventaja adicional. En muchos casos, principalmente en tamaños grandes, la bancada se despieza en varias partes para facilitar el mecanizado, el montaje y el transporte de la máquina . La bancada adopta en cada ocasión la forma más conveniente, según el trabajo que debe realizar la máquina en cuestión . Por lo tanto, debe valorarse la facilidad de acceso a los carros y a los cabezales que llevan las herramientas, el volumen y peso de las piezas, la evacuación de virutas y de refrigerante, etc . (fig . 4.3) . 59

Fig. 4.3 Bancada racional de un torno copiador .

4 .2 .4

Protección de las guías de las bancadas

Para proteger las guías de las bancadas de la suciedad y evitar que se introduzcan partículas de virutas procedentes del mecanizado, las partes móviles de las máquinas van provistas de unas protecciones de chapa que actúan de forma telescópica ; es decir, que se recogen o estiran adaptándose a los recorridos de las partes móviles de la máquina. 4 .3

Guías

Las guías que llevan las bancadas para conducción de los órganos móviles deben reunir un gran número de cualidades para desempeñar correctamente su misión ; a saber : elevada resistencia al desgaste, bajo coeficiente de rozamiento, carga específica reducida, buen acabado, protección eficaz contra la suciedad y las virutas y posibilidad de ajuste, entre otras . Según las características del rozamiento entre las partes pueden dividirse en : guías de deslizamiento y guías de rodadura . Ambas son siempre rectilíneas, salvo casos excepcionales . 4 .3 .1

c

Fig. 4.4 Tipos de guía ; A, circular; B, plana; C y D, prismática ; E y F, en cola de milano .

Guías de deslizamiento

Tal como su nombre indica, la conducción se verifica por deslizamiento de una parte sobre otra . El perfil transversal de las guías debe elegirse en función de la dirección y magnitud de las fuerzas que actúan sobre ellas, valorando, al mismo tiempo, otros factores no menos notables, como son el espacio disponible, la exactitud de deslizamiento, el proceso de mecanización y la posibilidad de lubricación y pr,atección . La figura 4.4 muestra los tipos de guía clásicos . La guía redonda (fig . 4.4A) es de fácil ejecución ; puede absorber fuerzas en todos los sentidos, aunque para guiar un carro deben instalarse dos de ellas o bien montar un elemento que impida el vuelco (lengüeta o similar) . La guía plana (fig . 4.4 B) es capaz de absorber esfuerzos mayores y también es de fácil mecanización ; cuando intervienen fuerzas laterales hay que prever apoyos verticales que impidan el desplazamiento en este sentido . Las guías prismáticas (fig . 4.4 C y D) son autoajustables, pero también necesitan seguro contra el vuelco y su mecanización es difícil . Para absorber bien la fuerza de corte suele darse a la cara activa una inclinación de 15° a 30°, aun cuando el menor desgaste se presenta a los 45° . No obstante, la excesiva profundidad de la ranura debilita los carros y, por ello, hay que tomar precauciones y sobredimensionar las zonas afectadas . Hay que decir que una conducción sobre dos guías prismáticas está hiperdeterminada y, en consecuencia, no se puede lograr un contacto perfecto en las cuatro caras. Para evitar dicho inconveniente se acostumbra a combinar una guía prismática y otra plana ; la guía prismática recibe el esfuerzo de corte, mientras que la plana actúa solamente de apoyo. Las guías en cola de milano (figs. 4.4 E y F) ocupan poco espacio y por ello se emplean en pequeños carros ; como contrapartida, son de difícil mecanización . 4 .3 .2

Material y construcción de las grúas de deslizamiento El material de las guías suele ser idéntico al de la bancada, si ésta se construye de fundición adecuada . En caso contrario, y también en bancadas de acero soldado, se emplean guías postizas de acero aleado, tratado y rectificado que se atornillan en el bastidor . A veces se recurre a guías con recubrimiento plástico, especialmente en grandes máquinas . El desgaste de las guías aumenta proporcionalmente con la presión superficial . Por este motivo, el valor de la presión media no debe ser muy elevado, admitiéndose un máximo de 15 kgf/cmz para lubricación por aceite . 4.3 .3

Guías de rodadura

Para disminuir las pérdidas por rozamiento se construyen guías provistas de jaulas de bolas, rodillos o agujas . En este caso las guías deben tener la dureza suficiente para que los cuerpos rodantes no dejen huellas impresas ; si esto no puede garantizarse hay que interponer bandas de acero tratado (fig . 4.5) . Este tipo de guías suele emplearse en máquinas herramientas de precisión y también en máquinas herramientas de gran tamaño y elevadas características . 60

Corte8-8

carrera C

-

Corte A -A

J

Fig. 4.5 Guías de rodadura plana por jaulas de agujas .

4 .3 .4

2

lm

A tope intermedio

tope de fin de carrera

regleta cónica para la regulación del juego

Ajuste del juego

Para evitar los efectos nocivos del desgaste, todas las guías deben disponer de un sistema de regulación del juego que permita recuperar las condiciones iniciales de funcionamiento . La mayoría de los dispositivos de regulación se basan en la acción de una regla o listón introducido en la guía, entre el carro y la bancada, cuyas caras activas tienen la misma forma o perfil que la guía . Dicha regla se reajusta maniobrando una serie de tornillos dispuestos en el carro (fig . 4.6) . La sección del listón o regla puede ser constante (listón recto), con lo cual el ajuste del juego es muy difícil o bien, y este es el caso habitual, el listón tiene forma de cuña (fig . 4.7), lo que le proporciona un ajuste perfecto en toda su longitud ; la introducción del listón se consigue mediante la acción del tornillo de cabeza que se observa en la figura citada . El listón de ajuste se coloca en el lado del carro donde no actúa la fuerza de corte con la finalidad de que ésta actúe siempre sobre la guía fija . 4.3 .5

Guía ajustable .

Fig. 4.6

Fig. 4.7 Guía ajuste cónica .

de

Bloqueo de los carros

Para evitar las vibraciones que se originan como consecuencia del juego de funcionamiento de los carros es preciso bloquear, durante el trabajo, aquéllos que deban permanecer en reposo . Con dicho bloqueo, se asegura, por consiguiente, la precisión y calidad del mecanizado . Los órganos de bloqueo suelen ser relativamente sencillos, basados en la acción de acuñamiento o en la presión directa (fig . 4 .8) y son de accionamiento manual, aunque también los hay hidráulicos, sobre todo en máquinas de grandes dimensiones . 4 .4

Elementos de accionamiento

La mayoría de los elementos de accionamiento son motores eléctricos en sus diversas variedades, aunque también se emplean motores neumáticos y oleohidráulicos, ya sean rotativos o de movimiento lineal (cilindros) . Las potencias necesarias no son muy elevadas, al igual que los pares de arranque . Los esfuerzos para cada gama de trabajo presentan pocas oscilaciones, lo que permite hablar de gran estabilidad de marcha . Por el contrario, son muy frecuentes los paros y arranques cuando las operaciones son de corta duración, lo que provoca exigencias muy elevadas en los sistemas de arranque y frenado. Las máquinas herramientas primitivas -hasta fechas recientes es un hecho cierto- se alimentaban de una fuente de energía común . La tendencia actual es la propia ; de individualizar la fuente motriz, de forma que cada máquina tenga la suya incluso las máquinas actuales disponen de varios motores que cumplen misiones distintas . 4 .4 .1

Motores eléctricos

Los motores eléctricos más empleados son los asíncronos trifásicos, entre otras razones por su fácil montaje, costo reducido y seguridad de funcionamiento . El estator o inductor (4) (fig . 4.9) es una cámara cilíndrica compuesta por un bloque de chapas provistas de entallas para alojar las bobinas que descansan en un soporte (1) de fundición o aleación ligera . El rotor o inducido (3) es un cilindro de chapa y aluminio montado sobre el árbol motor (2), conectado normalmente en cortocirtricuito . Al aplicar en los extremos del bobinado (placa de bobnas) una corriente electromorotor una fuerza fásica se produce un flujo magnético que induce en el origina . triz, la cual crea a su vez un campo magnético opuesto al campo que lo 61

c

Fig. 4.8 Algunos sistemas de bloqueo : A, por cuña ; B, por excéntrica ; C, por palancas articuladas y tensor . 5

p e,

3s"""" 1!". sai. s33fe,3,13 :"ü3¡slü3,; "" . issss ." 3e!l33131: : :333333333~i1j3:33::: : """ :a::ssss::::a33lil333!!!iil3il3!!3 ü3 :i a .11..:

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Fig. 4.9 Esquema de un motor asíncrono trifásico : 1, carcasa; 2, árbol; 3, rotor; 4, estator ; 5, caja de bornes; 6, ven-' tilador .

4

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Fig. 4. 10 Esquema de un motor eléctrico de corriente continua : 1, árbol; 2, escobillas ; 3, colector; 4, caja de bornas ; 5, estator; 6, rotor; 7, ventilador; 8, car casa .

Debido a esto, los conductores del rotor giran siguiendo el flujo giratorio del estator, haciendo girar el rotor y transformando la energía eléctrica en energía mecánica . La velocidad del motor depende, además de la frecuencia de la red, del número de polos del estator (2, 4, 6, 8. . .) y disminuye con el número de éstos . Las bobinas pueden conectarse en estrella (Y) o triángulo (0), variando la posición de los extremos de los conductores sobre la placa de bornes, lo cual tiene mucha importancia en el comportamiento del motor en el arranque . Como se sabe, la permuta de dos fases cualesquiera produce la inversión del sentido de giro del motor. Los motores eléctricos de corriente continua han adquirido últimamente gran importancia debido a la relativa facilidad con que su velocidad puede ser modificada en marcha y sin escalonamientos . Su construcción (fig . 4.10) es parecida a la del motor asíncrono trifásico estudiada . La conexión de los electroimanes del inductor presenta varias posibilidades : en serie con el inducido (motor serie); en paralelo (motor shunt) ; o mixta (motor compound). La conexión en derivación (shunnl es la más utilizada en máquinas herramientas . El motor compound se emplea en máquinas de elevado par de accionamiento (cepilladoras, cizallas, etc .) . 4.4 .1 .1

El arranque en los motores

Los motores asíncronos de jaula de ardilla (rotor en cortocircuito) y baja potencia admiten el arranque directo . El sistema de arranque normal es el llamado estrella-triángulo Consiste en conectar el motor en estrella durante un breve período para reducir al mínimo la intensidad de la corriente absorbida que, de hacerse directamente, sería de 5 a 7 veces superior a la nominal, para después, una vez el motor lanzado, pasar a la conexión en triángulo, quedando conectadas las fases a la tensión de la red . El arranque por eliminación de resistencias estatóricas se emplea en condiciones de bajo par de arranque . El arranque por autotransformador se usa sólo para potencias superiores a 80 kW . El motor asíncrono de rotor bobinado se arranca por eliminación de resistencias rotóricas, ya manualmente, ya automáticamente, por relés temporizados . Los motores de corriente continua de pequeña potencia pueden arrancar conectándolos directamente a la red . Los motores de mediana y elevada potencia deben arrancar con precaución, intercalando una resistencia variable (reóstato de arranque) . 4 .4 .1 .2

Frenado de motores

Si se trata de motores de corriente continua puede recurrirse al frenado reostático, cortando la alimentación del inducido y conectando el motor a los bornes de una resistencia ; así, la velocidad de frenado se regula maniobrando el reóstato . El frenado puede hacerse también por contracorriente, invirtiendo el sentido de la corriente de alimentación . El aumento de la intensidad absorbida se controla por medio de una resistencia intercalada en el circuito ; el frenado que se obtiene es muy brusco . Los motores de corriente alterna asíncronos suelen frenarse por medio de un freno electromagnético incorporado al motor (este sistema es válido también para c .c .) . Consiste esencialmente (fig . 4 .11) en dos discos de material apropiado, en un electroimán y en un resorte regulable . Cuando el motor está funcionando el electroimán (1) mantiene los discos (3-2) separados; pero al cerrar la corriente se desactiva el electroimán y el disco de frenado (3) impulsado por el resorte (6) presiona fuertemente al disco gemelo (2) montado sobre el árbol motor (7), provocando el frenado. 4.4 .1 .3

Fig. 4. 11 Freno electromagnético de un motor: 1, electroimán; 2 y 3, discos; 4, armadura ; 5, carcasa; 6, muelle ; 7, árbol motor.

Utilización de los motores

En las máquinas herramientas el empleo de los motores eléctricos se encamina principalmente a la obtención de los movimientos de avance y los movimientos de los husillos . En los movimientos de avance, los motores deben ser estables a baja velocidad, tener una amplia gama de velocidades y ser capaces de grandes aceleraciones y deceleraciones . Para el movimiento de los husillos interesa un motor fiable, resistente, estanco y equilibrado, capaz de soportar grandes velocidades de rotación . 62

Motores neumáticos e hidráulicos máquinas herramientas . Los motores rotativos de esta clase se utilizan poco en muchísimo para obtener moemplean En cambio, los motores líneales o cilindros se vimientos de avance . de no poder gaLos cilindros neumáticos tienen el inconveniente importante del aire, lo compresibilidad alta rantizar un avance constante y preciso debido a la el avance que permita de regulación hidráulico que obliga a incorporar un sistema neumáticos los cilindros velocidad de campo de neumática . El regular de la unidad oscila entre 0,1 y 10 m/s. citado y, en consecuencia, Los cilindros hidráulicos carecen del inconveniente con relativa facilidad . Además, dos de ellos movimiento de se puede sincronizar el obtener elevadas potencias con montajes las altas presiones de trabajo permiten muy reducidos . supone, como ventaja no El empleo de cilindros neumáticos y oleohidráulicos ahorro en los cosdesdeñable, la simplificación de mecanismos con el consiguiente tos de fabricación y mantenimiento . estos sistemas requiere la insNo obstante, hay que tener presente que el uso de como de generadores de fluido talación de una red independiente en cada caso, así a presión (compresores, bombas hidráulicos . . .) . 4 .4 .2

4 .5

Elementos de transmisión

órganos receptores por meLa energía producida por el motor se transmite a los . dio de una cadena cinemática más o menos compleja como sigue (fig . 4.12) . El Un esquema muy sencillo del camino de la energía es velocidades a través de un emcaja de pasa a la movimiento generado por el motor universal de un el plato por ejemplo, que puede ser, al receptor brague y de aquélla medio de una dese logra por torno . Por otro lado, el movimiento de la herramienta a través herramientas) (carro porta receptor rivación a una caja de avances y de allí al (husillo-tuerca . . .) . transformación de un mecanismo de

Fig. 4.12 Esquema de la transmisión del movimiento en una máquina herramienta .

caja de avances

mecanismo de transformación

receptor

transmisión es muy grande . Su esComo se sabe, la variedad de elementos de realizarlo en cada caso . No obstante, a contiadecuado tudio exhaustivo es más los más sobresalientes . nuación se van a estudiar con carácter general 4.5 .1

Acoplamientos

como la Teoría de Técnicas de La Tecnología 2. 1 de Máquinas Herramientas así datos sobre los diversos tipos de suficientes contienen Expresión Gráfica 2 .2 Metal insistir sobre ellos . acoplamiento, por lo que no se ha creído oportuno volver a más usado en máquinas heacoplamiento No obstante, se puede afirmar que el en las cajas de enaplicación de gran electromagnético, rramientas es el embrague de manpor la posibilidad funcionamiento, y granajes, por su rapidez y seguridad de do a distancia que ofrece . 4.5 .2

Transmisión simple

órganos transmisores (ruedas denEs la formada por dos árboles unidos por dos respectivamente (fig . 4.13) . tadas, poleas, etc .), conductor y conducido existe entre la velocidad de roEn ella se llama relación de transmisión i a la que sea : conducido ; o árbol tación del árbol conductor y el Fig. 4 .13 Transmisión simple por rue das dentadas. 63

Como resulta que la velocidad de giro es inversamente proporcional al diámetro de la rueda o polea y lógicamente al número de dientes, si se trata de una rueda dentada, se puede afirmar que : [4 .21 4 .5 .3

Si la transmisión tiene dos o más pares de ruedas motoras y conducidas se trata de una transmisión compuesta (fig . 4.14) . Observando la figura, se puede establecer que :

Fig. 4.14 Transmisión compuesta formada por dos trenes de ruedas dentadas .

conductora

Transmisión compuesta

= n, n2

conducida

Ahora bien,

n2

y

n3

Efecto de la rueda intermedia sobre el sentido de giro .

n3 n4

son iguales porque se trata del mismo árbol ; luego : 2 -

Fig. 4.15

. ¡ 2 -

-~

n2

ia~i2=n4

n4

Llamando i a la relación existente entre la primera rueda conductora y la última conducida, resulta : nt n4

i=

i,

i3

ix

...

=

Z2

*

Z4

Z 1 ' Z3

[4 .31

»

-

Z6 . . . Z2x

Z5 . . . Z2x - 1

[4 .41

Es decir, en una transmisión compuesta, la relación de transmisión total i depende de la relación entre el número de vueltas de la primera rueda motora n1 y el de la última rueda conducida n2x n1

nconductora

[4 .51

nconducida

n2x

Si se introduce una rueda intermedia entre una conductora y una conducida, la relación de transmisión no se modifica, según ¡o explicado anteriormente; tan sólo cambia el sentido de rotación de la conducida (fig . 4.15) . Esto es la base de algunos mecanismos de inversión del movimiento (fig . 4.16) . Ejemplo 1 Fig. 4.16

Inversión del sentido de giro por balancin.

¿Cuál será la velocidad de rotación de la rueda dentada número 6 de la figura 4.17 si la primera conductora gira a 200 revoluciones por minuto? Solución :

Aplicando la fórmula [4 .41 se tiene : z1=30

20 x 25 x 60

30 x 40 según

[4 .51

60000

n, 200 = = 400 r. p. m . i 1 2

64

30 000

se tiene : nb =

Fig. 4. 17

x 50

1

2

4.5 .4

Inversión del sentido de giro

Además del mecanismo de balancín ya reseñado (fig . 4 .16) existen otros sistemas de idéntico cometido : - Inversor de correas planas (fig . 4.18) . El tambor A transmite el movimiento a dos poleas libres B y D que giran en sentido contrario debido al cruzamiento de una de las correas planas ; la horquilla doble E desplaza alternativamente cada co rrea sobre la polea enchavetada C, produciendo el cambio de sentido deseado . Este sistema era empleado en las cepilladoras antiguas .

- Inversor por discos de fricción . Un mecanismo de inversión utilizado en cierto tipo de prensas es el de la figura 4.19 . El husillo vertical A lleva en su extremo un disco B que puede rozar a voluntad con los discos del eje inversor E, desplazable axialmente y cuya rotación es de sentido invariable ; según intervenga el disco C o D, el sentido de giro de A es uno u otro .

Fig. 4.18 Inversión del sentido de giro por poleas y correa desplazable .

C

Fig. 4.19 Inversión del sentido de giro por ruedas de fricción de contacto tangencial.

Fig. 4,20 dia.

- Inversor por rueda intermedia (fig . 4 .20) . Se basa en la puesta en acción, mediante un embrague, de una rueda intermedia que, evidentemente, modifica el movimiento que producía el tren simple conductora-conducida .

Inversor por rueda interme-

- Inversor de piñones cónicos (fig . 4.21) . Es un mecanismo muy usado en las fresadoras universales para el avance y retroceso de la mesa . En efecto, sobre el husillo longitudinal van montados dos piñones cónicos A y B que giran libremente ; el embrague dentado D movido por una palanca y solidario al husillo, puede acoplarse a voluntad con A o B, transmitiéndose entonces el movimiento desde la rueda cónica C al husillo, en el sentido que interese .

4.5.5

Cambio de velocidad por engranajes

Observando la figura 4 .22 se comprende que es posible modificar la velocidad de rotación del árbol conducido B, con sólo desplazar el piñón compuesto que lleva el árbol motor A, de manera que, en lugar de engranar F con D, sea E quien engrane con la rueda C; la relación de transmisión i se habrá modificado . El desplazamiento del piñón doble EF se consigue por el sistema de horquilla y palancas . A veces se prefiere desplazar la chaveta manteniendo fijos los engranajes (fig . 4 .23) . Por medio del selector D se coloca la chaveta móvil C en el chavetero de la rueda seleccionada, produciéndose el arrastre ; las demás ruedas, lógicamente, girarán locas . En la figura 4.24 se puede ver una aplicación de este último sistema a la caja de avances de una fresadora universal. Otro procedimiento característico de cambio de velocidad por engranajes es el piñón desplazable y balancín ; la caja Norton de un torno es un ejemplo típico (figura 4 .25) . La velocidad del husillo depende de la posición del selector o palanca del balancín A, porque obliga al piñón intermedio B a engranar con una de las cinco ruedas escalonadas ; el movimiento pasa del piñón C al B y de éste al cono de ruedas, montadas solidariamente con el husillo .

Fig. 4.21

Inversor porpiñones cónicos-

Fig. 4.22 Cambio de velocidad por granajes desplazables .

en-

C

Fig. 4.23 Cambio de velocidad por selección de la rueda dentada con chaveta desplazable .

Fig. 4.25

caja de avances

Esquema de la caja Norton de un torno

Fig. 4,24 Cambio de velocidad por chaveta desplazable en una fresadora.

4 .5 .5 .1

Escalonamiento de la velocidad

Los sistemas de cambio de velocidad escalonada presentan, como es lógico, el problema de la elección de la gama conveniente, en función de las necesidades cinemáticas. El problema se comprende claramente estudiando las velocidades de corte que precisa una máquina herramienta ; por ejemplo un torno. Para mantener constante una velocidad de corte óptima a distintos diámetros, trabajando el mismo material, sería necesario disponer de infinito número de revoluciones en el husillo de la máquina . Sin embargo, se sabe que esto no es posible mediante cambio de velocidad por engranajes, ya que sólo es factible realizar un número limitado de variaciones entre dos valores extremos . Partiendo de dos velocidades de corte vmáx. (máxima) y vmín . (mínima), que limitan el campo de la velocídd económica para cierto tipo de material, se puede establecer también dos valores nmáx . y nmín, ; es decir : nmáx . ; Vmín = 1000

vmáx . _

1r

'

d ' nmín . 1000

La relación vmáx ./vmín ., a diámetro constante, debe ser igual a nmáx ./nmín . ; o sea : Vmáx . Vmín

-

n3

n4

nmáx . nmín .

= k

Dando valores a n se tiene :

nm

n2 n

-

n

nm

- n3

_ 1

nm = k - nm_1

[4 .61

Con lo cual se tiene una progresión geométrica cuya razón es k, formada por m términos, siendo ni el primero y nm el último (ni, número mínimo de revoluciones y nm, número máximo) . Multiplicando miembro a miembro resulta : n,_

n

ni

n3 z

n4

3

._

nm

m_

1

= km -. ,

Simplificando, queda : nm nl

= km-1

y, finalmente : [4 .71 que junto con la fórmula [4 .61 permitirá el cálculo de la progresión aconsejable para el número de revoluciones en un cambio de velocidad escalonado .

Ejemplo 2

El husillo de un torno debe girar a 40 r. p . m. y a 1200 r . p . m . como límites máximo y mínimo . Se han proyectado 8 variaciones intermedias ; calcular toda la gama de velocidades . Solución :

Se aplica la fórmula 14 .71 : k= \~ 66

n

- \~ 1~_- \ 7 30

Aplicando logaritmos : 30 _ 1,4771 log k = log 7 7

= 0,211

k = 1,63 La fórmula 14 .61 se utilizará para calcular la gama : nm = k , n m ni

_ 1

= 40 r. p. m.

n2 = 1,63 x

40 =

n 3 = 1,63 x

66 r. p. m . (redondeado)

66 =

108

»

»

176

»

»

»

»

n6 = 1,63 x 287 = 468

»

»

n7 = 1,63 x 468 = 763

»

»

n6 = 1,63 x 763 = 1243

»

»

n4 = 1,63 x 108 =

ns = 1,63 x 176 = 287

Como se ve, hay una pequeña diferencia entre la ne calculada y el dato conocido, producto del error acumulado ; n8 será, no obstante, 1200 r. p . m . - Cambio de velocidad por conos de poleas escalonadas. Es un sistema bastante empleado ; un ejemplo clásico del mismo lo constituye la taladradora . Suponiendo dos poleas escalonadas, conductora y conducida (fig . 4.26), se puede establecer que, conocida la serie geométrica de velocidades de rotación n2, n4 ns calculada según las fórmulas anteriores, los diámetros respectivos deberán cumplir : _d 2 dl

_

_ ni

n2

n4

y, en general :

dm dm-

' ds

ns

n1

nM

1

Para fijar un valor de salida para los diámetros, compatible con las dimensiones del proyecto, suele hacerse : d l + d2 = C', siendo C' un valor admisible, en función del espacio de que se dispone . Evidentemente : d3 + d4 -- C' ; d s + d6 = C' ; d m -

1

+ d m = C'

Por tanto, se establecen dos relaciones : d rn

dm

dm

nM

_ 1 _

1

+ d m = C'

pero d m = C, - d m - 1 de donde : , C - dm-1 C _ ni . dm 1 nm , dm-1

1_

ni nm

dm-1 =

,

,

C

dm-i

ni

nM

=

C' + 1

ni nM

+ 1 ;

dm- 1 C'

1

__

-ni

nM

[4 .81

67

Ejemplo 3 Determinar las velocidades de rotación de un árbol conducido dotado de una polea de tres escalones que enlaza con la polea conductora del árbol motor, la cual gira a 1500 r. p. m. Dicha velocidad debe variar entre 800 y 2000 r. p . m . Calcular los diámetros de las poleas, sabiendo que el valor de salida para C° es de 400 mm (fig . 4.26) . Solución : La razón de la progresión geométrica de las velocidades del árbol conducido será (fórmula [4 .71) __

_nm \ , n,

__

t

2000 _ 800

2,5 = 1,6

n6 = 800 r . p . m . n4 = 1,6 x 800 = 1280 (aplicando la fórmula [4 .61) nz = 2000 r . p . m . El primer par, empezando por la izquierda, será : 400 C, n, + 1500 + 1 1 nz 2000

_

400 = 228,57 - 228 mm 1,75

d, = 400 - 228 = 172 mm Después se continúa con los otros, empleando las fórmulas conocidas : d3 =

C, n -' + 1 n4

=

1501 = + 1 1280

2,171

= 184,24 ;-- 184 mm

d4 =400-184 =216 mm C

400 1500 + 1 800

I

nn, + 1 n,

__

400 2,875

=, 13913 ;z 139 mm

d6 =400-139=261 mm Comprobación de diámetros : d = d, - n, 2 nZ d4

= d3 - n, n4

ds - n, d6 = n, 4 .5 .5 .2

- 228 x 1500 2000

171 mm

- 184 x 1500 = 215,6 mm 1280 - 139

x 1500 = 260,6 mm 800

Cajas de engranajes

Tienen por objeto modificar la relación de transmisión entre un árbol de entrada y otro de salida con la intervención de diferentes combinaciones de engranajes, móviles o no, según los principios estudiados anteriormente.

d,

Fig. 4.27

Caja de velocidades simples de dos ejes .

- Caja de velocidades simple . La caja de engranajes de la figura 4 .27 está compuesta por dos árboles I y ll, conductor y conducido, que reciben el movimiento del motor M a través de un par de poleas trapeciales . Las ruedas dentadas z4, z5 y zs están fijas al árbol II, mientras que el piñón múltiple zi, z2, z3, aunque unido al árbol I, puede desplazarse lateralmente ocupando tres posiciones . La posición 1 permite el engrane de zl con z4 ; la posición 2 es precisamente la representada en la figura y, finalmente, la posición 3 corresponde al engrane de z3 con z5. Es evidente que el árbol II puede girar a diferentes velocidades, según sean los 68

piñones que están engranados . La expresión de todas las combinaciones posibles será :

n1 . n2 =

n . d1 d2

zi Z4

o bien n2 =

?2 z5

n .

.

z1 z4

di .?2 d2

zs

dl d2

z3 z6

.

Z3 z6

Según esto, el árbol II tendrá tres velocidades : n2; la velocidad del árbol conductor es constante y vale n1, mientras que la velocidad del motor es n. - Caja de velocidades compleja . Una caja de engranajes más complicada que la precedente es la de la figura 4.28, compuesta por cinco árboles y trece ruedas ni ño ne s m~~iltinlac ., cnlazables que ner~, indica, hay dos ni ., r,. .. .. yi de .,.~ .~ ..., ,..... dentadas N ; tal como se ~ miten variar la velocidad de rotación del husillo v. Como se verá a continuación, se pueden obtener hasta seis velocidades distintas del husillo v; o sea :

ni =n .

di ; d2

n2

d2

z4

w d1 d2

z2

w

z5

d1

n , ; n3 = - n .

Z3

d2

n .

z6

dl . di

d2

n4

=

n

_d1

. _ z1 .

z7

d2

z4

z8

_d1

d2

.

z7 _z2 . _

zs

n,di .?1 d2 z6

.

Z®

n .

Z10 .

zfi z7

_z9

z9

n5

z1o .

= n

Z9 Z1o

Z7

. Z2

.

Z7

z4

zs

d2

d2

n

.

di .

n . di

n .

Z1

d2

.

d2

z8

Z3

.

z6

?1

.

Z7

z1o

Z13

Zl

Z7

Z9

Z11

z4

Z8

z 1o

Z12

_ z2

z5

_d1

n

_dl

. _Z3

d2

z6

Z7

.

Z8

. _ z7

Z5

n

d2

Z10

z8

_d1

.

Z9

Z4

Z2 .

d2

Z7 zfi

di . d2

z8

.

z6

_Z7 z8

.

.

_z9 Z10

.

_Z9 Z10

_z11

Z12

z1o

z8 .

_z9

Z10 Z13

Z10

Z8

z3 . _ . _z7

9 .

.

_ zlo Z13 Z11 Z12

siendo n la velocidad del motor y n i , n2, n 3, n4 y n5 las respectivas velocidades de rotación de los cinco árboles de la caja, cada una con diversas variantes. 4.5 .6

Variación continua de la velocidad

Muchas máquinas herramientas modernas llevan sistemas de variación continua de la velocidad para ajustarla a las condiciones ideales de funcionamiento . Los principios de la variación son mecánicos, hidráulicos, eléctricos y electrónicos. En el tema 8 de las Técnicas de Expresión Gráfica 2.3. Metal, sobre mecanismos, se da información general al respecto, por cuyo motivo no se repite aquí . 69

Fig. 4.28 Caja de velocidades compuesta de varios eles.

4.5 .7

Fig. 4.29

Árboles o husillos principales

El árbol o husillo es el último elemento de la cadena cinemática . Soporta a la pieza o herramienta y le comunica el movimiento de corte o avance necesario . Por la naturaleza de su trabajo gira con gran exactitud sobre apoyos de precisión que deben absorber los esfuerzos que se producen durante el mecanizado . Los esfuerzos que soporta el husillo son estáticos y dinámicos . Se transmiten, como es lógico, a los apoyos y, en consecuencia, la deformación total del husillo comprende la suya propia más la que sufre el apoyo . 4 .5 .7 .1

Pi

Fig. 4.30

Esfuerzos que soporta el husillo del cabezal

Las acciones que sufre el husillo se localizan, de una parte, en la nariz del mismo y de otra a lo largo del cuerpo . En la cabeza o nariz del husillo actúa el peso de la pieza, el peso de los útiles portapiezas, el esfuerzo de corte y, eventualmente, las fuerzas centrífugas producidas por masas excéntricas o mal equilibradas . En el cuerpo del husillo se aplican las fuerzas o pares transmitidos por los órganos motrices . Las reacciones de los apoyos deben equilibrar todas las solicitaciones directamente aplicadas, distintas a un par, que actúen sobre el eje de rotación ; es decir : - Cargas axiales del tipo A (fig . 4.29) . - Cargas axiales del tipo P (fig . 4.30) de naturaleza excéntrica, contrarrestadas por la reacción P' y por las reacciones radiales pí y pz. - Cargas radiales del tipo N (fig . 4 .31) equilibradas por las reacciones n ; y n2 . Estas cargas producen flexión . - Cargas radiales del tipo F (fig . 4.32) equilibradas por las reacciones F; y F2 . Estas cargas producen flexión y torsión en el husillo .

Fig. 4.31

Como ejemplo de los casos enunciados vale considerar el husillo de torno de la figura 4 .33 donde se observan las distintas solicitaciones y reacciones (estas últimas representadas con líneas a trazos) .

Fig. 4.33

4 .5 .7 .2 Fig. 4.32

Reducción de las deformaciones del husíllo

Para reducir al máximo las deformaciones del husillo se recurre a diversas soluciones constructivas tales como : - Reducir el voladizo de la nariz del cabezal. - Disponer un apoyo intermedio del husillo. - Descargar el husillo de las solicitaciones de flexión producidas por los elementos motrices (poleas, ruedas dentadas . . .) por medio de apoyos independientes. - Elegir materiales de gran calidad, bien tratados y de sección correcta . - Trabajar con la herramienta lo más próxima a la nariz del husillo . - Apoyar la herramienta o pieza por medio de un punto o luneta . - Equilibrar las masas en rotación . Las tres últimas disposiciones se refieren a los métodos de trabajo empleados. 4 .5 .8

Rodamientos y cojinetes de fricción

Los husillos que giran a elevada velocidad (n > 1000 r . p . m .) y que están sometidos a solicitaciones elevadas suelen montarse sobre rodamientos de rodillos de gran precisión . Los rodamientos de bolas se emplean para aplicaciones menos importantes y para absorber los esfuerzos axiales. Los cojinetes de fricción autoajustables se emplean a veces para esfuerzos radiales por sus buenas cualidades, especialmente cuando se trata de absorber vibraciones . 70

4.5 .8 .1

Montajes característicos

Es muy difícil hablar de normas comunes para el montaje de los apoyos de los husillos de las máquinas herramientas . No obstante, sí pueden darse unas orientaciones generales.

- Apoyo delantero. Es el que recibe los mayores esfuerzos . Suele ser un rodamiento de rodillos cilíndricos de doble hilera (1) y asiento interior cónico, de tamaño relativamente grande . Recibe las cargas radiales más importañtes (fig . 4.34) . Junto al rodamiento radial suelen montarse dos rodamientos de bolas (2) y (3) para cargas axiales, precargados por medio de muelles, que eliminan el juego axial (fig . 4.34) .

Fig. 4.34

Husillo del torno copiador Heycomat (FAG) .

Con frecuencia consiste en un rodamiento de rodillos ci- Apoyo trasero. líndricos de una o dos hileras (4), de dimensiones inferiores al anterior (fig . 4 .34) . En máquinas rápidas (rectificadoras, tornos de pequeña potencia . . .) y de gran precisión suelen usarse últimamente rodamientos de bolas de contacto angular, montados por parejas (fig . 4.35) .

Fig. 4.35

Husillo de una rectificadora de interiores (SKF) .

Apoyo intermedio . No es de empleo frecuente por sus dificultades de ejecución correcta . No obstante se usa en máquinas pesadas (fig . 4.36) . -

En máquinas de gran precisión se procura que los órganos de transmisión no se apoyen directamente en el husillo para que éste no reciba los esfuerzos de flexión correspondientes ; tal es el caso de la rectificadora de la figura 4.37 .

Fig. 4.36

Husillo del torno pesado VDF (FA G).

Fig. 4.37

4 .5 .9

Cabezal de una rectificadora (SKF).

Mecanismos de avance

El movimiento de avance es el que se comunica al soporte de la pieza o a la herramienta y junto con el movimiento de corte es el que hace posible el mecanizado . Puede ser continuo (caso de la mayoría de máquinas de movimiento de corte circular) o intermitente (máquinas de corte rectilíneo alternativo) . Para obtener el avance se utilizan casi siempre sistemas mecánicos y oleohidráulicos . Entre los mecánicos destacan : el mecanismo de tornillo y tuerca, el piñón-cremallera y el de leva . - Tornillo y tuerca . Permite transformar la rotación de un husillo roscado en un desplazamiento lineal por medio de una tuerca, embragable o no, acoplada al órgano que se desea mover . Se usa para pequeñas velocidades y potencias. Es el mecanismo clásico para el desplazamiento de los carros de las máquinas herramientas (fig . 4.38) . El recorrido de la tuerca vendrá determinado por el paso del husillo y el número de vueltas dado : Fig. 4.38

Mecanismo de husillo y tuerca en el torno.

[4 .91 siendo : L P n

= recorrido rectilíneo efectuado en mm = paso del husillo en mm = número de vueltas del husillo

- Rueda dentada y cremallera Fig. 4,39 Mecanismo de piñón y cremallera en una taladradora.

En algunos casos la cremallera está fija y gira la rueda (por ejemplo, el movimiento de cilindrar del torno) y en otros es al revés; es decir, la rueda tiene un centro fijo y la cremallera va unida al órgano móvil ; este es el caso de la cepilladora o del husillo de la taladradora . Este mecanismo se emplea para potencias medianas y grandes . Llamando d al diámetro primitivo de la rueda, el recorrido longitudinal L de la parte móvil después de n vueltas es igual a ; [4 .101

Fig. 4.40 Mecanismo de avance por medio de leva de disco y palan ca .

Fig. 4.41 Mecanismo de avance por leva de tambor.

Con frecuencia, la rueda dentada va conectada a un mecanismo reductor de velocidad; como puede ser una rueda y un tornillo sin fin (fig . 4 .39) . - Leva Las características del avance dependen de la forma de la leva y de la velocidad de rotación que ésta tenga . Se emplea sola o combinada con palancas (figs . 4.40 y 4 .41) que pueden alterar la carrera proporcionada por el salto de la leva . Una de sus aplicaciones características es el gobierno de los movimientos necesarios en los turnos automáticos de levas. - Accionamiento hidráulico El accionamiento basado en los cilindros hidráulicos se emplea mucho en la actualidad cuando no se exige un posicionamiento preciso del órgano móvil. 72

El cilindro empleado puede ser fijo y el vástago ir unido al órgano móvil o bien al revés (fig . 4.42) . Cuando el recorrido de aquel tiene que ser muy largo se emplea un sistema multiplicador de carrera (fig . 4.43), constituido por dos cilindros acoplados . La entrada en el cilindro inferior se produce a través del émbolo fijo, lo que origina el desplazamiento del bloque que contiene los dos cilindros sincronizados . Dicho desplazamiento se suma al de la mesa, producido por el cilindro superior, que se alimenta a través de los conductos procedentes del cilindro inferior . 4 .5 .9 .1

Medida de los desplazamientos

Uno de los sistemas esenciales de toda máquina herramienta es la medición de los desplazamientos efectuados según los mecanismos explicados en el punto anterior . La medida de los desplazamientos se realiza según distintos procedimientos cuya precisión varía en cada caso ; a saber :

Fig, 4.42 co .

Accionamiento oleohidráuli-

- Regla graduada

Es la forma más elemental de medida del desplazamiento . La regla suele estar numerada en milímetros y atornillada a la parte fija de la máquina . En la parte móvil va un índice que permite leer indirectamente el recorrido efectuado, conocida la posición inicial . En efecto, de la medida que proporciona la regla debe restarse la lectura de salida ; el resultado o diferencia de lecturas es el desplazamiento neto buscado . - Tambor graduado

El empleo del tambor graduado, asociado a un mecanismo de tornillo y tuerca, es el sistema más extendido de medición de un desplazamiento . La medición verificada tampoco es de lectura directa . Es preciso conocer el valor correspondiente a una vuelta del tambor y el de cada división del mismo (esto no reviste dificultad por ser un dato de la máquina) y calcular después el desplazamiento correspondiente a cierto número de vueltas dadas y a la fracción de vuelta leída con ayuda de las divisiones del tambor . Considerando que por cada vuelta del husillo la tuerca se desplaza con la mesa el valor del paso P (rosca de una entrada), el desplazamiento /correspondiente a una división del tambor es :

Fig. 4.43 Sistema de accionamiento oleohidráulico doble con aplicación de carrera .

En esta fórmula, N es el número de divisiones del tambor . Si, además, el tambor lleva un nonio, la apreciación del mismo a será : P

a

N _ N'

[4 .121 siendo N' el número de divisiones del nonio. - Tambor graduado con tornillo y rueda sin fin

Para aumentar la precisión alcanzable se puede introducir un mecanismo de rueda y sin fin (fig . 4 .44), solución adoptada, por ejemplo, en muchas rectificadoras para controlar el movimiento de la mesa o del cabezal . En el árbol del tambor D se monta un sin fin C que engrana con la rueda A enchavetada al husillo roscado B. Al girar la rueda A gira también dicho husillo y la tuerca Ese desplaza junto con el husillo Fdel cabezal . Observando la figura, se puede establecer que a una vuelta del sin fin le corresponde un desplazamiento /,' que es una fracción del desplazamiento P que corresponde al giro completo de la rueda del sin fin. Luego se puede establecer la siguiente proporción : ra s

P

nr

1'

Fig. 4.44 Regulación fina para el avan ce de un husillo.

73

ya que existe la misma relación entre el número de vueltas del sin fin ns y el número de vueltas de la rueda nr que entre los desplazamientos longitudinales correspondientes. Ahora bien, como i = ns /n r resulta que:

[4 .131

Fig. 4,45 Esquema de un lector óptico : 1, lámpara; 2, regla graduada ; 3, prisma óptico ; 4, soporte del retículo, 5, retícu lo.

Por consiguiente, el avance /de la tuerca cuando el tambor gira una división es : I' N Sustituyendo ¡`por su valor, se tiene : I . N _

I_

P

P

i ° N

[4 .141

- Regla graduada con lector óptico Fig. 4.46

Lector óptico OPL.

Un sistema empleado para lecturas de gran precisión es el de lectura óptica . Consiste en una regla graduada de precisión y en un lector óptico, cuya misión es interpolar el valor de la lectura entre dos divisiones de la regla . El lector óptico es una caja de pequeño tamaño provista de una lámpara cuyos rayos luminosos (figura 4 .45) inciden sobre la regla ; una vez dirigidos convenientemente sobre un retículo móvil, se hace coincidir la proyección del trazo con dos marcas paralelas que lleva el retículo, maniobrando una corona moleteada exterior . La citada corona (fig . 4.46) lleva una graduación circular en la que cada división representa 0,01 mm . Con ayuda del nonio se puede leer 0,001 mm (fig . 4.47) . Según eso, la lectura que se indica en la figura es : 349,373 mm . - Lectura incrementa/

Fig. 4.47 Detalle de la cabeza del lector OPL . 1, corona ; 2, retículo ; 3, nontus .

Otro sistema de gran precisión usado en máquinas muy modernas es el llamado de lectura incrementa/. Se basa en la medida de la variación de la intensidad luminosa reflejada por una regla (2) finamente graduada y que permite apreciar desplazamientos del orden de 0,01 mm e incluso inferiores . Está compuesto por una regla de acero con múltiples trazos impresos por vía fotoeléctrica, con una separación mínima entre sí (0,02 mm) (fig . 4 .48) y una cabeza lectora (4) que emite impulsos eléctricos a la menor variación de la intensidad lumi nosa producida por una lámpara (5) que ilumina los trazos opacos de la regia . Las variaciones luminosas producidas por el desplazamiento de la regla, transformadas en señales eléctricas, pasan a un contador de impulsos (7) o unidad visualizadora, en cuya pantalla (8) se reflejan los valores numéricos de la lectura . Aún existen otros procedimientos como el empleo de calas de precisión y de corrección de la lectura del tambor graduado que se estudiarán en el apartado de máquinas punteadoras. 4.5 .10

Fig. 4.48 Indicador de posición lineal (sistema incrementa/ de medida): 1, impulso cero ; 2, regla; 3, retículo ; 4, caja, 5, lámpara; 6, lente; 7, fotoelementos; 8, visuafizador digital; 9, contador de- im pulsos.

Indicadores de posición

Para la repetición sistemática de operaciones es necesario el empleo de elementos que determinen el recorrido de los órganos móviles (carros, husillos) para evitar la continua lectura de los desplazamientos efectuados . Los topes de recorrido o indicadores de posición cumplen con eficacia este cometido . Una vez seleccionado el desplazamiento que debe realizar el órgano móvil, se coloca en dicha posición el tope adecuado y éste se encargará, en el momento oportuno, de detenerlo en la posición escogida e invertir seguidamente el sentido de giro o de desplazamiento, reiniciar un programa, etc . Los indicadores de posición suelen ser mecánicos o electromecánicos aunque también los hay electrohidráulicos, neumáticos y electrónicos . 74

- Topes mecánicos. El modelo más elemental lo constituye el tope regulable de contacto, empleado en taladradoras (fig . 4 .49) para la determinación de la profundidad alcanzada . El tope de tambor (fig . 4.50) es un modelo basado en el mismo principio, pero con mayor campo de actuación debido a que sus seis varillas roscadas ofrecen otros tantos topes de referencia por simple giro del tambor (2) que lleva el dispositivo . Se emplea bastante en los tornos paralelos. Su uso es muy simple ; si se trata de hacer varios diámetros con escalones de diversas longitud, se apoya el lateral del carro principal contra una de las varillas, una vez se ha mecanizado el primer escalón, y se fija la posición de aquélla con una contratuerca . Seguidamente se da 1/6 de vuelta al tambor, se mecaniza el segundo escalón y se vuelve a situar otra varilla igual que en el caso anterior . Se procede de la misma forma hasta completar el mecanizado de la primera pieza. Una vez situadas correctamente todas las varillas puede empezar sin problemas el mecanizado de la serie ; para realizar cada uno de los escalones bastará emplear la varilla correspondiente dando 1/6 de vuelta al tambor . Un tope mecánico muy empleado es el que desembraga la mesa de las fresadoras universales (fig . 4.51) .

Fig. 4.49

Tope mecánico regulable.

Fig. 4.50

Tope mecánico de tambor.

- Topes electromecánicos . Consisten en elementos mecánicos en forma de pivote o cuña ; de posición regulable que actúan sobre finales de carrera eléctricos (fig . 4.52) . Se emplean mucho en máquinas programadas como, por ejemplo, en las fresadoras de ciclos automáticos .

4 .5 .11

Cadena cinemática

Está formada por los diferentes órganos que transmiten el movimiento desde la fuente de energía hasta los órganos receptores de una máquina herramienta . También puede referirse a una parte concreta de dicha transmisión aunque, en este ca so, hay que especificar de qué se trata (se puede hablar, por ejemplo, de la cadena cinemática de avances en una máquina determinada) . La cadena cinemática suele representarse gráficamente por medio de dibujos simplificados de cada uno de sus componentes y para ello se emplean los símbolos ya conocidos . (Ver tabla 9 .62 de Tecnología del Metal 1 .2). El estudio atento de la cadena cinemática de una máquina herramienta permite conocer en profundidad el funcionamiento de la misma, por lo que se recomienda al lector que se familiarice con los ejemplos que contiene el presente texto, tanto en su interpretación como en su realización gráfica . A modo de aclaración se incluyen aquí varios ejemplos representativos. - Cadena cinemática de una taladradora . La taladradora tiene dos movimientos fundamentales : el giro de la broca sobre su eje para producir el movimiento de corte y el de avance de la misma en la dirección de su propio eje para poder penetrar en el material mecanizado . El primer movimiento se logra con los dos conos de poleas Pl y F5 (fig . 4 .53), mediante los cuales el husillo puede girar a seis velocidades distintas . El avance puede ser manual o automático ; manual, cuando por el accionamiento de la palanca M se hace girar el piñón z15 que engrana con la cremallera tallada en la camisa C del husillo H, y automático cuando el embrague E abandona su posición neutra y se acopla a los piñones zl o z3 . Existe un dispositivo de embrague en el eje del piñón z15 para desconectar la palanca M ya que no sería posible moverla debido a la irreversibilidad del mecanismo de visinfín (z13 y z14) . El movimiento producido por el motor (1) - Cadena cinemática de un torno. (fig . 4.54) se emplea para la rotación del husillo portapiezas y en el desplazamiento automático de los carros . Para ello el motor acciona la caja de velocidades (2), en cuya salida existe la polea trapecial (3) que envía el par de rotación al husillo del torno . A través de varios trenes de engranajes cambiables (5) (6) se conecta el husillo con la caja de avances (7) que, por medio de las barras (8) y (9), permite el cilindrado, roscado y refrentado automáticos. Los desplazamientos del carro portaherramientas (14) y del contrapunto (16) son manuales . 75

Fig. 4.51 Tope mecánico para el desembrague de la mesa en la fresadora.

Fig. 4.52 s/clÓn .

Tope electromecánico de po-

motor

zrs

M

Fig. 4.53 Cadena cinemática de una taladradora_

.f i ~I

In T

)b

12

6

13,

10

Fig. 4.54 Cadena m¡?emár¡_ ca de un torno.

izquierda

Fig. 4.56

- Cadena cinemática de avances de una fresadora. La transmisión (fig . 4.55) procede, en este caso, de la caja de velocidades del husillo de la máquina a través de una rueda de cadena (1). Hay dos piñones múltiples desplazables (2) y (3) que, junto con el embrague (4), permiten conseguir una amplia gama de velocidades de salida . La junta cardán con eje extensible (5) envía el par motor al husillo transversal (7) y a la barra de la mesa (12) ; por medio de diversos engranajes y embragues de dientes frontales se consigue el movimiento automático en ambos sentidos, tanto de la mesa como del carro transversal . La ménsula debe ser movida a mano .

Pulsador rasante.

Fig. 4.55

Fig. 4.57 Interruptor de rabillo.

4 .6

Fig. 4.58

Selector de manecilla de dos posiciones .

Cadena cinemática de la caló de avances de una tmesadora.

®rganos de mando

Tal como se decía al principio del tema, los órganos de mando permiten controlar, automática o manualmente, los movimientos que realiza una máquina herramienta . La cadena de mando se compone esencialmente de un elemento emisor del cual parte una señal que, debidamente transformada por un elemento intermedio, llega al elemento de trabajo que produce el movimiento deseado . En el caso de la puesta en marcha de un motor el pulsador de arranque es el elemento emisor ; el circuito eléctrico y el contactor son elementos intermedios y finalmente el motor es el elemento de trabajo. Según la naturaleza de sus elementos componentes, los sistemas de mando pueden ser: mecánicos, neumáticos, oleohidráulicos y eléctricos . Además suelen darse combinaciones de ellos entre sí . 76

El sistema mecánico se estudiará en el tema de tornos automáticos ; los sistemas oleohídráulico y neumático tienen reservado tratamiento específico en los temas 6 y 7; por eso aquí se va a estudiar únicamente las características generales del mando eléctrico. 4 .6 .1

Mando eléctrico

Las instalaciones de mando eléctrico funcionan con frecuencia a baja tensión (12 a 24 V), tomando corriente directamente de la red e intercalando el transformador reductor correspondiente . La ventaja principal de la baja tensión es la segu ridad de manejo que proporciona . No obstante también es frecuente trabajar a la tensión de la red . En las instalaciones eléctricas de las máquinas herramientas hay que tener en cuenta básicamente los elementos de accionamiento, los elementos de maniobra, los elementos de protección y los de señalización, aparte de los órganos de trabajo o motores, claro está . 4 .6 .1 .1

Elementos de accionamiento

Como dispositivos más importantes de mando manual se pueden nombrar los siguientes : pulsadores, interruptores y selectores o conmutadores.

- Pulsadores . Se trata de los elementos de accionamiento de uso más extendido . Están compuestos fundamentalmente (fig . 4 .56) de un actuador, uno o más bloques de contactos y una placa indicadora de su función . Sirven para abrir o cerrar un circuito .

Caja de mando o botones en una máquina herramienta . Fig. 4.59

- Interruptores . Son elementos de mando encargados de cerrar o abrir un circuito de forma permanente (fig . 4.57) . Disponen de dos posiciones estables . - Selectores o conmutadores. Se pueden considerar como interruptores, atendiendo a su funcionamiento . Sus aplicaciones se centran en aquellos casos en que se precise establecer contactos de forma permanente o conmutaciones de dos o más circuitos alternativamente . Se componen de uno o más bloques de contactos, un órgano de accionamiento y un mecanismo de enclavamiento (fig . 4 .58) . Los elementos de accionamiento se distinguen por su color característico y por la inscripción que indica su cometido . Se agrupan con frecuencia en cajas aisladas o botoneras (fig . 4.59) . 4 .6 .1 .2

paro

Elementos de señalización

Se emplean para que proporcionen al operador información de diverso tipo . En nuestro caso tiene especial interés la que se refiere a la puesta en marcha o parada del motor y las averías que puedan producirse en éste . Los más empleados son los luminosos, provistos de lámparas de incandescencia (fig . 4.60) . 4.6 .1 .3

Lámpara de seña/ con transformador incorporado . Fig. 4.60

Breve estudio del contactor (fig . 4.61)

El contactor es un aparato mecánico de conexión con una sola posición de reposo, accionado de cualquier forma menos manualmente, capaz de establecer o interrumpir un circuito . Las partes principales de un contactor (fig . 4.62) son : - Cuerpo o soporte (10) . Sobre él se fijan la mayoría de órganos del contactor .

- Electroimán. Formado por una bobina (3) y una armadura con su parte móvil o martillo (4) y su parte fija o núcleo (11) .

R1 tl

/ 1

41LP l3

1 / L3 1 5

^" r1P5Rei ~ 'olRSOr°° wtwax~wr .arra

- Contactos principales. Existen los contactos principales fijos (8) y los contactos principales móviles (16) . Son los elementos que aseguran el establecimiento y corte de las corrientes principales ; se les llama también, por eso, contactos de fase o de potencia. Según el número de contactos el contactor puede ser bipolar, tripolar o tetrapolar .

- Contactos auxiliares. Son los elementos que forman parte del circuito auxiliar del contactor, realizando las funciones de autoalimentación, señalización, enclavamiento, etc. Se distingue entre contactos normalmente abiertos y normalmente cerrados, de los que también existen fijos y móviles . En el contactor de la figura 4 .62 todos ellos van colocados en el bloque de contactos auxiliares (6) . En la figura 4.63 se indica la representación esquemática de un contactor que dispone de tres con77

Fig. 4.61

Contactor.

1 . Tornillo fijación tapa . 2 . Tapa . 3 . Bobina . 4 . Armadura o martillo . 5 . Tornillo fijación bloque contactos auxiliares . 6 . Bloque contactos auxiliares completo (dos abiertos más 2 cerrados) . 7 . Cámaras apagachispas . 8 . Contacto principal fijo . 9. Acometida contacto principal . 10 . Cuerpo . 11 . Núcleo . 12 . Cojín . 13 . Palancas accionamiento . 14 . Muelle presión contacto principal móvil . 15 . Resorte contacto principal móvil . 16 . Contacto principal móvil . 17 . Puente móvil principal .

11

12

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13

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TIPA : ~ 6'I

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4.62 Des .Diece del Fia . contactor de la figura 4,61 .

1

6

8

9

10

20

contactos principales

contactos auxiliares

Fig . 4.63 Representación esquemática de un contactor tripolar con dos contactos auxiliares ; uno en reposo, cerrado, y el otro abierto .

Fig. 4.64

Construcción esquemática de un contactor : 1, bobina del electroimán; 2, armadura : 3, palanca ; 4, corredera de los contactos móviles; 5, muelle ; 6, contacto móvil, 7, cámara de extinción o apagachispas ; 8, contacto fijo; 9, muelle .

tactos principales (tripolar), y un contacto auxiliar normalmente abierto y otro normalmente cerrado . El funcionamiento del aparato es como sigue (fig . 4.64) . Al aplicar tensión a la bobina (1) se crea un campo magnético que se cierra a través del núcleo (2 a) y la armadura o martillo (2b) (de chapa magnética) . El martillo (2 b) es atraído contra el núcleo (2 a) y transmite este movimiento, a través de la palanca (3), al juego de contactos móviles (6), los cuales establecen conexión con los contactos fijos (8) . Al desexcitarse la bobina se abre el circuito entre los contactos fijos (8) y móviles (6) y todo el mecanismo regresa a la posición de reposo merced al muelle antagonista (9) . Además de los elementos citados, cabe nombrar como partes de un contactor los muelles (5), que aseguran la presión correcta de los contactos, y las cámaras (7) para la extinción del arco eléctrico que se forma en el momento de abrir los contactos . 4.6 .1 .4

Dispositivos automáticos de maniobra

Los contactores pueden accionarse a distancia por medio de pulsadores o por dispositivos automáticos diversos . Estos aparatos actúan en función del valor varia78

ble de ciertas magnitudes físicas como el tiempo, la temperatura, etc. Los más importantes son :

- Temporizadores . Son dispositivos que cierran o abren unos contactos al término de un período de tiempo determinado que empieza a contar a partir del instante en que al temporizador se le aplica o corta una señal determinada, como por ejemplo, la tensión de alimentación . Los hay térmicos (fig . 4.65), en los que el retardo se consigue por la dilatación de una lámina bimetálica ; neumáticos (fig . 4.66), provistos de un electroimán que libera un fuelle comprimido ; electrónicos (fig . 4.67) en los que el tiempo de carga o descarga de un condensador permite obtener la temporización ; de relojería; de motor síncrono, etc. Entre sus numerosas aplicaciones merece citarse el control del tiempo de arranque en maniobras básicas automáticas, como la conmutación estrella-triángulo empleada para la puesta en marcha de motores asíncronos trifásicos .

- Programadores . Son aparatos dotados de un motor síncrono unido a un árbol de levas graduables que se apoyan en los contactos, abriéndolos o cerrándolos según convenga . Sirven para el control de varios contactores (por ejemplo, en un arrancador automático en varios puntos) ; para la inversión automática de motores con pausas intermedias, etc .

A L- . Fig. 4.65

Temporizador térmico.

- Interruptores de posición . Denominados también conmutadores final de carrera, sirven de enlace entre los procesos mecánicos y eléctricos, controlando la posición de determinados elementos dé las máquinas herramientas . El sistema de accionamiento (fig . 4.68) transmite la acción exterior a la cámara o cámaras de contactos fijadas en el interior de la caja . Cuando cesa la acción, un muelle provoca el retorno de los contactos a la posición de reposo . Tienen mucha aplicación en la fijación de los límites de recorrido de un órgano móvil (mesas de fresadora, rectificadora . . .) y en la inversión del sentido de avance de aquél.

Fig. 4.66

Temporizador neumático .

Fig. 4.67

Temporizador electrónico.

D

Fig. 4.68

Interruptor de posición : A, de vástago; B, de rodillo, C, de palanca y rodillo, D, de varilla ajustable, E, de varilla elástica .

4.6 .1 .5

Protección del motor

Durante el funcionamiento normal de un motor pueden surgir diversas anormalidades, cuyo denominador común es que son causa de sobrecargas ; es decir, situaciones en las que la intensidad absorbida es superior a la nominal . Las causas habituales de sobrecargas son :

- Sobrecarga mecánica porparte de la máquina arrastrada por el motor. Puede llegar a provocar el paro del motor por bloqueo, o bien impedirle arrancar : en estas condiciones, el motor absorbe una intensidad igual a la punta de arranque, cuyo valor oscila entre 5 y 7 veces la intensidad nominal . - La falta de una fase en la red de alimentación . Evita que el motor arranque, o da lugar a que circule una intensidad excesiva si el motor se encuentra trabajando en carga. - Disminución de la tensión que alimenta al motor. En estas condiciones y al cargar el motor, éste pierde velocidad, originando un aumento de la intensidad .

- Gran inercia de las partes móviles. Da lugar a un retardo de la aceleración, lo que le hace perder velocidad o alcanzar la nominal de forma muy lenta. Esta ca79

bimetal

amianto

Fig. 4.69

racterística provoca que el motor absorba la corriente de arranque durante un tiempo superior al normal .

- Ciclos de trabajo demasiado rápidos en servicios intermitentes . Tales como arranques y paradas demasiado frecuentes, lo cual ocasiona corrientes superiores a la nominal y de forma repetida .

elemento calefactor

Bimetal-elemento calefactor .

- Temperatura ambiente excesiva. El motor alcanza una temperatura superior a la normal, aunque la intensidad de corriente que circule por el mismo sea la nominal . 4 .6 .1 .6

Aparatos de protección del motor

Los dispositivos utilizados para la protección de un motor eléctrico deberán desconectarlo de la red de alimentación cuando se presenten sobrecargas que puedan provocar su destrucción o acortar su vida . Los elementos de protección más empleados son : los cortacircuitos fusibles y los relés de sobreintensidad, los cuales pueden ser térmicos, magnéticos o combinaciones de ambos sistemas que se denominan relés magnetotérmicos .

- Relés térmicos . Poseen una característica de disparo muy aproximada a la característica de calentamiento del motor. Conjuntamente con los fusibles son los elementos de protección más utilizados, asociados con contactores, para la protección de motores . El relé térmico es recorrido por la intensidad que absorbe el motor, dando lugar a la desconexión del contactos al que va acoplado y por consiguiente a la parada del motor, cuando aquélla aumenta de forma peligrosa . En esencia constan de unos bimetales, generalmente tres, sobre los que van devanados unos elementos calefactores (fig . 4 .69), y de un mecanismo para el accionamiento de un contacto que normalmente es conmutada (fig . 4 .70) . birnetal frío

bimetal caliente

posición de reposo

Fig. 4.70

Fiq. 4.71

Relé térmico de protección .

>,

s

»tl

posición de actuado

Funcionamiento esquemático de un relé térmico de protección .

Cada elemento calefactor y Bimetal se conecta en serie entre sí y se montan junto con el mecanismo de disparo, sobre un zócalo de material indeformable por la temperatura (fig . 4 .71) . Los tres conjuntos Bimetal-calefactor se conectan en serie con cada una de las fases de la red que alimentan al motor que se desea proteger, de forma que la temperatura alcanzada por el conjunto sea proporcional a la corriente absorbida por aquél.

Al calentarse, debido a la diferente dilatación de sus componentes, el conjunto Bimetal-calefactor se curva en función del valor de dicha corriente, lo que provoca la conmutación del contacto cuando la corriente que circula por uno cualquiera de ellos sea superior a la nominal del motor. El contacto cerrado se conecta en serie con la bobina del contactos que controla la puesta en marcha y parada del motor, por lo que al presentarse una sobrecarga se producirá su apertura y por lo tanto la desconexión del contactos y motor. El contacto abierto se emplea, en general, para facilitar al operador una señal óptica o acústica indicadora de que el motor se ha desconectado por causa de una sobrecarga . Los relés térmicos son eficaces contra sobrecargas moderadas pero no sirven contra fuertes sobrecargas, como es el caso de un cortocircuito, porque el bimetal no reacciona con suficiente rapidez.

Fig. 4.72 Relé magnético . l, contacto ; 2, entrehierro en reposo ; 3, núcleo móvil; 4, bobina .

- Relés magnéticos. Están constituidos por un electroimán cuya bobina va conectada en serie con el circuito que se desea proteger (fig . 4.72) . Cuando la corriente que recorre la bobina toma un valor prefijado atrae a la armadura que acciona el dispositivo de disparo, consistente, generalmente, en un contacto que se conecta en serie con la bobina del contactos al que va asociado, o a un elemento de señalización . Se trata de relés que actúan instantáneamente cuando la intensidad alcanza el valor correspondiente al punto de regulación . 80

Sus aplicaciones se centran en la protección de circuitos contra fuertes sobrecargas, en especial cortocircuitos que requieren una apertura rápida del contactor. Protegen a la línea y demás aparatos pero no al motor, pues para permitir el arran que del mismo la intensidad de disparo debe estar por encima de la intensidad de arranque . - Cortacircuitos fusibles. Tienen por objeto proteger al equipo de control (contactor, relé térmico, etc .), contra cortocircuitos, interrumpiendo el servicio cuando la intensidad de corriente alcanza un valor peligroso para su integridad o bien para la línea a la que va conectado. En realidad viene a ser la parte más débil de la instalación, para que en caso de un cortocircuito ésta se interrumpa en el punto elegido . Actualmente los cortacircuitos fusibles se calibran para una gama muy precisa de intensidades, a la vez que se introducen en el interior de un cartucho relleno de una masa refractaria que absorbe y apaga el arco formado (fig . 4.73) . Fig. 4.74 Guardamotor con contactor y relé térmico.

Fig. 4.73

Cortacircuito fusible de cartucho calibrado.

Al conjunto formado por un contactor con relé térmico se le denomina guardamotor (fig . 4.74) . Opcionalmente puede disponer también de cortacircuitos fusibles (fig . 4.75) . Suelen ir alojados en una caja metálica o de material aislante, debidamente acondicionados para facilitar la tarea de conexionado de todo el conjunto .

Ll L2 L3' rIT3

b5

01

M1 Fiq. 4. 76 Mando de un motor mediante un interruptor manual .

Fig. 4.75 Guardarnotor con contactor, relé térmico y cortocircuitos fusibles principales.

4.6 .1 .7

Conexiones fundamentales

Las conexiones fundamentales que el alumno debe conocer se refieren al mando de un motor por contactores, al empleo de relés, al arranque de motores y a la inversión de su sentido de giro . - Mando de un motor mediante interruptor manual. El motor de la figura 4 .76 está conectado directamente a la línea . El paro y puesta en marcha lo efectúa el operador accionando el interruptor Q 1. - Mando de un motor mediante contactor (fig . 4.77) . El interruptor manual ha sido sustituido aquí por el contactor K 1 mandado a su vez por el interruptor S 1. Obsérvese la diferencia entre la línea principal o de potencia (trazo grueso) y la línea de mando (trazo fino). - Mando de un motor mediante contactor con relé térmico (fig . 4.78) . En este caso se ha previsto la instalación de un relé térmico de protección y una lámpara para indicar su funcionamiento . Guando se cierra el interruptor S 1 recibe tensión 81 4 .

Má

P1 afilo-

~ub, .Xlcvr

, Es~quer7ta che un n7a®l®motro

También se emplean para gobernar (pilotar) otras válvulas, dentro del circuito hidráulico .

7.10.1 .1

Válvulas distribuidoras 212

Las válvulas 2/2 sirven para gobernar el paso del fluido . La denominación 2/2 significa que este elemento adopta dos posiciones -paso y cierre- y tiene dos vías, P y A . La figura 7.14A representa una de estas válvulas en reposo . En esta posición el paso de P hacia A está cerrado . Cuando se acciona el pulsador, el distribuidor pone en comunicación la entrada P con la utilización A (fig . 7 .14 B) ; entonces se dice que la válvula está abierta . Al dejar de apretar el pulsador, el muelle obliga al distribuidor a recuperar la posición de partida, con lo que la válvula se cierra . Además de este modelo, denominado normalmente cerrado, existe otro normalmente abierto, cuyo funcionamiento es inverso al explicado. La válvula 2/2 se emplea para la apertura y cierre de circuitos hidráulicos . 7 .10.1 .2

Fig. 7. 14

Válvula 212 A, posición de reposo ; B, abierta .

A

Válvulas distribuidoras 312

Estas válvulas permiten la circulación de aceite en una dirección y, al mismo tiempo, cortan el paso en la otra dirección . La corredera de la válvula 3/2 (fig . 7.15) sin accionar cierra el paso de P hacia A y deja abierto el paso de A hacia T. Cuando se acciona la válvula, la corredera une la entrada de presión P con la vía de utilización A, mientras el escape T queda bloqueado . Be emplea para gobernar cilindros de simple efecto .

B

Fig. 7.15

7 .10.1 .3

Válvula distribuidora 312.- A, en reposo ; B, accionada.

Válvulas distribuidoras 412

Las válvulas 4/2 permiten el paso del fluido en ambas direcciones . Cuando la válvula está en reposo (fig . 7.16), la vía de entrada está conectada con la utilización A, mientras que la otra utilización (B) está puesta a escape (T). Al accionar la válvula se vence la acción del muelle y la corredera cambia de posición ; es decir, el fluido circula de P hacia B y de A hacia T. Estas válvulas se usan para gobernar cilindros hidráulicos de doble efecto .

7.10 .1 .4 B

Fig. 7. 16

Válvula distribuidora 412.

Válvulas distribuidoras 512

Estas válvulas de 5 vías y 2 posiciones, se pueden considerar como una ampliación de las válvulas 4/2. La diferencia consiste en que las válvulas 5/2 poseen una vía más de escape R (fig . 7 .17) . Cuando la válvula está en reposo, la corredera permite el paso de P hacia B y el

Fig. 7. 17

140

Válvula distribuidora 512.

escape del aceite que procede de A . Al accionar la válvula, se comunica P con A y, al mismo tiempo, se pone B a escape por la otra salida T. Estas válvulas se utilizan para gobernar cilindros de doble efecto . Como los escapes se purgan por separado, el líquido que regresa del cilindro puede emplearse para otras funciones de mando . 7.10 .1 .5

9

Válvulas distribuidoras 413

Las válvulas distribuidoras de 4 vías y 3 posiciones, al igual que las válvulas 4/2 y 5/2, sirven para gobernar cilindros de doble efecto . Tienen, sin embargo, una posición intermedia, que es utilizada para varias posibilidades de mando . También se utilizan estas válvulas para el accionamiento de motores hidráulicos . Cuando la válvula adopta la posición media (fig . 7.18A), el aceite circula de P hacia T, cerrando el paso de A y de P; es decir, la válvula está puesta a escape . Al accionar el pulsador (fig . 7 .18 8) el fluido pasa de P hacia A y de 8 hacia T Si se acciona de nuevo el pulsador (fig . 7.18C) el fluido circula de P hacia B y de A hacia T. En este tipo de válvulas el muelle interno se anula y se incorpora un sistema mecánico de enclavamiento para poder fijar las tres posiciones . El símbolo está representado en la figura y se puede observar que la posición de reposo es la intermedia . Las tres posiciones permiten accionar varios elementos de trabajo . Su característica principal es que en la posición intermedia se puede originar un bloqueo o una liberación del elemento de trabajo, además de otras posibilidades . 7 .10.2

A

r

A

c

Válvulas de caudal

Las válvulas de caudal o de estrangulación, son elementos de gobierno hidráulico que se utilizan para modificar, de una forma sencilla, la velocidad de los elementos de trabajo. Esta modificación de la velocidad, se consigue a costa de variar el caudal del fluido . Para ello se estrangula el orificio de paso en razón directa a la velocidad deseada . Estas válvulas se pueden dividir en dos categorías :

p

P T

símbolo Fig. 7. 18

Válvula distribuidora 4,2.

- Válvulas reguladoras de caudal fijo . - Válvulas reguladoras de caudal variable . 7 .10.2 .1

Válvulas reguladoras de caudal fijo

Las válvulas reguladoras de caudal fijo ofrecen una sección constante al paso del fluido . Son constructivamente bastante sencillas (fig . 7 .19) . La resistencia hidráulica que origina un orificio estrecho de sección constante (1), permite un aumento de presión . Esto origina que una parte de caudal se derive a través de otro circuito (válvula limitadora de presión) . En consecuencia, el volumen de fluido se reduce en esta parte de la tubería, ya que la reducción de sección origina una resistencia . Debido a la resistencia de oposición, se origina una pérdida de energía, expresada como caída de presión (Ap). Así pues se tiene que :

pee

4p Fig . 7.19 Válvula reguladora de caudal fijo-

[7 .31 En resumen, se puede decir que el caudal que pasa por una válvula reguladora, depende de la sección de estrechamiento, de la diferencia de presión Ap y de la viscosidad del líquido a presión . Esta válvula se emplea para modificar de forma sencilla la velocidad de los órganos de trabajo cuando las condiciones de presión son bastante constantes . 7-10 .2 .2

Válvulas reguladoras de caudal variable

Las válvulas de caudal variable producen una resistencia hidráulica ajustable. Su funcionamiento (fig . 7.20) es como sigue. El aceite a presión pasa a través de un orificio de estrangulación cuya sección es variable por medio del tornillo de regulación . Por consiguiente, al variar la sección, varía también el caudal circulante y, como se sabe, la velocidad del fluido . Estas válvulas se emplean para ajustar el caudal sin escalonamientos, lo que significa que se puede modificar con sencillez la velocidad de los órganos de trabajo

Fig 7.20 Válvula regula. dora de caudal por tornillo.

-por ejemplo, la velocidad de avance de un dispositivo de fijación- sin efectuar cambios en el circuito . Para que la viscosidad del aceite no influya sobre la capacidad de la válvula se emplea una leva de envolvente (2) (fig . 7.21) en lugar del tornillo de estrangulación clásico . 7.10 .2.3

Fig. 721

Válvula reguladora de caudal por leva .

Regulación del caudal en función de la variación de presión En la entrada o en la salida de las válvulas reguladoras de caudal, pueden producirse variaciones en la presión . Estas variaciones se producen por la conexión y desconexión de elementos hidráulicos con diversas cargas de trabajo . Según la figura 7.22A, el orificio de entrada S1, a travi:s del tornillo de estrangulación, regula el caudal . La salida del fluido se realiza por S2. Al variar por cualquier circunstancia la presión, el émbolo de regulación y el muelle de compresión (balanza de presión) mantienen el caudal . En la figura 7 .22 B se puede observar cómo actúan las fuerzas existentes sobre el émbolo de regulación de la válvula ; en efecto, se puede afirmar que : FZ

= A, - pe, +

Fm (F, es la fuerza del muelle) F,= Al .Pel

A Fig. 7.22 11111111181111

s1

Válvula reguladora de caudal por presión diferencial.

Como debe existir equilibrio, resulta : F, = Fa Al . Pei = A, .Pe,+Fm Fm pé, = pe, + A,

10 I.T M~~~,.~~~,

Pe, - Pea = C~

Fm A,

Al ser constantes Fr y A1, también debe serlo

A

Pei - pe, ;

Pei - pe, = ® p = constante

luego : (7.4]

Si ap permanece constante, con independencia de la presión de entrada, también permanece constante el caudal que pasa por el punto de estrangulación, que es precisarnente lo que se pretendía . 7.10.2 .4

s Fig. 7.23

Válvula reguladora de caudal con antirr°torno .

Válvulas reguladoras de caudal con antirretorno Este tipo de válvulas regulan el paso del fluido en un sentido y dejan que éste circule libremente en sentido contrario . Cuando el aceite circula de A hacia B (fig. 7.23 A), la válvula antirretorno impide el paso libre hacia la salida y obliga al fluido a desviarse hacia la estrangulación a, regulada por el tornillo (1) . Si la corriente de aceite se dirige de B hacia A (fi g . 7 .23 B1, la presión existente vence la acción del muelle del antirretorno y el fluido escapa por las aberturas de la válvula en lugar de dirigirse hacia la estrangulación, cuya sección es, evidentemente, mucho menor . 142

Estas válvulas se emplean para regular la velocidad de desplazamiento de un órgano de trabajo en un sentido; en sentido contrario no existe regulación . Válvulas reguladoras de presión . Definición y clases

7 .10.3

Las válvulas de regulación de la presión son elementos de gobierno hidráulicos que acondicionan la presión de la instalación a una presión constante de trabajo . Lógicamente, el acondicionamiento o regulación es posible cuando la presión de trabajo es menor que la de la instalación . Hay dos clases de válvulas reguladoras de presión : - Valvulas reguladoras de presión (propiamente dichas). - Válvulas limitadoras de presión . 7 .10.3 .1

Válvulas reguladoras de presión

Las válvulas reguladoras de presión tienen por objeto reducir una presión de salida ajustable con respecto a una presión superior de entrada . La presión de salida pe, deberá ser constante, aun cuando hayan variaciones en la presión de entrada (fig . 7.24) . El muelle empuja el émbolo, según la posición inicial . El fluido pasa hasta la salida con la presión correspondiente pe, . También pe, entra por el conducto a la otra parte del émbolo, estableciéndose un equilibrio . Como no actúan otras fuerzas sobre el émbolo, el caudal de líquido en el orificio anular se ajusta de tal forma que la fuerza del muelle se iguala a la fuerza de la presión del líquido . Las fuerzas que actúan sobre el émbolo son Fr y F2, cuyo valor es A - pe, . Para que haya equilibrio Frr, debe ser igual a F2; luego :

Fm=pe, - A Fm

Fig. 7.24 Válvula reguladora de presión.

[7 .51

Es decir, pe, depende exclusivamente de la fuerza del muelle regulable . Estas válvulas se utilizan en todos los circuitos hidráulicos en los que interese una presión de salida rigurosamente constante . 7.10 .3 .2

Válvulas /imitadoras de presión

La utilización de estas válvulas tiene por objeto limitar la presión de trabajo a un valor máximo admisible . Se trata pues de un dispositivo de protección de los circuitos hidráulicos contra las sobrecargas. Véase el esquema de la válvula de la figura 7.25 . El muelle regulable comprime el obturador contra su asiento y cierra con ello el paso al fluido . Si la presión de éste aumenta hasta un valor tal, que supera la reacción del muelle, se abre el paso de en trada y el fluido se dirige al escape T que descarga al depósito o tanque . La fuerza antagonista o de apertura debe ser : [7 .61 Esta es una válvula muy utilizada para limitar o asegurar una presión máxima de trabajo. Debe colocarse inmediatamente detrás de la bomba, con el objeto de evitar así accidentes por un exceso de presión . 7.11

Elementos hidráulicos de trabajo

Los elementos de trabajo sirven para convertir la energía de presión en un movimiento directamente aprovechable para la realización de un trabajo . Se pueden clasificar en los siguientes grupos y subgrupos :

Elementos de trabajo

cilindros

cilindros de simple efecto cilindros de doble efecto

motores

motores de engranajes motores de paletas motores de pistones 143

Fig. 7.25 Válvula limita-' dora de presión: A, cerrada ; B, abierta .

J

-a

. +

111111 ~ .~ ll ll fili

Fig. 726

7.11 .1

Cilindros de simple efecto

Los cilindros hidráulicos transforman la energía de presión del fluido en un movimiento rectilíneo . Cuando el impulso activo del fluido se produce sólo en un sentido, el cilindro se llama de simple efecto . La recuperación se efectúa por muelle o debido a una acción externa . Las partes que componen un cilindro hidráulico de simple efecto se aprecian en la figura 7.26. La velocidad de desplazamiento dei vástago v depende del caudal Q y de la sección de aplicación A del émbolo :

Cilindro de simple efecto .

v=

0

[7 .7]

La fuerza del cilindro F depende de la presión aplicada pe y de su sección útil A. A ella se opone la fuerza del resorte (si lo tiene) Fn, y el rozamiento del émbolo y el vástago FR . 0 sea 1

F

=

A

-

pe - F,, -

(7 .81

FR

Estos cilindros se emplean para levantar, sujetar, introducir, expulsar, etc. y, en genera¡, cuando se precisa realizar un trabajo de compresión . 7.11 .2

Cilindros de doble efecto

Al igual que el de simple efecto, el cilindro de doble efecto realiza un trabajo en sentido lineal . La variante consiste en que el de doble efecto realiza trabajos a compresión (avance) y a tracción (retroceso) (fig . 7 .27) .

V/ A

(7/

B

(2)

(7)

(21

Fig. 7.27 Cilindro de doble efecto . A, avance; B, retroceso.

Cuando el fluido penetra en la cámara posterior, mientras el contenido en la cámara del vástago o anterior se evacua, el émbolo sale y efectúa su carrera positiva . Al invertir la entrada de aceite a presión el émbolo retrocede (carrera negativa o de retorno) . La fuerza de avance Fa se calcula como en el caso anterior, aunque se prescinde de la influencia del muelle, ahora inexistente ; es decir : = . A - FR Fa (7 .91 pe La fuerza de retroceso Fr es algo menor debido a la disminución de la sección de aplicación producida por la presencia dei vástago . Llamando A - Ao a la nueva sección útil (valor de la corona circular), se tiene : Fr = pe (A

7 .11 .3

Ad

FR

[7 .101

Amortiguación de los cilindros hidráulicos

Algunos cilindros llevan amortiguadores para reducir la velocidad de desplazamiento del vástago cuando llega éste a sus límites de carrera . Así se evitan posibles averías por impactos (fig . 7 .28) . 7 .12 Fig. 7.28

Cilindro hidráulico cor7 amortiguaciót7 .

Motores hidráulicos

El motor hidráulico entrega un par motor por el eje de salida . Por esta razón convierte la energía hidráulica en energía mecánica . 14 4

El motor es accionado por el líquido a presión que le manda la bomba y, a su vez, actúa mecánicamente sobre la carga mediante un movimiento giratorio . Los motores hidráulicos son en realidad elementos que trabajan contrariamente a las bombas, con las que guardan una gran semejanza constructiva . Se diferencian según la forma de sus elementos activos en : motores de engranajes, de paletas y de pistones . 7.12.1

Motores de engranajes

Se emplean bastante por ser sencillos y económicos . Son de tamaño reducido y fácilmente acoplables . Giran en ambos sentidos y no se puede variar el volumen de la cámara . Se fabrican con dos tipos de engranajes : internos y externos . 7.12 .2

Motores de paletas

Son motores de empleo muy frecuente. Se diferencian de las bombas de paletas en que el movimiento radial de éstas es forzado, mientras que en las primeras, las paletas se deslizaban por las ranuras del rodete gracias a la fuerza centrífuga . 7.12.3

Motores de pistones

Son los más empleados por sus excelentes características . Los hay de pistones radiales y axiales y de cilindrada fija y variable . Un motor de pistones axiales de cilindrada fija (fig . 7.29) consiste en una carcasa (1) con un rotor o bloque (2) donde se alojan los pistones (3) . Estos son empujados por el aceite a presión contra la rampa (5) y, por reacción, hacen girar el bloque (2) y con él, el árbol motor (4) . La entrada de aceite se controla con el distribuidor (6) . Si la rampa o leva fija (5) fuera regulable, de modo que se pudiera modificar la carrera de los pistones, el motor sería de cilindrada variable . 7.12.4

Par de un motor hidráulico

El par motor depende de la fuerza de giro y del radio de aplicación de la misma y se expresa en m - kgf. La fuerza del motor es proporcional a la presión de trabajo, a la sección de los pistones y al número de éstos :

El par motor puede darse en función de la potencia N y del número de revoluciones n: mt = 716

N n

(CV)

[7 .121

A igualdad de potencia, como su velocidad es inferior a la de los motores eléctricos, el par que entregan los motores hidráulicos es muy superior al de aquéllos . Los motores hidráulicos de pistones axiales se usan con frecuencia para el accionamiento de los husillos de los carros y mesas de muchas máquinas herramientas modernas, ya solos, ya acoplados a motores eléctricos paso a paso . 7 .13

Circuitos hidráulicos elementales

Para explicar el funcionamiento de los distintos componentes hidráulicos, es indispensable relacionarlos entre sí en el seno de las instalaciones hidráulicas . Por eso se explican a continuación diversos circuitos elementales con los que se pretende completar los conocimientos básicos de hidráulica del alumno . 7.13.1

Gobierno de un cilindro de simple efecto (fig . 7.30)

El grupo de accionamiento proporciona el caudal de líquido . Hay montada una válvula limitadora de presión, a fin de que la presión en el sistema hidráulico no sobrepase el valor admisible . La presión puede leerse en un manómetro. Para mandar el cilindro de simple efecto hay intercalada una válvula distribuidora 3/2 (cerrada en posición de reposo) . Al accionar ésta, se abre el paso de P - A (posición b) y el émbolo de trabajo se desplaza a su posición final . 145 6-

Mfiqurrrns Hc,,,rnrenfas 2.3

Fig. 7.29 Motor hidráulico de pistones axiales y cilindrada fi-

%a.

Fig. 7.30

Después de conmutar la válvula distribuidora a la posición a, la pesa m empuja el émbolo hasta su posición inicial; el líquido a presión sale del cilindro y regresa por A -" Tal depósito . 7.13 .2

Mando de un cilindro de doble efecto (fig . 7.31)

El grupo de accionamiento suministra el caudal de líquido a presión . Se necesita una válvula limitadora de presión para evitar que las presiones suban demasiado . La magnitud de la presión ajustada puede leerse en un manómetro . Para mandar el cilindro de doble efecto se utiliza una válvula distribuidora 4/2. Al accionar ésta se abre el paso de P - B, y el émbolo de trabajo se desplaza hasta su posición final exterior . Al mismo tiempo, el líquido a presión que se encuentra en el lado del vástago es evacuado por A - Tal depósito . Después de conmutar la válvula distribuidora 4/2 (a la posición de reposo), se abre el paso de P- A. El émbolo de trabajo entra y desplaza el líquido a presión existente en el lado del émbolo, por B -" T, hacia el depósito . 7 .13 .3

Mando de un cilindro de doble efecto mediante válvula 413 (figura 7.32)

El grupo de accionamiento suministra el caudal de líquido . Para que no se produzcan presiones demasiado altas está prevista en el sistema hidráulico una válvula limitadora de presión . La magnitud de la presión puede leerse en un manómetro .

Fig. 7,31

14 6

Fg_ 7.32

Para pilotar el cilindro de doble efecto hay prevista una válvula distribuidora 4/3 con posición media de circunvalación . Estando dicha válvula en la posición media (0) de circunvalación, el caudal de líquido puede pasar sin obstáculos al depósito . Los empalmes A y B están cerrados . Al conmutarla a la posición de avance (a), se abre el paso de P- A y de B - T, y el vástago del émbolo del cilindro sale . Al conmutarla a la posición de retorno (b), se abre el paso P- B y de A --' T y el vástago del émbolo del cilindro entra . Si durante el movimiento de avance se conmuta la válvula a la posición media de circunvalación, el émbolo se detiene . Cuando es necesario que el émbolo se detenga, el circuito de circunvalación tiene la ventaja de que el caudal enviado por la bomba puede ser evacuado directamente sin presión, sin calentarse y sin necesidad de pasar por la válvula limitadora de presión . 7.13.4

Regulación de la velocidad de avance de un cilindro

En el circuito previsto en primer lugar (fig . 7 .33), al accionar la válvula 4/2, el caudal de aceite enviado por la unidad de accionamiento pasa por la válvula reguladora de caudal al cilindro de trabajo y actúa sobre la superficie del émbolo ; al mismo tiempo, el líquido de retorno del lado del vástago sale sin presión . Según el peso de la carga, el émbolo se mueve con sacudidas más o menos fuertes . Este deslizamiento con sacudidas, se produce por el rozamiento variable producido por el deslizamiento y la adherencia . El émbolo no sólo es empujado por el líquido a presión, sino también extraído por el peso de la carga . El deslizamiento con sacudidas puede presentarse también sin que haya una carga que tire, cuando las velocidades de arranque son lentas y las resistencias de trabajo varían . Para evitar este problema se introducen variaciones en el circuito proyectado, que queda de la siguiente forma (fig . 7 .34) .

r L

Fig.

7.33

Fiq_ 734

Después de accionar la válvula distribuidora 4/2, el caudal de líquido pasa al cilindro y actúa sobre el émbolo con la presión pe, que puede subir hasta alcanzar la presión pe, = Pe máx, ajustada en la válvula limitadora de presión (2 a) . Por la válvula limitadora de presión (2a), montada en la salida, se produce en la cámara del vástago del cilindro una contrapresión Pe, . Esta contrapresión está ajustada de modo que el émbolo no está sometido a esfuerzo hidráulico, con ello se evita que el émbolo se deslice por sacudidas y ya no es posible tirar del émbolo . El movimiento de avance tiene lugar entonces de modo uniforme . Este sistema se utiliza, por ejemplo, en máquinas herramientas, para que el carro de la herramienta avance uniformemente y sin sacudidas (se protege la herramienta y se obtiene una superficie de mejor calidad) . 7 .13.5

Regulación del caudal de entrada (fig . 7.35)

Al accionar la válvula distribuidora 4/3, el lado del émbolo recibe el caudal de la válvula reguladora de caudal correspondiente . El émbolo se desplaza y el vástago 14 7

r L

Fig. 7.35

Fig. 7 36

sale a una velocidad de avance constante . El líquido desplazado de la cámara del vástago es evacuado por la válvula distribuidora 4/3 y la otra válvula limitadora de presión y regresa al depósito . Esto es necesario para sujetar el émbolo hidráulicamente y compensar fluctuaciones de la presión . Como la válvula reguladora de caudal regula la entrada de la corriente de líquido, la superficie del émbolo se somete únicamente a la presión que exige la resistencia de trabajo respectiva . Como consecuencia de ello, el cilindro y sus juntas se someten a pequeñas cargas, no se produce un salto al comenzar el movimiento y la velocidad del émbolo permanece también constante, aunque la resistencia de trabajo varíe . No es posible conmutar en vaivén rápidamente, porque la presión tiene que formarse primero . Estando la válvula distribuidora 4/3 en posición media, la presión en la válvula reguladora de caudal se desvanece por la fuga . 7 .13.6

Regulación del caudal de salida (fig . 7.36)

En la regulación del caudal de salida se regula el caudal que sale del consumidor . El grupo de accionamiento suministra la corriente de líquido . La presión máxima la determina la válvula limitadora de presión. Al accionar la válvula distribuidora 4/3, el lado del émbolo recibe la corriente de líquido enviada por la bomba . El líquido desplazado de la cámara del vástago pasa por las válvulas reguladoras de caudal y distribuidora 4/3 y llega al depósito . Se regula, pues, la corriente del líquido que sale ; de esta forma se sujeta hidráulicamente el émbolo y el vástago puede salir a la velocidad de avance constante . Como se regula la corriente de líquido desplazada, en el lado del émbolo la presión actuante aumenta siempre hasta alcanzar el valor máximo ajustado en la válvula limitadora de presión . El cilindro y sus juntas están sometidos a un esfuerzo continuo grande . Al comenzar el movimiento se produce un salto, porque el émbolo se mueve durante corto tiempo sin encontrar resistencia hidráulica . Este sistema se aplica cuando se exige que el émbolo tenga un avance regular a pesar de que intervengan fuerzas externas de magnitud y dirección variables (caso de muchas máquinas herramientas) . 7.13.7

Regulador de presión (fig . 7 .37)

El grupo de accionamiento suministra una corriente de líquido . La presión p e , la determina la válvula limitadora de presión . Al accionar la válvula distribuidora 4/3, se inunda la cámara del émbolo del cilindro . El antirretorno (1) obstruye el paso, por lo cual sólo es posible el flujo a través del regulador de presión que asegura una presión constante en la cámara del émbolo, indicada en p ez . Cuando se acciona la válvula 4/3 en posición contraria, se llena la cámara del vástago y el aceite de la cámara del émbolo escapa por el antirretorno (1), a través de la válvula 4/3 al tanque . 148

Con este circuito se consigue una presión constante de trabajo . Por ejemplo, una presión constante sobre la banda en un tren de laminación .

7.13 .8 Circuito de avance rápido (fig . 7 .38) La presión de servicio en el circuito se ajusta con la válvula limitadora de presión (5) y se verifica con el manómetro (8) . La válvula distribuidora (6) en reposo deja pasar el líquido hacia la cámara anterior del cilindro de doble efecto (9) . Como conse cuencia de ello, el vástago retrocede y el aceite de la cámara posterior retorna al depósito a través de la válvula 4/2 (6) . Al accionar ésta, el líquido a presión fluye al lado del émbolo del cilindro y el vástago sale . El líquido del lado del vástago fluye entonces, sin ser estrangulado, por las válvulas distribuidoras 2/2 (3) y 4/2 hacia el depósito (avance rápido), cuando el riel de mando (10) acciona el rodillo (11), la válvula distribuidora 2/2 cierra el paso y, al mismo tiempo, se cierra la válvula antirretorno (7) . Como la corriente es evacuada hacia el depósito, únicamente por la válvula reguladora de caudal (4), la velocidad del émbolo se ajusta por medio de aquélla, tal como se explicó en el apartado correspondiente . Al conmutar la válvula distribuidora 4/2 de nuevo a su posición de reposo, la corriente pasa, sin ser estrangulada por la válvula antirretorno (7), al lado del vástago (retorno rápido). Durante el movimiento de retorno, la válvula distribuidora 2/2 no influye sobre el funcionamiento del circuito . Este circuito se utiliza en máquinas herramientas, cuando además dei avance ajustable se necesitan también movimientos rápidos . 10

Fig. 7.37

7.14

Fiq. 738

Ejemplos concretos de aplicación

Además de los circuitos hidráulicos de carácter general y básico es conveniente que el alumno empiece a estudiar aplicaciones específicas de la hidráulica a las máquinas herramientas . Por eso, al llegar a ese punto, es oportuno revisar y analizar con mayor detención los esquemas hidráulicos correspondientes a diferentes máquinas contenidos en el presente texto . Además, se incluyen aquí varios ejemplos que pretenden insistir en esta dirección. 149

7.14.1

Avance hidromecánico de una mesa

El avance de la mesa de una máquina herramienta puede lograrse por medio de un cilindro hidráulico o con un motor hidráulico combinado con un mecanismo de tornillo y tuerca . En este último caso (fig . 7.39) se monta el motor en un extremo del tornillo y se controla su funcionamiento con una bomba de caudal variable . Con ello se consigue un movimiento suave y preciso de la mesa (el husillo roscado puede ser del tipo de circulación de bolas) y el ajuste manual de la velocidad de avance . Además este sistema no tiene los inconvenientes que a veces se presentan con los cilindros respecto a la regularidad del avance . Fig.

7.39

Accionamiento hidromecánico de una mesa .

7.14.2

Cilindro de avance de doble vástago

El movimiento de vaivén de la mesa de las rectificadoras debe producirse a igual velocidad en ambos sentidos . Esto quiere decir que ambas caras del émbolo deben ser iguales, si se quiere trabajar con un caudal constante de aceite, cosa que no ocurre en los émbolos de un solo vástago, en los que las superficies de presión de las dos caras son distintas. El cilindro que se emplea (fig . 7.40) tiene un vástago pasante que atraviesa todo el cilindro . En esta ocasión el émbolo es móvil y la camisa es fija, unida a la bancada . A veces el montaje es al revés.

Fig. 7.40

7 .14.3

Cilindro de doble vástago

Cilindro sin vástago

Los cilindros sin vástago (fig . 7 .41) se emplean para obtener movimientos giratorios . El émbolo, de gran longitud, lleva dentada una cremalllera que engrana con un piñón montado en el árbol de salida .

Fig. 7,41

7.14 .4

Cilindro para movimiento giratorio .

Cambio hidráulico de engranajes

La caja de velocidades de una taladradora (fig . 7.42) tiene dos ruedas desplazables (1) y (2), controladas por sendos cilindros (3) y (4), gobernados a su vez por la válvula distribuidora (5) . La bomba hidráulica (6) proporciona el fluido a presión necesario, movida por el propio motor (10) de la máquina. La válvula de mando (8) tiene 3 posiciones -derecha, izquierda y paro- y permite el envío de aceite a la válvula selectora (5) . El árbol motor lleva dos embragues de láminas (11) y (13) para que el husillo principal gire en uno u otro sentido . El acoplamiento de los embragues se logra por medio del cilindro (9) . 7.14.5

Mando hidráulico de una timadora

Para mejor comprensión del esquema hidráulico se considera tres funciones principales : accionamiento del carnero, cambio de sentido de marcha y avance automático (fig . 7 .43) . 150

lb

17

15

l4

2 ~rw i9ME

-1

lb,

6

10

13--

r~ :t"i

12--

Fig. 7.42 dradora.

Cambio hidráufico de engranalcs en una tala-

Fig. 11.43

ccioliarienFO hidráulico de una limadora .

- Accionamiento del carnero . El carnero o carro de la limadora está unido al émbolo-0) del cilindro principal (2), encargado de la carrera de retroceso, mientras que la carrera de trabajo la efectúa el cilindro menor (3) -practicado en el propio vástago (1 )- contra un émbolo fijo (4) . La bomba de caudal variable (5) envía aceite a presión a la válvula distribuidora 7/2 (6) la cual permite el paso alternativo hacia el cilindro (2) o el (3) y efectúa la purga hacia el depósito (7) .

- Cambio del sentido de marcha . La válvula (10) pilota a la válvula distribuidora (6) para conseguir el cambio del sentido de la marcha . Dicha válvula se alimenta por medio de la bomba de caudal constante (12) . El distribuidor de la válvula (11), movido por la palanca (13), está desplazado a la izquierda, con lo que el distribuidor (14) de la válvula pilotada deja pasar aceite de la bomba (5) a la cámara del cilindro principal . En estas circunstancias el carnero retrocede . Cuando los topes de fin de carrera invierten la posición del distribuidor (11), también se invierte la posición de la válvula pilotada y el aceite llega al cilindro (3), lo que produce el avance del carnero . - Avance automático. La válvula (10) permite también sincronizar el movimiento del carnero con el avance lateral de la mesa o consola de la máquina . El cilindro (14) tiene un vástago dentado (15) que engrana con un piñón solidario al trinquete (17) el cual mueve la rueda (16) unida al husillo de la mesa . Este sistema tiene indudables ventajas sobre el accionamiento mecánico ; basta enumerar las más importantes : - Velocidad constante en el avance y en el retroceso . Esta última es mayor que la primera . - Paro automático del carnero en caso de sobrecarga excesiva . Si el émbolo (1) se para, la sobrepresión provoca la apertura de la válvula de descarga (18) . - Regulación de la presión de la herramienta, por medio de la válvula (9) . - Regulación de la velocidad de corte, por medio de la bomba (5) .

7 .15

Válvulas

pilotadas

En el esquema hidráulico anterior aparece una válvula hidráulica pilotada . Sus características básicas son muy parecidas a las válvulas neumáticas de la misma clase, aunque con las lógicas adaptaciones a las exigencias de la hidráulica . Una válvula pilotada consiste esencialmente en una válvula convencional (como las estudiadas anteriormente) cuyo gobierno lo efectúa otra válvula . Sin embargo hay que decir que el mando no suele ser directo sino que se efectúa de forma índi-

9

---ü

Fig. Z44

° r r,

=n

Válvula hidráulica servopilotada de mando electromagnético .

5 i

recta, a través de un distribuidor auxiliar de acción directa por sistema electromagnético, neumático o hidráulico . En la figura 7 .44 aparece una válvula servopilotada de mando electromagnético, con las tres posiciones que puede adoptar . Obsérvese que se trata de un par de válvulas asociadas ; la inferior es un distribuidor hidráulico 4/3, mientras que la válvula superior o piloto es un distribuidor hidráulico de mando electromagnético directo.

7.16

Fig. 7.45

yrr~c

Aplicación electrohidráulica .

Electrohidráulica

En las máquinas herramientas modernas se da una estrecha colaboración entre la hidráulica y los sistemas eléctricos . Estos últimos presentan ventajas indudables para el mando a distancia por la rapidez y la facilidad de envío de la señal . Además permiten el almacenamiento y reproducción de programas de trabajo automatizado y todo ello en un espacio muy reducido . Por consiguiente, la conjunción de la hidráulica y la electricidad ha permitido racionalizar muchos sistemas mecánicos o hidráulicos complicados, caros o excesivamente voluminosos . Un ejemplo de mando electrohidráulico aparece en la figura 7.45 . La mesa (1) de una máquina se mueve por medio de un hidromotor (2) conectado al husillo roscado (3) de la misma . El tope (4) de final de carrera acciona el interruptor (5) que activa un relé (6), el cual cierra el circuito del distribuidor electrohidráulico (9) que invierte el sentido de giro del motor.

CUESTIONARIO 7 .1 7 .2 7 .3 7 .4 7 .5 7 .6 7 .7 7 .8 7 .9 7 .10 7 .11 7 .12 7 .13 7 .14 7 .15

Fundamento de la prensa hidráulica . Ley de circulación de un fluido . Régimen laminar y turbulento . Viscosidad de un fluido . Clases de bombas hidráulicas . Central oleohidráulica . Componentes habituales . Válvulas distribuidoras 3/2 . Válvulas distribuidoras 4/2 . Válvulas distribuidoras 4/3 . Válvulas de caudal variable . Regulación del caudal en función de la presión . Válvulas limitadoras de presión . Cilindros hidráulicos de doble efecto . Fuerza de un cilindro . Par de un motor hidráulico .

EJERCICIOS A REALIZAR 1 . Realizar el esquema del circuito hidráulico para el mando simultáneo de dos cilindros de doble efecto desde un solo punto . 2.

Explicar el funcionamiento de los circuitos representados en las figuras 7 .46 y 7 .47 . 3 . Dibujar el esquema de una instalación para efectuar un movimiento alternativo automático con un cilindro de doble efecto y un distribuidor accionado por palanca con topes de fin de carrera . 152

Tema

utomatización de las máquinas herramientas . Control numérico

EXPOSICIÓN DEL TEMA Puede afirmarse, sin exageración, que las máquinas herramientas convencionales, de tecnología estrictamente mecánica, cuyo manejo se confiaba a un operario cualificado que cgntrolaba con habilidad los movimientos de la pieza y la herramienta, han concluido su ciclo histórico . El vertiginoso desarrollo de nuevas tecnologías, que ha ido parejo con el crecimiento de la producción de bienes en las modernas sociedades industriales, unidos a las grandes exigencias de calidad y a los crecientes costos de la mano de obra, han determinado la automatización creciente de las máquinas herramientas . Desde las máquinas copiadoras a las grandes líneas tránsfer pasando por las modernas máquinas de control numérico, en todas ellas existe un grado de automatismo muy elevado que puede llegar a ser total . Por consiguiente, al especialista en máquinas herramientas le es imprescindible un conocimiento básico de la tecnología de la automatización, no tanto de sus principios teóricos como de sus aplicaciones concretas. Este es el objetivo del presente tema . 8 .1

Concepto de automatización

La automatización es la sustitución de la acción humana por mecanismos, independientes o no entre sí, movidos por una fuente de energía exterior, capaces de realizar ciclos completos de operaciones que se pueden repetir indefinidamente. Un sistema automático supone siempre la existencia de una fuente de energía, de unos órganos de mando, que son los que ordenan el ciclo a realizar, y de unos órganos de trabajo que son los que lo ejecutan . Según el grado de automatización puede hablarse de dos niveles -completo y parcial- que tienen grandes repercusiones económicas y operativas . La automatización completa se prefiere en la producción masiva de productos homogéneos en ciclo continuo (detergentes, fármacos, etc.), mientras que la automatización parcial es propia de la producción heterogénea y limitada . Según el punto de vista de la programación, la automatización puede considerarse de ciclo fijo y de ciclo programado . El primer caso es adecuado para la fabricación de grandes series porque el automatismo es invariable (siempre realiza el mismo ciclo) . El segundo caso se orienta a la fabricación de piezas distintas, en series pequeñas y medias porque el dispositivo programador de que dispone el sistema puede ordenar el ciclo que convenga, con las lógicas limitaciones tecnológicas que hacen al caso . 8.2

Técnicas de automatización

Según la naturaleza del automatismo empleado puede hablarse de automatización mecánica, neumática, oleohidráulica, eléctrica y electrónica . Además existen las técnicas mixtas que son combinaciones de las citadas y que, en el práctica, son las habituales . 153

8.2.1

Automatización mecánica

Los sistemas mecánicos suelen ser complicados -por la abundancia de mecanismos- y de escasa flexibilidad . Por el contrario, la tecnología que regula su funcionamiento es relativamente accesible al personal poco cualificado, lo que se traduce en un montaje y mantenimiento económicos. Los mecanismos que los componen son : ruedas dentadas y poleas para transmisiones del movimiento circular ; mecanismos de biela-manivela, piñón-cremallera, etc ., para conversión del movimiento rectilíneo en circular y viceversa ; levas y palancas para la obtención de recorridos controlados ; trinquete y cruz de Malta para los movimientos intermitentes ; combinaciones de palancas para la transmisión de potencia, etc . Uno de los problemas característicos de la automatización mecánica es la gran longitud de las cadenas cinemáticas . Para reducirla se pueden combinar distintas técnicas (mecánica-hidráulica, electromecánica, etc .) o bien introducir varias fuentes generadoras de movimiento. Otro problema característico de toda automatización es la sincronización de movimientos de los órganos móviles . Para lograrlo hay que dotarlos de regulación de carrera o de giro, empleando los elementos que el alumno conoce en su mayoría . Para ilustrar lo que se ha dicho, en la figura 8.1 se representa el esquema de una máquina automática de cortar alambre . El alambre, procedente de una bobina, es arrastrado por la mordaza M movida por la rueda C y la biela 8 . El corte del mismo a medida lo realiza una cuchilla móvil CM accionada por la palanca P que, a su vez, oscila periódicamente debido a la leva de mando L.

~e:nnnnnuummWm~i

Fig . 8.1 alambre .

Máquina automática de cortar

La carrera de la mordaza M está regulada por la posición radial de la manivela sobre el plato de la corona C. Al llegar aquélla a su posición más avanzada la leva, sincronizada con la corona C, hace oscilar bruscamente la palanca P, la cual empuja hcia abajo la cuchilla móvil CM que corta el alambre con ayuda de la cuchilla fija CF. La carrera de la cuchilla CM depende del salto de la leva y su posición se regula por medio del tornillo que lleva la palanca P. Se comprende que la mordaza tira del alambre en un solo sentido gracias a un dispositivo de acuñamiento . Las máquinas herramientas suelen llevar conjuntos mecánicos para el avance automático, la inversión del movimiento, el giro de una torreta, etc ., pero la automatización total sólo se da prácticamente en los tornos automáticos de levas . 8.2 .2

Automatización neumática Las posibilidades de la automatización neumática son muy amplias, tal como quedaba implícito en el tema 6 del presente texto dedicado a la neumática aplicada . Estas posibilidades se refieren no sólo a los automatismos de ciclo fijo sino también a la programación neumática . Como ejemplo de lo dicho está la fresadora de ranuras de la figura 8.2. La pieza es situada sobre la mesa contra un tope fijo por el operario, el cual, a continuación, pulsa el pedal de la válvula 1 .1, con lo que la pieza queda sujeta por el cilindro (1) . Este, al final de su recorrido, acciona la válvula 2 .1, la cual pone en marcha el cilindro (2) que mueve el cabezal portafresas . Al llegar éste a la posición prevista, hace avanzar a la unidad oleoneumática (3) por medio del final de carrera 3 .1 . Dicha unidad, al completar su recorrido, invierte su avance automáticamente, no sin antes accionar la válvula 2.2 que retira el cilindro (2) hasta su punto de partida, a la espera del próximo ciclo . Cuando interesa variar el ciclo de trabajo establecido se emplean los progra154

Fig. 8.2

Fresadora semiautomática de accionamiento neumático .

madores . Se trata de unos soportes que contienen un árbol de levas que actúa sobre un grupo de válvulas 3/2 ó 4/2 y controla* el tiempo de reposo y actuación de cada una de ellas (fig. 8.3) . Las levas son ajustables, de modo que pueda regularse a voluntad la duración de la señal dentro de un ciclo. La velocidad de trabajo depende del número de revoluciones del árbol de levas el cual está movido por un motoreductor o bien por un motor de c. c. de velocidad variable . Para ciclos muy largos y cuando una misma señal debe repetirse dentro del mismo ciclo se emplean programadores de rejilla con levas incorporadas (fig . 8.4) . Actualmente se está desarrollando con rapidez la técnica de la baja presión o fluídica que ha permitido preparar montajes modulares que funcionan según los principios de la lógica neumática . Este sistema sustituye con ventaja a la electrónica en determinadas aplicaciones .

Fig. 8.3 Programador neumático de levas (Festo Pneumatic).

Fig. 8.4

Programador neumático de rejilla (Festo Pneumatic).

8.2.3

Automatización hidráulica En el tema anterior se han explicado los principales componentes oleohidráulicos así como aplicaciones características de los mismos. Por eso sólo queda añadir que muchas de las características de la neumática son válidas también para la oleohidráulica aunque ésta tiene más aplicaciones en el campo de la máquina herramienta, especialmente en el movimiento rectilíneo de mesas, carros y cabezales por su mayor potencia transmisible y por la regularidad y exactitud de los órganos de trabajo oleohidráulicos . En este sentido, la figura 8.5 representa una instalación oleohidráulica típica para el accionamiento automático de la mesa de una rectificadora . 8.2.4

Automatización eléctrica

En el tema 4 se han explicado las características de los componentes eléctricos que aparecen con mayor frecuencia en las instalaciones de máquinas herramientas . No hace falta decir -resulta evidente- que en cualquier máquina, por sencilla que sea, existe algún tipo de automatismo eléctrico, encargado con frecuencia de gobernar los órganos generadores de energía (motores) . También se emplea el man155

Fig. 8.5

Mandro hidráulico.

do eléctrico en el control de los órganos móviles de las máquinas mediante interruptores de final de carrera, temporizadores, etc . Así, en la figura 8.6 se representa el esquema eléctrico del accionamiento del carro de una máquina controlado por los finales de carrera I y II que gobiernan a los contactores C 1 y C2 encargados de invertir el sentido de giro del motor . También existen programadores electromecánicos y sistemas de copiado electromagnético, entre otros dispositivos de interés .

Ll L3 N

8 .2.5

Automatización electrónica

La aplicación de la electrónica a las máquinas herramientas ha supuesto una verdadera revolución y ha permitido que esta rama industrial dé un paso de gigante en el terreno de la automatización . Además de aplicaciones tan remarcables como el control de la velocidad de los motores, la -reedición muy precisa de los desplazamientos -lineales o circulares- y su visualización, etc ., las mayores ventajes se refieren a la programación de procesos de trabajo y al control de su realización . En efecto, los varios sistemas de programación y entre ellos el control numérico suponen, tal como se decía al principio del tema, el inicio de una nueva era de la máquina herramienta .

8.3

Fig. 8.6

Mando eléctrico .

Programación de los ciclos operativos

Programar es ordenar, en un lenguaje comprensible para la máquina, la serie de instrucciones detalladas que le permiten ejecutar las operaciones que constituyen un ciclo operativo . Todo sistema automático supone la existencia de un programa, ya sea implícito (automatización de ciclo fijo) como explícito (automatización de ciclo programable) . Esta última implica la existencia de una memoria interna que recibe, almacena y emite las instrucciones del programa ; por consiguiente es una máquina programable en sentido estricto. Según el comportamiento de las señales de mando se puede establecer una división general de la programación en dos grandes grupos : de cadena abierta y de cadena cerrada.

- Programación en cadena abierta. Es la que, en ella, las señales de mando son independientes de los órganos receptores. - Programación en cadena cerrada. En este caso, las señales de mando dependen, a su vez, de la posición de los órganos móviles .

8.3 .1 Fig. 8.7

Accionamiento por leva (programación en cadena abierta).

Fig. 8.8

Copiado en el torno (programación en cadena abierta).

Programación en cadena abierta

Como ejemplo de la misma se puede citar la programación mecánica y dentro de ella la directa y la indirecta. En el primer caso el órgano de memoria transmite directamente los esfuerzos que provocan el movimiento correspondiente, mientras que en el segundo dicha transmisión es asistida . En la programación mecánica directa el órgano de memoria puede ser un tambor de segmentos, una leva, etc . Esta última circunstancia se da en los tornos automáticos de levas . Dichos tornos llevan un árbol portalevas con tantas levas como órganos a controlar, cuyos perfiles los determinan las trayectorias que deben seguir cada uno de aquéllos (fig . 8.7) . Una vuelta completa del árbol portalevas corresponde a un ciclo completo de trabajo . Se comprende que cada ciclo requiere una combinación de levas determinada y, por consiguiente, la mecanización de una pieza distinta a la efectuada supone el cambio total o parcial de las levas utilizadas por otras específicas del mecanizado de la nueva pieza . De esto se deduce que este sistema sólo es rentable para la fabricación de grandes series de piezas . En la programación mecánica asistida se intercala un dispositivo de transformación entre la memoria y los órganos móviles . El copiado hidráulico que se emplea en las máquinas herramientas es un buen ejemplo de ello . La memoria está constituida por una pieza patrón o una plantilla (2) (fig . 8.8) . Un palpador (4), unido a una válvula piloto, lee el programa constituido por la plantilla y lo transmite al distribuidor de potencia (6) que gobierna al cilindro hidráulico unido al carro (3) u órga no móvil de trabajo, encargado de reproducir la pieza según la plantilla patrón . 156

8.3 .2

Programación en cadena cerrada

40 punto de partida

En un sistema que funciona según este principio (fig . 8.9) el programador envía señales de mando a la máquina pero, a su vez, recibe información de cuando dichas órdenes se han cumplido, para que no se inicie la siguiente secuencia si no ha finalizado la precedente .

> I

parada "versión automática movimiento rápido movimiento de trabajo

señal de mando

movimiento de frenado

señal de retorno (información)

sentido del movimiento (absoluta o relativo)

programador

Fig. 8.9

Fig. 8. 10 Símbolos para ciclos de m . canizado .

Programación en cadena cerrada.

La programación en cadena cerrada se divide, según la naturaleza del programador, en : programación fija, programación de movimientos sucesivos y progra-

Fig. 8. 11

Ciclo longitudinal.

Fig. 8.12

Ciclo cuadrado.

mación por fichas. 8.3 .2 .1

Programación fija

Cuando la máquina programada debe ejecutar mecanizados sobre un solo piano, es decir, moviendo la herramienta o la pieza únicamente en dos direcciones o en una sola, el programador es relativamente sencillo y consiste en una regla de topes deslizables que actúan sobre microrruptores eléctricos . Un ejemplo típico lo constituye la fresadora de ciclos automáticos . Como se ha dicho, el desplazamiento de la mesa puede ser longitudinal (ciclo compuesto de dos trayectorias, una en cada sentido) o longitudinal-transversal (ciclo compuesto de cuatro trayectorias, llamado por esto ciclo cuadrado) . Antes de seguir adelante conviene arbitrar una representación simbólica de los movimientos para poder dibujar el ciclo que interese (fig. 8.10) . Según los símbolos elegidos, el ciclo de la figura 8.11 es un ciclo longitudinal compuesto por un avance rápido de la pieza desde el punto de partida, un movimiento de fresado, una salida rápida y una inversión también rápida hasta el origen . Por otro lado, el ciclo de la figura 8.12 es un ciclo cuadrado compuesto de un movimiento rápido 0-1, un movimiento de trabajo 1-2, una salida rápida 2-3, un cambio de dirección en sentido transversal 3-4 y, a partir de aquí, se repiten los movimientos pero en sentido contrario, hasta el punto de partida . Los carros longitudinal y transversal de la máquina son arrastrados por un motor independiente conectado a cada husillo . Dichos motores (de dos velocidades) se mueven por imperativo de unos microrruptores accionados por topes regulables, cuya misión es realizar los cambios de velocidad y determinar la longitud de los desplazamientos . En la pieza de la figura 8.13 debe fresarse un rebaje que responde al ciclo dibujado . Como se ve, se trata de un ciclo cuadrado sobre el plano horizontal compuesto por 6 secuencias . Los avances de los carros y los desplazamientos adecuados se obtienen con los topes de dos reglas -longitudinal y transversal- que se fijan en el punto oportuno siguiendo las cotas del plano de la pieza a las que se suman unas constantes que dependen de la máquina . En el supuesto que la colocación de los topes fuera la de la figura 8.14, la misión de cada uno de ellos sería la siguiente : s:

puesta en marcha (pulsador). control de la secuencia 0-1 . Desplazamiento rápido desde el origen . c : control de la secuencia 1-2. Movimiento de trabajo . d: control de la secuencia 2-3 . Movimiento de trabajo . e : control de la secuencia 3-4 . Salida rápida . f: control de la secuencia 4-5 . Desplazamiento transversal rápido y retorno . a : control de la secuencia 5-0 . Paro en origen . b:

Cuando se realizan desplazamientos sobre tres ejes aparecen (Tema 17) los llamados ciclos cúbicos . Se pueden realizar siguiendo los principios explicados aunque para ello es preciso automatizar el carro vertical de la máquina . En la figura 8.15 aparece un ejemplo de ciclo cúbico . 157

Fig. 8.13 Fresado de un rebaje (cicic cuadrado).

regla longitudinal

Fig . 8.14 Disposición de los topes par el ciclo de fresado anterior,

8 .3.2.2 i '

RL RL RL AT RT

: : : :

avance longitudinal retroceso longitudinal avance transversal retroceso transversal subida vertical DV descenso vertical

sv :

Fig. 8.16

final

Se llama así porque la continuidad del ciclo programado se establece con el enlace de las secuencias sucesivas . Se emplea en máquinas de ciclos automáticos cuyos órganos de trabajo son cilindros neumáticos u oleohidráulicos . La programación de un ciclo determinado (fig . 8.16) se realiza sobre una tablilla provista de conexiones eléctricas Ifig . 8.17) . dispuestas en dos columnas, con ayuda de unos conductores o puentes que sirven para unirlas por medio de las clavijas que llevan en los extremos . La columna de la izquierda corresponde al inicio de los movimientos y la de la derecha a su finalización. Cada una de las filas (en este caso seis) representa una función específica . Así AL significa avance longitudinal ; RL, retroceso longitudinal ; AT, avance transversal, etc . Para programar el ciclo anterior hay que unir, en primer lugar, la conexión marcha con la del principio del movimiento de avance transversal AT, después el final de éste con el principio de AL; a continuación, el final del avance longitudinal AL con el principio de RT y así sucesivamente hasta cerrar el ciclo con la conexión de paro . Las conexiones de la tablilla controlan las electroválvulas (fig . 8.18) que gobiernan los cilindros, cuya carrera está limitada por topes electromecánicos graduables unidos a las conexiones de final de función . 8.3.2.3

Fig. 8.17

Programación de movimientos sucesivos.

I I I

Fig. 8.18

Esquema de mando por movímienros sucesivos.

Fig. 8.20

Clavija-diodo .

Programación de movimientos sucesivos

Programación por fichas

Los sistemas explicados tienen muchas limitaciones y sólo son adecuados para ciclos muy sencillos. Para mejorar la capacidad de programación se recurre a un sistema de matriz y clavijas-diodo . La matriz está formada por dos placas aisladas que llevan impresas unas líneas conductoras en forma de malla ortogonal, de modo que cada órgano de trabajo de la máquina esté conectado a una línea horizontal y cada línea vertical esté unida al contador de pasos (fig . 8.19). Las líneas horizontales expresan las funciones de los órganos de la máquina (avance rápido, avánce lento, paro, marcha, movimiento longitudinal en un sentido, etcétera) y las verticales representan las secuencias o serie de operaciones elementales en que se divide un proceso . Los límites de cada secuencia se obtienen por medio de reglas de topes graduables situadas en cada uno de los carros móviles . Dichos topes actúan sobre unos microrruptores agrupados en cajas protectoras y de este modo producen unas señales dirigidas que indican al contador el final de cada secuencia . - Funcionamiento del sistema. Un impulso eléctrico (fig. 8 .19), procedente de un microrruptor accionado por un tope, alimenta la bobina del electroimán E, el cual atrae el vástago del trinquete T hacia atrás . La señal eléctrica llega también al índice distribuidor que la dirige a la columna 1 de la matriz . Allí, por medio de la introducción de dos clavijas-diodo o fichas-diodo, se envían dos órdenes compatibles a los órganos de la máquina : movimiento longitudinal hacia la derecha, por un lado, y marcha lenta por otro. La clavija diodo (fig. 8.20) recibe la señal de mando por su extremo (1) y de allí pasa al casquillo conductor (7) a través del diodo (6), que impide el retorno de la señal. El casquillo (7) está conectado a los órganos de la máquina (se comprende que cada casquillo corresponde a un nudo de la malla) . La clavija-diodo une las dos líneas de la malla o matriz (recuérdese que la matriz está formada por dos placas aisladas) que forman un nudo y da órdenes concretas (funciones) durante una secuencia determinada . Por eso la figura citada muestra dos clavijas en la primera columna, una en la línea de avance longitudinal a la derecha y otra en la del movimiento lento . En la segunda secuencia continúa el movimiento hacia la derecha pero ahora se efectúa con rapidez . En la figura 8.21 se representa el ciclo de trabajo para la mecanización de una pieza en un torno copiador controlado por un programador de fichas-diodo . La disposición de las clavijas es la idónea para ejecutar el ciclo que se indica . Obsérvese que la máquina dispone de 20 funciones y una capacidad de 30 secuencias . - Ejemplo de realización. Sea la pieza de la figura 8 .22 en la que hay que fresar una ranura en ángulo recto . El ciclo de trabajo mínimo establecido aparece en la figura 8.23. Como se ve, es un ciclo cuadrado que parte de (1) hacia (3), con un punto de frenado (2) para asegurar la precisión del cambio de dirección del fresado ; sigue de (3) hasta (4) y, a partir de aquí, llega al punto (5) con avance rápido para terminar en (7) previo frenado en (6) . Los puntos (1) y (7) coinciden . 158

ífa©©0©ovooía

manzamasa ¡gas~-EMEN n

idgzzggzzz

Fig. 8.19 Esquema del sistema de programación por matriz y clavijas-diodo.

A

B

-o 5 a N n

2

3

0

L A

Fig. 8.22

e

300 30g5

370 6

7

Fig. 8.23

4

Los desplazamientos se controlan por medio de los topes .de las reglas A y 8 que, como el ciclo es cuadrado, pertenecen a la mesa longitudinal (X) y al carro transversal (Y), aunque también dispone de ellas el carro vertical de la fresadora imaginada . Dichas reglas tienen un cero u origen cuya posición puede variarse respecto a la máquina por medio de tornillos micrométricos . Los topes se colocan sobre las reglas a las distancias adecuadas desde el origen, procurando que la cota inicial sea una cifra con centenas exactas (100, 200, 300, 400 . . .) y a ella se suman las cotas propias de la pieza . El trazado suele hacerse a es cala sobre una hoja suministrada por el mismo constructor de la máquina, lo que facilita la colocación posterior de los topes . Como sea que los topes (6) y (7), (2) y (3) están muy próximos, se colocan en dos reglas distintas . El montaje de las clavijas-diodo se realiza con facilidad sobre el tablero de la máquina (fig . 8.24) . Obsérvese que para cada secuencia se programan las funciones necesarias. De este modo se seleccionan los avances (movimiento de trabajo MT, movimiento rápido MR, frenado F. . . ) las direcciones del movimiento, el paro o marcha de la fresa, etc . La fila 8 significa selección de la regla 8 y el STOP, fin del ciclo . Para aumentar la capacidad de programación se emplea también otro sistema que no se va a tratar aquí, basado en un tambor o en una cinta perforada provistos de varias pistas sobre las que se sitúan unos captadores de impulsos . La ausencia o no de perforación permite emitir una señal de mando ; estamos pues ante un sistema binario, o sea que, según el número de pistas, el programador es capaz de almacenar 2" informaciones . 159

STOP e

MT MR F

1

2

3

4

5

6

7

magasmi guasa """i"" suceso ""i"""

gamuza gamuza

ü""""" Fig. 8.24

8.4

Fig. 8.25 Alimentación por gravedad.

Alimentación automática de las máquinas herramientas

Un aspecto algo descuidado en la automatización de las máquinas herramientas es el de la alimentación de las piezas a mecanizar . La alimentación automática tiene como finalidad suministrar piezas a la máquina en el punto deseado y en la posición conveniente, para que ésta pueda iniciar sin demora el ciclo de trabajo . La evacuación de las piezas mecanizadas puede considerarse también en este apartado, aunque su importancia es menor y se realiza normalmente por gravedad. Muchos constructores de máquinas herramientas fabrican sistemas de alimentación automática que suelen ser válidos en los casos más habituales . No obstante, conviene estudiar siempre la solución óptima porque, a veces, puede ser rentable la construcción de un sistema especial . 8.4 .1

Fig . 8.26

Alimentación por gravedad con disco distribuidor.

Sistemas de alimentación por gravedad Todos ellos aprovechan el propio peso de las piezas para lograr que éstas se depositen en el punto deseado desde una posición más elevada . La conducción de piezas desde el almacén, tolva o similar se efectúa por un conducto o rampa de forma conveniente . Este es el caso de una rectificadora frontal de superficies planas (fig . 8.25) . Los discos a rectificar llegan al plato distribuidor (2), dotado de alojamientos donde se introducen las piezas, el cual las lleva hasta la muela de desbaste (3) y después a la de acabado (4) para, finalmente, dirigirlas a la rampa de evacuación (5) . También se emplea la combinación de tambor o disco y rampa (fig. 8.26) . Las piezas cilíndricas descienden por una rampa y se introducen en las ranuras de un tambor de giro intermitente . Después de sufrir mecanización en las estaciones A y 8, las piezas caen en la rampa de salida . 8.4 .2

Fig . 8.27 Alimentación con cinta transportadora y brazo oscilante .

u Fig . 8.29

La alimentación de piezas depende de un sistema o mecanismo de arrastre que las lleva al punto de trabajo . Se componen de un grupo de arrastre (cinta, banda, disco, etc .) y un dispositivo de empuje y situación (distribuidor, balancín, brazo, etcétera) . En la alimentación forzada tienen gran importancia los brazos neumáticos, tal como se dijo en el tema de neumática aplicada . En la figura 8.27 se observa un sistema muy eficaz compuesto por una cinta transportadora (1) con celdillas que avanza paso a paso y un cuerpo oscilante (3) con dos brazos retráctiles con pinzas . Mientras uno de los brazos alimenta el cabezal de la máquina (4) el otro introduce una pieza terminada en una de las celdillas de la cinta, tras lo cual, la cinta avanza un paso y queda de nuevo en posición . Otro sistema parecido es el de la figura 8 .28 . La máquina tiene un travesaño (1) por donde se desliza un carro (2) provisto de brazos neumáticos (4) y (5) . El brazo (4) coge una pieza (7) de la cinta (6) mientras el (5) deposita una pieza acabada . Luego el carro (2) se traslada de A hasta 8 para que el brazo de carga (4) deposite una pieza para mecanizar .

Fig . 8.28 Alimentador por carro deslizante y cinta transportadora.

Alimentación mixta con empujador neumático .

8.4.3

Fig . 8.30 Alimentación mixta con brazo oscilante.

Sistemas de alimentación forzada

Sistemas de alimentación mixta Son los más empleados ya que reúnen las ventajas de la alimentación forzada y la alimentación por gravedad . Consisten, como su nombre indica, en una combinación de ambos sistemas . En la figura 8.29 se puede apreciar un alimentador mixto. En efecto : las piezas llegan por un conducto vertical (1) y un cilindro neumático (2) las empuja periódicamente hasta la zona de trabajo . Un sistema muy empleado en la alimentación de tornos es el de la figura 8.30 . Está formado por una rampa (1) que se carga manualmente, con un tope en A, y un brazo cargador oscilante (2) capaz de recoger la pieza y elevarla hasta el cabezal de la máquina ; donde queda sujeta entre puntos . 160

Para alimentar máquinas de gran producción que mecanicen piezas de pequeño tamaño puede utilizarse el montaje de la figura 8.31 . Las piezas son elevadas desde un depósito de fácil carga por medio del elevador de cinta (1), cuya salida desemboca en la rampa (2) que sitúa las piezas sobre la mesa de la rectificadora . Una vez rectificadas por ambos lados son evacuadas a través de la rampa (4) . En la figura 8.32 se representa una solución muy interesante para alimentar una línea de tornos que trabajan en cadena . Desde la columna elevada (1) las piezas descienden por la rampa (2) hasta el torno I . Salen por gravedad por la rampa 3, que las conduce al elevador (4) y, previo posicionamiento en la columna (5), descienden por la rampa (6) hacia el torno ll, encargado de efectuar la siguiente operación . De modo similar prosigue la cadena con los demás tornos de la línea.

Fig. 8.31

Elevador de cinta.

Fig. 8.32 Instalación para la alimentación de una línea transter de tornos .

8.4.4

Alimentación por robots

Existen también sistemas muy sofisticados de alimentación constituidos básicamente por un robot o autómata programado. Dicho robot tiene un bloque de trabajo (pinzas de manipulación, cilindros . . .) convencional y una unidad de mando electrónica que controla sus movimientos (ver apartado 17.4.5) . 8.5

Control numérico. Nociones generales

El control numérico (C. N.) es la traducción del término inglés Numerical Control que designa un procedimiento de automatización que permite el control per-

manente de un órgano móvil cuyas posiciones sucesivas se determinan por coordenadas y que se ajustan a un programa previamente determinado . Para comprender mejor la esencia de este revolucionario sistema es conveniente poner un ejemplo sencillo. Si se observa la figura 8.33 se pueden ver las distintas unidades que permiten el control numérico de un carro u órgano móvil . Dicho carro (1) se mueve por medio de un sistema mecánico de tornillo-tuerca (2) al que se conecta un indicador de posición (3) que señala en cada momento la posición real del carro . La unidad de comparación (6) elabora una señal de error, cuyo valor es la diferencia entre la posición real y la indicada por la unidad de entrada (7), que una vez amplificada en (5), llega como señal de mando al motor (4), unido al husillo, para que aquel gire de tal forma que dicha diferencia se anule y coincidan los valores real y teórico del desplazamiento . Los valores teóricos o datos se introducen en forma de programa en la unidad de entrada (7), empleando un lenguaje comprensible para la máquina del que más adelante nos ocuparemos . A continuación, antes de pasar al control numérico propiamente dicho, se estudiarán los órganos de mando de los movimientos y los órganos de medición de los desplazamientos . 8.5.1

Mando de los movimientos. Motores paso a paso

Aunque a veces se prefiere un cilindro oleohidráulico especial para mover los carros, el sistema habitual consiste en una combinación de husillo y motor paso a paso. El motor paso a paso sirve para transformar una señal eléctrica en un desplazamiento angular constante . Se trata, en realidad, de una especie de motor múlti ple, compuesto de varios motores idénticos . Los estatores y rotores tienen idéntico

Fig. 8.33 Esquema del control numén co (C . lv.).

número de dientes y, además, los primeros son solidarios entre sí y tienen los dientes alineados . No obstante, cada estator tiene excitación independiente . Por su parte los rotores tienen un árbol común y los dientes decalados en una determinada fracción angular . Consideremos ahora un motor paso a paso con tres estatores El, E2 y E3 de 12 dientes cada uno y tres rotores R1, R2 y R3 de idéntico número de dientes . Los rotores tienen los dientes decalados 1/3 del paso (el paso es la suma del ancho de un diente y un vano) . Cada vez que se alimenta un estator (fig . 8.34) el rotor correspondiente gira una fracción de vuelta para que coincidan sus dientes con los del estator y tiende a estabilizarse en esta posición . Si se alimenta el estator E, el rotor Ri coincidirá, mientras que R2 está decalado 1/3 de paso y R3 2/3 de paso. Cuando se alimenta E2, R2 coincide, Ri se decala 2/3 y R3 avanza, situándose a 1/3 del eje de referencia . Finalmente, al alimentar el estator E3, se verifica la coincidencia de R3, mientras que Ri se decaía 1/3 del paso y R2 2/3 del mismo . Si se vuelve a comenzar, alimentando El se tiene, evidentemente, que el giro experimentado es de un paso; o sea 1/12 de vuelta o bien 30° . Esto significa que es preciso enviar 12 series de impulsos eléctricos a El, E2 y E3 para completar una vuelta . La inversión del sentido de giro se consigue alimentando los estatores El, E2 y E3 en sentido inverso al indicado. Para modificar la velocidad de rotación basta con variar la frecuencia de los impulsos de alimentación ; es decir, que a mayor frecuencia mayor velocidad y viceversa . Un inconveniente del motor paso a paso es que su par de giro es casi siempre insuficiente para mover un husillo . Para superar este problema es preciso acoplarlo a un motor hidráulico (fig . 8.35) .

Fig. 8.35

Servomotor hidráulico : 1, motor paso a paso; 2, motor hidráulico .

Fig. 8.34 Esquema motor paso a paso .

tensión

8 .5.2

1

v desplazamiento Fig. 8.36 Señal analógica.

tensión

v2 v,

Señal numérica.

Medida de los desplazamientos . Generalidades

Las señales eléctricas producidas por el captor de información, encargado de determinar la posición del órgano móvil por lectura de su desplazamiento, pueden ser analógicas o numéricas . Una señal analógica es la que establece una correspondencia continua entre la posición del órgano móvil y la tensión de la señal emitida por el captor (fig . 8.36) . La señal numérica, por su parte, proporciona una imagen discontinua de la posición del móvil, según un código dado (fig . 8.37) . El desplazamiento mínimo mensurable se denomina incremento del desplazamiento A/. El sistema de medida se llama relativo o incrementa/ si permite medir los desplazamientos, y se llama absoluto cuando la señal caracteriza la posición del órgano móvil pero no mide su desplazamiento . Finalmente la medición es directa cuando el captor de información está unido directamente a la mesa u órgano móvil, e indirecta cuando existe un elemento intercalado (por ejemplo si el captor está unido al husillo roscado que mueve la mesa). 8.5.2 .1

Fig. 8.37

del

Captor analógico

Un ejemplo característico lo constituye el inductosyn lineal . La regla inductosyn está constituida por dos elementos : el primario, en forma de conductor en zig-zag (fig . 8 .38), superpuesto a una regla de cristal, y el secundario, constituido por dos conductores desplazados uno respecto al otro un equivalente de 90° . El elemento 162

primario se monta en la bancada de la máquina y el secundario en la mesa (fig . 8.39) . Una corriente alterna en el primario induce en el secundario unas tensiones cuyo vector resultante varía con la función seno coseno según la posición relativa del primario respecto al secundario ; es decir, según el desplazamiento efectuado . La ten sión producida se compara con la procedente del equipo de control y el movimiento no se detiene hasta que ambas se igualan .

Fig . 8.38 Esquema del inductosyn /i=neal (captor analógico).

o á

1

1

1

ol

1

ó ó

ó ó ÓÓÓ~ Fig . 8.39

Inductosyn lineal en una mandrinadora .

8.5 .2.2 Captor digital Se trata de un convertidor analógico-digital cuya misión consiste en traducir una magnitud continua en una cantidad discontinua o número (dígito) . Puede ser rotativo y lineal. Entre los más conocidos está el convertidor rotativo (fig. 8.40) que es un cilindro con sus generatrices alternativamente conductoras y aislantes que se apoyan en escobillas, de forma que la corriente que sale por ellas, convertida en impulsos, es recogida por un contador digital que los contabiliza . Otro sistema es el fotoeléctrico, Un disco con múltiples perforaciones (fig. 8.41) pasa delante de una fuente luminosa . La ausencia o presencia de los rayos luminosos es recogida por fotodiodos, cuyas señales eléctricas las contabiliza un conta dor digital . Tanto éste como el anterior están unidos al husillo o motor que mueve la mesa y convierten el giro (magnitud analógica) en un valor numérico (magnitud digital) . Entre los dispositivos fotoeléctricos lineales está el estudiado en el apartado 4.5.9.1, capaz de mediciones extremadamente precisas. Estos sistemas tienen la desventaja que miden solamente valores relativos y, en consecuencia, no están referidos a un origen o punto cero . Para evitar este problema es preciso emplear escalas codificadas . Ahora bien, si la escala fuese decimal, con pasos de 0,01 mm por ejemplo, su realización práctica es imposible . Se necesita emplear el código binario y codificar la escala de acuerdo con él . Véase en la figura 8.42 la instalación de un captor digital fotoeléctrico con regla codificada para la medición del desplazamiento del carro de una máquina .

Fig. 8.40 Esquema de un convertidor analógico-digital rotativo.

Fig . 8.41 Esquema de un captor digital fotoeléctrico.

2° 21 21 29 24

I I I

2322 21207976 171615 1

contador digital

8.5.3

11~TTT~IT(lb 9 676 54 32 T~ 1 6

12t7

Fig. 8.42 Captor fotoeléctrico lineal con regla codificada .

Ejes coordenados

Como se ha dicho al principio, la posición de un órgano móvil se determina en relación a tres ejes coordenados . El eje X o longitudinal (fig . 8 .43), el eje Y o transversal y el eje Z o vertical . Además, los movimientos de rotación en torno a dichos ejes se llaman respectivamente A, 8 y C. 163

Fig. 8.43

Ejes coordenados en C. N.

-

8.5 .4

Y4

a

YA

A Xg

A

XA

B Fig. 8.44

XB

--X

X

Control numérico punto a punto.

Supóngase que en una máquina de puntear de C . N . de mesa fija, cuyo cabezal disponga de movimiento de traslación longitudinal y transversal, debe realizarse un orificio B cuyas coordenadas son xB, ye, a partir de un orificio A de coordenadas XA, YA . Dicho de otro modo, la herramienta montada en el husillo debe trasladarse de A hasta B con exactitud (fig . 8 .44 A) . La traslación puede efectuarse controlando numéricamente el eje Y hasta que el valor del desplazamiento corresponde a la cota ye y después activar el movimiento longitudinal según el eje X hasta la cota xe. Es evidente que se puede proceder al revés ; es decir primero desplazar sobre el eje x y después sobre el eje y. En ambos casos no existe una ley matemática que relacione el desplazamiento Y y el desplazamiento X, puesto que sólo interesa el resultado final (posición B) y no la trayectoria recorrida de A hasta B. Este sistema de control numérico se llama de punto a punto. En algunos casos (fig . 8.44 B) se realiza el desplazamiento simultáneo e independiente sobre ambos ejes . Por ejemplo, si en una máquina de cabezal fijo con carro longitudinal y transversal, se mueven ambos simultáneamente, la trayectoria relativa de la herramienta (fija) corresponde a la línea de trazos ; con esta solución se reducen mucho los tiempos muertos por desplazamientos . También existe el desplazamiento paraxial (paralelo a los ejes) que permite mecanizar caras paralelas a los ejes coordenadas . 8.5 .5

Control numérico por contorneado

Si el desplazamiento que debe efectuar una herramienta (fig . 8 .45) desde A hasta B debe obedecer a una trayectoria (contorno) perfectamente definida -caso de una leva, por ejemplo- y no puede ser cualquiera, es preciso que los sucesivos puntos intermedios C, D, E. . . estén determinados por el órgano de control . Esto obliga al funcionamiento coordinado de los dos ejes sometidos a control numérico para la obtención de las distintas coordenadas de cada punto. Este sistema se denomina control numérico por contorneado (contourning). Como el control continuo sobre los infinitos puntos de la trayectoria A - B es evidentemente imposible, el sistema práctico se limita a determinar con exactitud las coordenadas de puntos notables (extremos de segmentos, centros y radios de círculo, etc .) que permitan reconstruir la curva deseada . El cálculo de las coordenadas de los puntos de paso obligatorio de la curva constituyen lo que se llama interpolación .

y Y Y

YD YC

8.5 .5 .1

YA

XAXO

XC

Fig. 8.45

Control numérico punto a punto

Control numérico por contorneado.

Interpolación

La interpolación es el cálculo de gran número de puntos intermedios de una trayectoria a partir de los puntos notables que la definen . Este cálculo lo realiza un interpolador (ordenador) integrado en la máquina de C . N . (on fine) o bien exterior (off fine). Existen varios sistemas de interpolación . Entre ellos conviene destacar la lineal y la circular. - Interpolación lineal El segmento rectilíneo AB (fig . 8 .46) está definido respecto a los ejes X, Y por las coordenadas de sus puntos extremos A y B; o sea XA, YA y XB, ye . Veamos ahora cómo se calculan las coordenadas de un punto intermedio cualquiera M: Entre los incrementos A x e A y existe la siguiente relación

A Y

Las coordenadas de M son resulta

A x,

YA 4-

Ay ; pero al sustituir A y por su valor,

xA + A x , YA + -YB--YA A x XB - XA

áX

Para un punto enésimo (n + 1) sus coordenadas serán

Xq+,n,x

Fig. 8.46

xA i-

YB - YA

Interpolación lineal-

Xn

164

+ 1 ,

yn

+ 1

o sea : + + xn + 1

= xn

+ A

x ,

yn

= yn

1

Yn + 1 - Yn Xn

+ 1 -

XII

A

x

- Interpolación circular La curva circular de la figura 8.47 está determinada por las coordenadas de su centro C y por las de sus extremos A y 8. Los puntos intermedios se consideran vértices de una línea poligonal de gran número de lados que reproduce con muchísima aproximación la curva dada . Suponiendo que las coordenadas del centro C sean x, = 0 e y, = 0, las coordenadas de A son xA = R e YA = 0 . Las coordenadas del punto intermedio M son :

Fig. 8.47 Interpolación circular .

xM=R-cosa,ym=R-sena que son las ecuaciones paramétricas del círculo . Los incrementos que se producen al saltar de un punto al sucesivo se obtienen derivando las ecuaciones paramétricas . dx

d a

=-R-sena=-y

dY =R-cosa=x d a dx ddy

=_-y

X

Considerando incrementos finitos A x, Ay, resulta : Ax

Y x

AY

- Y Las coordenadas del punto inmediatamente siguiente al origen A son : X = xA + AX X = XA - YA

,

y =

YA + AY Y = YA + XA

En general, para un punto enésimo (n + 1), las coordenadas son : Xn + 1 = Xn - yn , Yn + 1 = yn + Xn

Es decir, una pieza perfilada como la de la figura 8.48 puede realizarse por contorneado si se conocen fas coordenadas de los puntos notables A, 8, C, D, E. Las coordenadas de cada punto junto con otros datos, como las velocidades de trabajo, se introducen en un soporte (cinta perforada) con un lenguaje comprensible para el ordenador de la máquina de C. N . La introducción del programa de instrucciones recibe el nombre de programación . 8.5 .6

Programación

En control numérico, se llama programa al conjunto de instrucciones que deben proporcionarse a la máquina herramienta para la ejecución de un determinado proceso productivo . Las instrucciones se transmiten al órgano de control de la máquina en un lenguaje codificado que está en condiciones de asimilar . La preparación del programa recibe el nombre de programación . Ésta comprende varias etapas o fases : definición del programa o escritura, codificación y verificación . Además, según la forma de realización, la programación puede ser manual y automática . : 165

Fiq. 8.48

Puntos notables.

- Programación manual. El programa a realizar se compone con la ayuda de un mini-ordenador de sobremesa que efectúa todos los cálculos geométricos necesarios para determinar cuotas, curvaturas, etc., establece las secuencias a seguir y finalmente introduce en el soporte de información todos estos datos debidamente codificados. - Programación automática . En este sistema, el programador introduce, en un calculador electrónico, un programa con los datos tecnológicos de la pieza, los datos geométricos y las instrucciones referentes a los movimientos, redactado en lenguaje simbólico. El calculador interpreta el programa, elabora todos los datos y los transforma en una serie de órdenes, capaces de gobernar directamente la máquina de C . N . 8.5 .6 .1

Escritura del programa

El programa previsto, redactado según un código determinado, se introduce en un soporte cuya lectura permite la emisión de impulsos eléctricos que se transforman en señales de mando. El soporte habitualmente usado es la cinta perforada y los códigos más extendidos son el EIA y el ¡SO . La cinta perforada

-

Por su economía y practicidad constituye uno de los sistemas más empleados para el registro de información . Se construye de papel, plástico o de lámina metá!ica, según el dispositivo de lectura empleado, las condiciones ambientales de trabajo y el grado de utilización previsto de la cinta . La cinta perforada lleva una serie de canales o pistas longitudinales donde se practican los orificios necesarios de acuerdo con el código empleado . Los agujeros se agrupan en sentido transversal, por líneas, cada una de las cuales constituye un carácter. En el centro de la cinta existe una pista compuesta de pequeños orificios que se emplea para el arrastre de la misma . - El código de perforación. Códigos EIA e ISO (fig . 8 .49) El código EIA (Electronic Industries Association) es un sistema alfanumérico de 8 bits (unidad de información : bit) basado en el sistema binario ; es decir, al valor lógico 1 le corresponde la presencia de un agujero y, el valor 0, la ausencia de agujero, CODIGO ¡SO

a CK

6 5 4

00 00 0o 00 00

0 0 o

0 0

o o

00 00 00 000 000

0 ° 0 ° 00 °0

°0 0 °00 °000 ° ° 0

°

° °

00 00 0

0 0

6

5

--C

0

0

0 0

0 ° 0 °

0

o

R

y

°

o o

° o

000

°0

o

-0 _2 -7 _ _3 G --5 6

°00

f

00 °ooo g . 0000° 0 0 0 ° 0 J -k 0 0 0 0 0 °0 -m 0 °0 0 0 °00 -o

I

K N

S X

suprimir (DEL) interlínea (LF) tabulación (TAB) (fin) ,pista de arrastre

0

o 0 00

n ° pista

°00 -000 0° 00° o -8-g 00 ° 0 a 00 ° 0 000 ° 0o -C

F

-M

0

Fig. 8.49

-4

° 0 ° 00 ° 0 0 °00 ° 0 ° 00

o ° o o ° 0 ~o 0

4 2 7

0

G

o

00 0 °0 0 00 00° ° 0 00 oo 00 ° 0 0 0 0 °ooo 0 0° 00 0 0 ° o 0 00000°ooo

ooo °

,FX 0 C 8

2

°ooo

0 °

0 0 0 0

CÓDIGO EIA

n° pista

o -A

0 00

°oo

0 0

00 0 0 0 00 0

3 1 1 I

0

0

0° 0 r 00 ° 0 s ( o ° 00 00 °ooo --x ooo° _ -y 0 0° 0 _z 00 ° 0

00 0 ° o ° 0000°ooo ooo°00 o00

Cintas perforadas según los códigos ¡SO y EIA.

suprireto mir (DEL) no del carro/fin de bloque (CR/EOB) - tabu ación (TABI - fin ( R) - pista de arrastre

Cada unidad de información o pista -existen ocho- recibe o no la perforación necesaria que, leída en sentido transversal, constituye un carácter (número o letra) . La pista n° 5 se emplea para autoverificación . En efecto, la introducción de la pista C hace que cualquier combinación de orificios para constituir un carácter supone un número impar de ellos ; si esto no es así, un dispositivo de control en el lector indica error de perforación (tape error). La pista n° 8 (F) se reserva para un solo carácter : retorno del carro, que equivale a fin de bloque de información . El código ISO es más reciente, aunque en el futuro sustituirá al EIA por sus numerosas ventajas . También dispone de ocho pistas, la última de las cuales es de autoverificación . Además de cifras y letras, ambos códigos emplean signos etc.) y abreviaturas (TAB, DEL, NUL, CR, etc .) a las que corresponden caracteres propios . Algunos de ellos aparecen en la figura 8.49 . - Los bloques de información La información contenida por la cinta (programa a realizar) se divide en bloques específicos, cada uno de los cuales representa una operación elemental . A su vez, cada bloque se subdivide en palabras y cada palabra está compuesta por caracteres (fig . 8.50) .

Fig. 8.80 Disposición de las informaciones .

Las funciones que realiza una máquina herramienta de control numérico pueden determinarse con siete tipos de palabras, designadas por caracteres literales : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Número de operación elemental o secuencia : N Funciones preparatorias : G Ejes coordenados : X, Y, Z . . . Velocidades de avance : F Velocidades de rotación del husillo : S Tipos de herramienta : T Funciones auxiliares : M

Cada bloque está siempre limitado por dos caracteres particulares, denominados de fin de bloque ; correspondientes a CRIE08 en el código EIA y a LF en el código

¡so .

Cada palabra está constituida por un número variable de caracteres (letras, números, signos) . - Las palabras

Las palabras que forman los bloques sirven para ordenar una función de la máquina . La letra característica sirve para identificarla y los números concretan la magnitud de la función . Así, la función F que designa la velocidad de avance y las cifras 00 800 que indican las décimas de milímetro por minuto de avance, forman la palabra F 00 800. 1 . Número de secuencia. Los bloques se numeran con la letra N seguida de tres cifras . 2. Funciones preparatorias. Sirven para preparar la máquina para un determinado ciclo de mecanizado . Se codifican con la letra G seguida de dos cifras . Así G04 significa parada temporizada . 3. Ejes coordenados. Se indican con las letras específicas X, Y, Z. . . seguidas de siete cifras que indican las coordenadas de cada punto en micras . 4. Velocidades de avance . Como ya se ha dicho se indican con la letra F seguida de cinco cifras, que señalan la velocidad en décimas de milímetro por minuto . 5. Velocidades de giro del husillo. Se codifican con la letra S seguida dedos cifras . 16 7

6. Tipos de herramienta . Se designan por la letra T seguida de cinco cifras . 7. Funciones auxiliares. Se indican con la letra M seguida de dos cifras . Determinan el sentido de giro del husillo, el empleo de refrigerante, etc . Por ejemplo MOG significa cambio de útil . Todas las funciones están normalizadas y cada máquina lleva un código para evitar cualquier posible error de interpretación . Las unidades que expresan las magnitudes son susceptibles de variación, según la capacidad de las distintas máquinas . 8.5 .7

Programación manual

El programador encargado de la redacción del programa debe preparar la hoja de preparación (3) (fig . 8 .51) a partir del plano de la pieza (1) y de las hojas de ínstrucciones detalladas (2) . Como se comprende, debe situar los ejes de referencia, calcular las cotas, etc., con ayuda de un calculador de sobremesa, lo que hace algo ingrata esta tarea.

oficina de métodos~ --

a

L-

Fig. 8.51 Esquema de la programación manual.

puesto de trabajo

Después, en una máquina de escribir especial, dotada de perforador de banda (4) se realiza la cinta perforada (5) y el programa o listing (relación ya codificada de instrucciones) que sirve de referencia y comprobación . La cinta perforada y el listing se entregan al operador de la máquina junto con el dossier de mecanizado, el cual introduce la cinta en el equipo de mando (7) y efectúa una prueba en la máquina (8) . Verificado el programa en todos sus extremos se puede empezar la fabricación de la serie de piezas . 8 .5 .7 .1

Fig. 8.52

Ejemplo de programación

En una pieza prismática (fig . 8.52) debe realizarse un taladro avellanado para alojamiento de un tornillo Allen de M 10 . La hoja de instrucciones detallada permite establecer todos los datos tecnológicos necesarios, y el plano de la pieza las cotas (coordenadas) de cada punto . El ciclo de trabajo aparece en la figura 8.53 . Consiste en la salida desde el origen PO, en un desplazamiento rápido de los carros hasta situar la broca sobre el pt uno necesario y la perforación de la pieza, seguida de retorno rápido por el mismo ca-

Fig. 8.53

mino . A continuación, se produce el cambio de la broca por el avellanador que avanza después hasta el centro del orificio, efectúa el rebaje para la cabeza dei tornillo y regresa al PO por el camino señalado . El programa adoptará la siguiente disposición (relación parcial) : Secuencia N 001 N 002 N 003 N 004 N 005 N 006 N 007 N 008

Ejes coordenados

Avances

X 0120 000 Y 0025 000 Z 0120 X-0055 000 Y 0055 000 Z-0040 Z-0055 Z-0095 Y-0055 000 X 0055 000

000

F F F F F F F

000 000 000

30 30 30 30 01 30 30

000 000 000 000 200 000 000

Velocidades

Útil

Auxiliar

T O1

M 06

S 11

M 04 M 05 T02

M 06

- Comentario de las secuencias

N 001.

El husillo se sitúa sobre el punto de origen PO, moviendo los carros . La herramienta que lleva acoplada (broca) se designa por T 01 . N 002. Se efectúa un desplazamiento según X de 55 mm hacia la izquierda . Como 55 mm equivalen a 55 000 milésimas de mm, se escribe esta cantidad precedida dei signo (-) (hacia la izquierda) . El avance empleado es de 3000 mm/min o sea 30 000 décimas de mm/min . N 003. El desplazamiento según Y hacia adelante representa 55 000 ttm, a la misma velocidad que en la secuencia anterior . N 004. La broca desciende - 40 mm ; o sea, - 40 000 ftm a 30 000 décimas de mm/min . La función M 04 pone en marcha la broca a la velocidad S 11 que, en el código de la máquina, supone 1220 r. p. m . N005. La broca desciende - 50 mm y taladra la pieza . La velocidad vertical es menor ahora y se cifra en 1200 décimas de mm/min . N 006. La broca vuelve a ascender 95 mm a velocidad rápida . La función M 05 detiene el giro del husillo. N 007. Se efectúa un desplazamiento transversal de 55 mm . N 008. Se vuelve al punto de origen PO. Se produce el cambio de útil . Ahora el husillo lleva montado el avellanador . El proceso continúa de modo muy parecido al explicado . El camino de ida y vuelta es el mismo, a excepción del recorrido de trabajo que ahora es mucho más corto. 8.5 .8

Programación automática

Para evitar todo cálculo al programador, lo que constituye la principal fuente de errores, se recurre a la programación automática . El programa se redacta en un lenguaje simbólico -próximo al nuestro, pero que no es aún el lenguaje codificado que se ha estudiado- (fig . 8 .54) a partir de la hoja de instrucciones (1) y del plano de la pieza (2) . El programa (3) escrito en lenguaje simbólico (APT 1FAPT . .) pasa a una perforadora de fichas (4), que transcribe el programa a éstas (5) para que puedan ser leídas por la unidad lectora del ordenador (6) . Este (7) efectúa todos los cálculos necesarios .

I

iiin] l

I I I

I l I I

j-

I I 1

_ _--

oficina de métodos

Fig. 8.54

1 II

_J

l_-

L.--._ .

-

a 7

o --

1 .___._ J

centro de perforación

II

I I I ~JII ~ 9

centro de cálculo

I I f

puesto de

trabajo

Esquema de la programación atetornática .

Después, la unidad adaptadora (8) realiza la adaptación (postprocessor) a la máquina concreta y permite obtener la cinta perforada (10) y el Oisting (9). A partir de aquí, el proceso de la información es idéntico al de la programación manual . El lenguaje simbólico al que se hacía referencia es un lenguaje altamente especializado que permite transformar nuestras expresiones habituales en abreviaturas convencionales asimilables por un ordenador. Así, por ejemplo, si se desea designar 169

6 taladros de 30 mm de diámetro repartidos sobre una circunferencia de radio 50 mm se puede imaginar una expresión tal como esa : 6 TAL (taladros) CIRCUL (sobre un círculo) RAD (radio) 50, x, y, z (coordenadas del centro) DIA (diámetro) 30 (360/6) (repartidos) . Esta expresión puede dar una cierta idea de este tipo de lenguajes, el primero de los cuales fue desarrollado por el MIT (Instituto de Tecnología de Massachussetts) con el nombre de APT para las máquinas herramientas de control numérico . 8.6

Ejemplo de máquina herramienta de C. N .

Para mejorar la visión global del C . N . y completar las ideas expuestas sobre esta materia se incluye aquí un breve estudio de una taladradora-mandrinadora de C . N. (fig . 8 .55) .

Fig. 8.55 Taladradora -mandrinadora de CN Cintimatic de Cincinnati.

Se trata de una máquina de bancada fija y dos carros perpendiculares, provista de montante y cabeza vertical con torreta revólver de seis posiciones . Puede realizar operaciones de taladrado, mandrinado, roscado y fresado . 8 .6 .1

Organos móviles

Sobre la bancada de la máquina se apoya el carro transversal que proporciona el desplazamiento a lo largo del eje Y y sobre éste se apoya el carro longitudinal o mesa portapiezas, capaz de moverse en el sentido indicado (eje X) . Los movimientos de los carros se obtienen por medio de husillos con dispositivo anti-juego . Los desplazamientos de la mesa son : X = 975 mm e Y = 500 mm . Las velocidades de avance varían sin escalonamiento entre 25 y 1000 mm/min y existe una velocidad de aproximación rápida de 5080 mm/min . El cabezal desliza sobre las guías del montante y lleva la torreta revólver automática . La carrera sobre el eje Z es de 330 mm . Las velocidades de giro disponibles varían escalonadamente entre 70 y 2120 r . p. m . (16 velocidades) . Los avances va rían en progresión entre 10 y 2500 mm/min, con un avance rápido de posicionamiento de 3560 mm/min . 8.6 .2

Fig. 8.56

Lector fotoeléctrico de cinta perforada .

Unidad de control

La unidad de C . N . permite el mecanizado punto a punto sobre los tres ejes y por contorneado, sobre los ejes X, Y. El soporte de información es una cinta perforada de 1" de ancho y ocho pistas, montada en dos bobinas del armario de control que giran junto al lector fotoeléctrico (fig . 8.56) . Éste consiste, en esencia, en una lámpara especial que ilumina la zona de lectura y en unas fotocélulas, en número de ocho, que están colocadas debajo de la cinta . Cuando aparece un agujero, los rayos luminosos de la lámpara inciden sobre la célula correspondiente y ésta emite una señal eléctrica . El posicionamiento de los carros es simultáneo, con una precisión de ± 0,025 mm con la velocidad rápida de aproximación . El mando de los husillos depende de 170

servomotores hidráulicos de baja inercia, controlados por válvulas electrohidráulicas . El esquema de control de la mesa aparece en la figura 8.57. El indicador de posición de medida directa (1) señala al comparador (5) de la unidad de control la posición del husillo respecto al origen de coordenadas XY que coincide con el vértice anterior izquierdo de la mesa . Al mismo tiempo la cinta (3) comunica al comparador (5), a través del lector (4), la cota programada para este desplazamiento . El comparador emite una señal de mando que es adaptada (6) y amplificada (7) hasta el servomotor hidráulico (2) que gira lo necesario hasta que coincida la señal del captor de información con la lectura de la cinta . La unidad de control selecciona también la herramienta necesaria en la torreta y produce su enclavamiento en la posición deseada .

Fig. 8.57 Esquema de control numérico de la mesa .

8.6 .3

Montaje de las piezas

8.6 .4

Reglaje de las herramientas

Las piezas se montan sobre la mesa empleando los medios tradicionales . Si no existe utillaje de fijación, deben situarse unos topes para que la pieza quede siempre en la misma posición respecto a los ejes coordenados XY de referencia (fig . 8.58) . Las distintas herramientas se montan en la torreta en un determinado orden, sin necesidad de reglar previamente su longitud . Esta se regula individualmente situando cada herramienta sobre una galga, apoyada en la pieza, y llevando a cero el compensador que existe en el armario de mando. El punto obtenido señala el comienzo del avance de trabajo de cada herramienta . 8.6 .5

Programación

Como toda máquina de C . N ., lleva su propio manual de programación donde se especifican con detalle, entre otras cuestiones, el código de funciones de la máquina. No obstante, hay que decir que apenas varía respecto al procedimiento explicado en los apartados anteriores . Existen varios ciclos automáticos de taladrado, roscado y fresado que simplifican mucho el trabajo de programación puesto que se designan con un código elemental que evita la perforación de una larga serie de instrucciones . Esta máquina dispone de visualizador digital de cotas; integrado en el armario de control, que permite conocer en cada instante la posición del husillo respecto al origen de coordenadas. CUESTIONARIO 8 .1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8 .10 8.11 8.12 8.13 8 .14 8 .15

Concepto de automatización . Concepto de programación . Programación en cadena abierta. Programación en cadena cerrada . ¿Qué es un ciclo cúbico? Principios de la programación por fichas y clavijas-diodo . Alimentación de las máquinas herramientas . Alimentación por gravedad . Concepto de control numérico (C . N .) . Motores paso a paso . Medida de los desplazamientos. Control numérico punto a punto. Control numérico por contorneado. Interpolación lineal . Programación manual .

topes Fig. 8.58

Tema 9.

Verificación y puesta en marcha de las máquinas herramientas

EXPOSICIóN DEL TEMA El contenido de este tema hace referencia a las actuaciones que deben seguirse en la recepción de una máquina herramienta para evitar que sufra daños, a las precauciones a tomar para conseguir una buena cimentación de la misma y, finalmente, a las verificaciones exhaustivas que debe superar para que los trabajos que se realicen en la máquina tengan la calidad requerida . 9.1 Detalle A

Fiq. 9. 1

Cimentación y sujeción de un torno.

El transporte de la máquina debe realizarse siempre con las máximas garantías. Esto supone la protección escrupulosa de todas sus partes vitales por medio del embalaje o armazón idóneo, el bloqueo de sus órganos móviles y la protección contra la suciedad y la oxidación que sea conveniente . Los órganos menores, los accesorios delicados, etc ., suelen transportarse aparte . Si la máquina es de gran tamaño suele desmontarse en varias partes que vuelven a unirse en el lugar de destino, con objeto de facilitar su traslado . La carga y descarga de la máquina se efectúa por elevación, con grúa puente, polipasto o similar, o bien por deslizamiento sobre tubos de acero o rodillos mientras se empuja la máquina con palancas, o se tira de ella con un cabrestante . Para fijar los puntos de anclaje de las cuerdas o cables que servirán para elevar la máquina es preciso atender las instrucciones del constructor de la misma ; de lo contrario, puede ocurrir que se dañe algún órgano débil o incluso que exista riesgo de vuelco al no haberse tenido en cuenta la posición del centro de gravedad de la carga . 9.2

Fi g . 9.2 Cimentación con aislante .

Transporte de la máquina

Cimentación de la máquina

La cimentación o suelo de apoyo es muy importante para el funcionamiento correcto de la máquina . Su naturaleza depende de las dimensiones y del peso de la máquina así como de la precisión de la misma . Los principales materiales empleados para cimentar máquinas son : hormigón, corcho, goma, fieltro y cemento fino . No obstante, el hormigón es sin duda el material imprescindible en la cimentación de máquinas herramientas, sobre todo en las de gran precisión . La cimentación con hormigón consiste en colocar la base de la máquina sobre un bloque de dicho material (fig . 9.1) con una resistencia de 150 kgf/cm2 general, mente empotrado en el suelo. El espesor de la capa de hormigón lo indica en cada caso el fabricante de la máquina aunque generalmente oscila entre 30 y 50 cm . Si la máquina a cimentar es muy precisa, se puede aislar el hormigón del terreno con material aislante (corcho, goma, fieltro . . . ) (fig . 9.2) para evitar que las máquinas próximas le transmitan sus vibraciones . En casos extremos en los que el aislamiento debe ser muy riguroso, se emplea arena prensada (fig . 9.3) . 172

9 .3

Anclaje y nivelación

La fijación de la bancada sobre el bloque de hormigón se realiza por medio de tornillos o pernos de anclaje . Al mismo tiempo hay que nivelar la máquina ; para ello se recurre a los tornillos de nivelación y también a las cuñas. El anclaje con perno empotrado es el caso más general . El perno se une al hormigón por medio de un relleno de mortero de 180 kgf/cmz (fig . 9.4). La nivelación se efectúa con frecuencia a base de varios tornillos correctamente distribuidos en la bancada, provistos de tuerca de fijación, que se van atornillando equilibradamente hasta conseguir la nivelación buscada (fig . 9.5) . Una vez anclada y nivelada la máquina, el espacio existente entre la base de la bancada y el suelo se rellena de mortero fluido, es decir, cemento puro con agua, con el fin de dotar a la máquina de la máxima consistencia y reducir la vibración al mínimo posible. 9.4

Fig. 9.3 Cimentación con aislarniento de arena prensada .

Apoyo sobre lapas

Las lapas son soportes antivibratorios en forma de ventosa (fig . 9 .6), compuestos por una base de acero, un apoyo de goma sintética y un tornillo de sujeciónnivelación, que sirven de apoyo a las máquinas . Se construyen en diferentes modelos y tamaños, con diferente capacidad de carga (fig . 9.7) que oscila entre 50 y 3500 kgf.

Fig. 9.4

Anclaje con perno normal.

W,ndlo y tuerca de anclaje

tornillo de nrvelacon

a e¡ base

maquina

c Fig. 9.7

Diferentes tipos de lapas antivibratorias .

El uso de lapas es muy práctico en la mayoría de máquinas herramientas, a excepción de la maquinaria pesada o que su centro de gravedad presenta grandes vibraciones como son la cepilladura o el taladro radial, a no ser que estén especialmente diseñadas para este fin . Para que las lapas trabajen correctamente y el efecto de ventosa sea posible, el suelo ha de ser plano y liso, de loseta u hormigón con una lechada superficial . En la figura 9 .8 puede observarse el empleo de lapas de apoyo en una máquina herramienta .

lapa

Fig. 9.8

cemento fino

Fig. 9.5 nillos .

Nivelación por medio de tor-,

Fig. 9.6 Lapa seccionada : 1, tornillo de sujeción y nivelación ; 2, tuerca de fija, ción ; 3, arandela ; 4, base de la máquina; 5, campana metálica ; 6, base metálica para fijar tornillo, 7, goma sintética, 8; plataforma metálica de apoyo.

lapa

Aplicaciones de las lapas a un tomo .

173

9.5

Fig. 9.9

Se usa también una lámina de fieltro (fig. 9 .9), pegada con cola a la base de la bancada, como material intermedio entre ésta y el suelo. Es una solución muy económica pero sólo tiene aplicación en pequeñas máquinas de escasa precisión (figura 9.10). En la actualidad se fabrican elementos antivibratorios perfectamente estudiados para que cumplan su misión . Suelen ser de goma u otros productos similares, de diferentes formas y espesores (fig . 9 .11). En la figura 9.12 pueden observarse gráficamente los efectos de las vibraciones en una misma máquina cuando se emplean o no dichos elementos .

Base de fieltro.

9.6

Fig.

9.10

Electroesmeriladora

Fig. 9. 11

Otros materiales antivibratorios

sobre fieltro.

Planchas antivibratorias .

Instalación de la máquina

Una vez preparado el bloque de hormigón donde se apoyará la máquina, se colocan los espárragos que deben empotrarse en posición correcta para coincidan con los agujeros que a propósito lleva la bancada (fig. 9.13) . Para queque coincidan sin problemas, lo ideal es hacer una plantilla de chapa o de madera . Cuando el cemento está bien seco, se eleva la máquina para que los extremos de los pernos de anclaje puedan introducirse en los orificios respectivos de la barcada . Este procedimiento puede resultar incómodo para máquinas pesadas, ya que hay que elevar la máquina para introducirla en los tornillos ; por eso resulta más conveniente hacer los orificios de los espárragos, colocar la máquina dejando espacios terales por donde introducir los espárragos, nivelar la máquina y echar después lael cemento . Una vez éste ha fraguado, se aprietan fuertemente las tuercas y se vuelve a nivelar. La nivelación de la máquina se efectúa con ayuda de niveles de precisión -como se verá más adelante-, actuando sobre los tornillos que a este efecto lleva la máquina ; o bien con gruesos o cuñas que se introducen bajo la base en los puntos convenientes . 9.7

Precisión de una máquina herramienta

La precisión de una máquina herramienta está íntimamente relacionada con la calidad del producto que se desea obtener . Cuanto más estrechas son las tolerancias exigidas para las piezas mecanizadas, tanto más precisa debe ser la construcción de la máquina herramienta utilizada . Por consiguiente, es necesario que el fabricante de las mismas ofrezca al comprador las oportunas garantías a través de una verificación escrupulosa, basada en normas conocidas elaboradas con acuerdo general . No obstante, aún hoy en día, no existen unas normas de de máquinas herramientas universalmente reconocidas . Existen, eso verificación sí, normas nacionales como las de Schlesinger en Alemania y las Salmon en Francia que suplen con mayor o menor fortuna estas deficiencias . Por eso, la ¡SO está trabajando en el establecimiento de una codificación internacional de las condiciones de recepción de las máquinas herramientas que llenará el hueco existente en este sentido . Fig. 9. 12

Fig. 9.13

Efectos de las vibraciones.

Colocación de los tornillos en el suelo.

9.8

Objetivos concretos de la verificación

Las pruebas a que se someten las máquinas herramientas pretenden controlar los eventuales defectos que pueden presentarse en : - La precisión de las diferentes partes de la máquina (forma, dimensiones, funcionamiento . . .) . - La precisión de las piezas mecanizadas . - La producción de la máquina ; o sea, el número de unidades producidas en un período de tiempo determinado . - El rendimiento mecánico alcanzado ; es decir, la relación entre la energía máxima absorbida y la energía máxima disponible. - Los servicios que proporciona . - La solidez de la máquina y su resistencia a las vibraciones bajo carga. 174

9.9

Clases de pruebas de control

Las pruebas en cuestión pueden hacerse cuando la,máquina está parada y sin carga, o bien cuando está en pleno trabajo . En el primer caso se trata de un control estático o geométrico y en el segundo de un control práctico o funcional. El control geométrico permite averiguar el grado de precisión de los órganos vitales de la máquina . El control funcional determina las posibles deformaciones que pueden presentarse durante el trabajo, aunque en la práctica se limita a comprobar la precisión de las cotas y el grado de acabado superficial de unas piezas patrón que se mecanizan en la máquina . En España las normas UNE 15 021 a 15 027 se refieren a la comprobación de las máquinas herramientas en su rectitud, planicidad, paralelismo, equidistancia y coincidencia, desde una perspectiva general y sin hacer referencia a un tipo de máquina determinado. Unicamente en la UNE 15 513 se consideran particularmente las taladradoras fijas. 9.9.1

Normas generales a seguir en las verificaciones

Antes de pasar al estudio detallado de las pruebas de verificación es conveniente dar unas normas generales que conviene tener muy en cuenta . - Nivelación de la máquina . Antes de efectuar las pruebas es imprescindible nivelar cuidadosamente la máquina en su emplazamiento con un nivel de burbuja muy sensible. - Temperatura ambiental. lor excesivo .

La máquina a verificar está protegida contra el ca-

- Aparatos de verificación . Se utilizarán en cada caso los aparatos previstos en las normas . Si no están disponibles podrán sustituirse por otros equivalentes . Debe tenerse en cuenta que los errores de medida provienen tanto de los instrumentos como de los procedimientos empleados . El aparato de medida utilizado no deberá dar lugar a errores que excedan de una fracción especificada de la tolerancia que se ha de verificar . - Verificación de máquinas especiales. Todas las máquinas que se diferencien de las indicadas en las normas deben verificarse con criterios análogos. El texto de los certificados de verificación servirá sólo de referencia . - Desmontaje de los órganos. En principio, los ensayos se realizarán con la máquina completamente terminada . Por excepción, y de acuerdo con el constructor, podrán desmontarse algunos órganos de la misma . - Condiciones de temperatura . La máquina se ensayará en condiciones análogas a su funcionamiento normal, en cuanto a lubricación y temperatura . Por consiguiente, tanto para verificaciones prácticas como geométricas, los órganos sus ceptibles de calentarse y, por tanto, de variar deforma, posición y dimensiones, deben someterse a un calentamiento previo por medio del funcionamiento de la máquina en vacío, según las condiciones de empleo y conforme a las instrucciones del fabricante . - Ejecución de las pruebas prácticas . Las pruebas prácticas se realizarán sobre piezas cuya ejecución no comprenda otras operaciones que aquéllas para las que ha sido concebida la máquina . Dichas operaciones corresponderán a trabajos de acabado . - Comprobación de las piezas. Los valores hallados serán el resultado de varias comprobaciones y en todo caso valores medios. El material, clase de pieza, medidas de la misma y precisión a obtener, así como el número de piezas a construir serán las especificadas en las normas o, en su defecto, las convenidas entre el fabricante y el usuario . - Responsabilidad del fabricante en la ejecución de partes fundamentales. Ciertos órganos vitales de las máquinas, cuya verificación sería laboriosa o bien requeriría el uso de aparatos especiales (paso de husillo patrón, exactitud de división de una mesa, etc .), deben estar garantizados por el constructor que asume plena responsabilidad sobre ellos. 175

En estas circunstancias suele entregarse al usuario un certificado de verificación donde constan los errores observados, dentro, claro está, del campo de tolerancia admisible . 9.9.2

Instrumentos de medida y utillajes empleados Los instrumentos citados se agrupan en las siguientes clases (ver también el Tema 9 de la Tecnología del Metal2.1) : reglas de comprobación, mandrinos, cilindros para verificación entre puntos, escuadras, niveles de precisión y relojes comparadores, entre otros . - Reglas de comprobación UNE 15-028-76. Sirven para determinar los errores de rectitud o planicidad . Las hay de dos clases : reglas de perfil de igual resistencia (fig. 9.14) y regla de caras paralelas, de alma llena o vaciada (fig . 9.15). Para ser utilizadas en la comprobación de máquinas herramientas deben satisfacer condiciones muy estrictas . En este sentido, la flecha natural de la regla apoyada sobre sus extremos no debe sobrepasar las 10 1m por metro. En general, las reglas se emplean con sus caras útiles horizontales ; es decir, tal como aparecen en las figuras citadas . Las reglas de, sección constante se apoyan sobre dos puntos favorables, marcados en la misma regla, separados entre sí 5/9 de L y a 2/9 de L de sus extremos .

Fig. 9.14 ficación .

Regla de veri-

L

0 0 0

0 0 0

0 0 0

apoyos favorables

0 0 0

Fig. 9.15 Regla de verificación de sección constante.

- Mandrinos de comprobación UNE 15-028-76. El mandrino de comprobación sirve para verificar el salto de un órgano giratorio o bien la posición de su eje respecto a otros elementos de la máquina herramienta . Está formado por una parte cónica (fig . 9.16) que se adapta a la nariz del husillo y por otra parte cilíndrica que se utiliza de referencia en las mediciones . Se fabrica de acero templado y estabilizado que puede estar recubierto de una capa de cromo duro . Cada mandrino tiene centros rectificados en sus extremos así como cuatro trazos a 90° que limitan la longitud de medición. La precisión de un mandrino de esta naturaleza es muy elevada ; así, la tolerancia de rectitud es del orden de 2,5 1m por 300 mm. - Cilindros de comprobación UNE 15-028-76. Así como el mandrino anterior sirve para materializar un eje de rotación, el cilindro de comprobación entre puntos (fig . 9.17) representa, simplemente, la línea recta que pasa por dos puntos . Estos cilindros se construyen macizos (tamaños pequeños) y huecos ; en este caso a partir de tubo de acero sin soldadura estirado en caliente, al que se le aplican dos tapones en los extremos con puntos de centrado . Se recomienda que tengan una dureza, una vez tratados, de 60 H Rc y una rugosidad R2 = 0,3 .

Fig . 9.16

Mandrinos de comprobación UNE 15-028-76. 176

Fig. 9.17 Cilindro de comprobación UNE 15-028-76.

La tolerancia de rectitud es también muy elevada (del orden de 3 ¡Am por 300 milímetros) . En cada extremo lleva cuatro trazos, situados en dos planos axiales perpendiculares entre sí, que indican los límites de la medición . - Escuadras UNE 15-028-76. Para la verificación de máquinas herramientas se emplean los dos tipos siguientes : escuadra de brazos (fig. 9.18) que presenta un plano y una arista perpendicular al mismo ; escuadra cíAndrica (fig . 9.19) que define un plano y un eje perpendicular . Las dimensiones de las escuadras no suelen sobrepasar los 600 mm, siendo preferibles otros procedimientos de verificación de la perpendicularidad cuando se trata de medidas superiores . Las escuadras se fabrican de fundición o acero, con algún tratamiento de endurecimiento y desde luego se estabilizan cuidadosamente . La tolerancia de planitud o rectitud de cada cara es de 2 + 10 L, en Jím, si L se expresa en metros . La tolerancia de perpendicularidad es de ± 5 íÁm por cada 300 milímetros . - Niveles de precisión UNE 15-028-76. Se recomienda el empleo de niveles muy sensibles y de gran precisión, ya sean de lectura directa sobre la ampolla o de regulación micrométrica . La precisión necesaria es del orden de 5 a 10 um por metro y la sensibilidad de 30 a 50 mm ; es decir, con una longitud de división de 2 a 2,5 mm, una sensibilidad aparente de 10 segundos de arco la burbuja debe desplazarse por lo menos una división para una variación de la inclinación que no exceda de 0,05 mm por metro. 9.9 .3 Comprobación de la rectitud La comprobación de rectitud puede referirse a una línea con respecto a dos planos ortogonales, a la rectitud de un órgano y a la rectitud de un desplazamiento . 1.

Fig. 9.18 Escuadra de brazos o aletas.

I

II

I II . II I

II

II

!

Fig. 9.19

Escuadras cilíndricas.

Rectitud de una línea

Se recomienda el empleo de regla o nivel para longitudes hasta 1600 mm y los métodos de nivelación o procedimientos ópticos para longitudes mayores . La medición por regla se realiza con ésta apoyada correctamente sobre dos calas (figura 9.20) mientras se desplaza el soporte de un reloj comparador a lo largo de la superficie que se pretende verificar . Las calas regulables permiten obtener dos lecturas idénticas en los extremos de la línea y entonces pueden apreciarse directamente las diferencias de la línea AMB con respecto a la recta patrón AB (fig. 9.21) . En el procedimiento de nivelación (fig. 9.22) la línea a verificar, sensiblemente horizontal, es la oA, mientras que la recta inicial de referencia es la oX, siendo o y X dos puntos trazados sobre la línea que se ha de comprobar . El nivel se coloca sobre om; después sobre mm, m m". . . siendo estas distancias iguales a un cierto valor d, función de la longitud total oA a comprobar . Dicho valor d varía generalmente entre 100 y 500 mm. Con el nivel a cero en la posición inicial se pueden obtener después indicaciones directas de las posiciones relativas de mm, m'm". .. con respecto a omX Terminado el recorrido oA, se efectúan comprobaciones en sentido contrario Ao, pasando por los mismos puntos. A continuación, se calcula la media de los resultados obtenidos y se dibuja el perfil quebrado o mm'm"A . Finalmente se traza la línea final de referencia oA y se controlan las desviaciones en mm' y m'; medidas normalmente a la línea de referencia indicada, que no deben sobrepasar la tolerancia admisible . Un método de control óptico empleado es el de autocolimación (fig . 9.23). Cual-

b

Fig . 9.20 Comprobación de la rectitu Z. de una anea.

Fig . 9.21 Diagrama de lecturas de l" comprobación anterior.

fuente luminosa

línea a comprobar

iecta iniciaí de referencia

Fig. 9.22 Comprobación de la rectitud de una línea por nivelación.

Fig . 9.23

Control óptico de la rectitud de una línea por autocolimación .

177 7.

Máquinas Herramientas 2.3

`

quier desviación del espejo M respecto al eje horizontal produce un desplazamiento vertical de la imagen del retículo en el plano focal . La medida de este desplazamiento, que se efectúa con un ocular micrométrico, permite determinar la desviación angular del portaespejo . En el método óptico por visor (fig. 9.24) la medida del desnivel a, correspondiente a la distancia entre el eje óptico del visor y el trazo graduado en la mira, se lee directamente en el retículo o por medio de un ocular micrométrico . retículo

trazo

fuente luminosa

ocular micrornétrico

Fig. 9.24

Verificación óptica de la rectitud de una línea por lectura de desnivel.

También se puede emplear el método del hilo tenso y el microscopio . Un hilo de acero de 0,1 mm de diámetro se coloca tirante y sensiblemente paralelo a la línea a comprobar (fig . 9.25) . Con un microscopio dotado de un dispositivo para el desplazamiento horizontal se podrá leer en el plano horizontal las desviaciones de la línea respecto al hilo. El mismo montaje es válido para el plano vertical siempre que no deba tenerse en cuenta la flecha f del hilo, difícil de determinar con precisión .

Fig. 9.25 Verificación óptica de la rectitud de una línea por el sistema del hilo tenso.

2.

Rectitud de un órgano

Las condiciones de rectitud para un órgano son las mismas que las establecidas para una línea . Los órganos considerados en este apartado son especialmente las guías de las máquinas herramientas . Los procedimientos de verificación estudiados anteriormente son aplicables a este caso. 3.

Rectitud de desplazamiento de un órgano Es el paralelismo entre la trayectoria de un punto de dicho órgano y la recta de referencia, que es paralela a la dirección general del desplazamiento . Las comprobaciones pertinentes pueden hacerse de varias formas . El método del comparador y la regla (fig. 9.26) consiste en apoyar la base del reloj en el órgano móvil y el palpador sobre una cara hábil de la regla -que materializa la recta de referencia- desplazando seguidamente el órgano móvil sobre su guía . Cuando se trata de desplazamientos importantes (inferiores a 1600 mm) la regla puede sustituirse por un cilindro de comprobación, montado entre puntos ; si el desplazamiento supera los 1600 mm es mejor emplear el método del hilo tenso y el microscopio . 9.9.4

Fig. 9.26

Rectitud de desplazamiento de un órgano.

Planicidad

Una superficie se considera plana en una determinada extensión de medición, cuando las distancias entre sus puntos y un plano geométrico, paralelo a la superficie, teóricamente plana, que se desea comprobar, varían en cantidades inferiores a un valor dado . 178

Dicho plano de referencia puede determinarse : por medio de un mármol ; por medio de un haz de rectas obtenido por el desplazamiento de una regla ; por medio de un nivel y por medio de rayos luminosos . Todos ellos definen los respectivos procedimientos de medición . - Control de la planicidad por medio de un mármol. Para la comprobación con mármol se extiende sobre éste una fina capa de materia colorante adecuada y se pasa por encima la superficie a controlar con un movimiento de vaivén. Al retirar la pieza se anota la distribución de los puntos de contacto que se manifiestan por las señales coloreadas y se valora su densidad. Dicha distribución debe responder a un valor determinado y debe ser uniforme en toda la superficie . Este procedimiento se aplica únicamente en pequeñas extensiones .

C

Fig. 9.27 Control de la planicidad medio de un haz de rectas .

p

- Control por medio de un haz de rectas . En primer lugar hay que determinar el plano de origen al cual se referirán todas las variaciones de la superficie que se pretende controlar . Para ello se divide la superficie en cuestión por medio de una cuadrícula (fig. 9.27) cuyas divisiones sean de 100 a 150 mm. Se eligen los puntos A, 8 y C, que determinan el plano de origen o referencia, y se pone sobre cada uno una galga de idéntico espesor . A continuación se coloca una regla de precisión sobre A y C y se determina el punto D, situando bajo la regla una galga de espesor conveniente que pase con rozamiento suave ; esto supone que D está en el mismo plano que A, 8, C. Se repite el mismo proceso con 8 y D, lo que permite fijar el extremo E. Una vez hallados los extremos, se hallan los valores correspondientes a los lados exteriores de la cuadrícula ; es decir, apoyando la regla en C y 8 resulta que las galgas que pueden introducirse (fig . 9.27) son de 0,5-1-1,5-1,5 y 1 . Finalmente se hallan las desviaciones de los puntos centrales . - Control de la planicidad por medio del nivel. Como en el caso anterior, hay que establecer la posición del plano de referencia . Éste queda determinado por las rectas oX y oY sobre las que se efectuará la verificación (fig . 9.28) . Se sitúan varios puntos intermedios m, m, o, o". . ., cuadriculando la superficie de modo que las divisiones correspondan a la medida d, ya conocida (ver punto 9.9 .3) . Las rectas oX y oY deben estar aproximadamente en ángulo recto y, a ser posible, paralelas a los lados que limitan la superficie a comprobar . Las operaciones comienzan en el punto o, determinando el perfil de cada una de las líneas oA y oC, según el procedimiento descrito para la verificación de la rectitud. Igualmente se comprueban las líneas o'A, o'A,- mM, m M: . ., hasta cubrir toda la superficie . El resultado final es una especie de mapa topográfico con los valores de las diferencias de altura existentes desde la superficie al plano teórico de referencia .

Fig. 9.28 Control de la planicidad p medio del nivel.

- Control de la planicidad por medios ópticos . Además de los métodos basados en la interferencia luminosa, existe el conocido procedimiento del anteojo de alineación Zeiss (fig. 9 .29) . Este aparato permite la comprobación de la planitud cua driculando la superficie a comprobar y visando la mira en cada uno de los puntos de la cuadrícula según el procedimiento general ya conocido . 9.9.5

Paralelismo. De rectas y planos . De movimientos Una recta se considera paralela a un plano cuando las distancias entre ambos, medidas en diferentes puntos de una determinada extensión, difieran entre sí menos de un valor dado. Dos rectas se consideran paralelas cuando una de ellas lo es a dos planos que pasan por la otra . No es necesario que sean idénticas las tolerancias con respecto a cada uno de los planos . Dos planos se consideran paralelos cuando, midiendo su distancia relativa en diferentes puntos y en dos direcciones por lo menos, el error máximo en una determinada extensión no rebasa un valor convenido . - Paralelismo de dos planos . El instrumento de medida (fig . 9 .30) se fija en un soporte de base plana que se desliza sobre uno de los planos a comprobar ; la operación se hace en dos direcciones, a ser posible perpendiculares . - Paralelismo de dos ejes. La comprobación se realiza en dos fases ; primemeramente, en un plano que pase por dichos ejes y, después, en un plano perpendicular al anterior . 179

Fig. 9.29 dad.

Control óptico de la planic -

Fig. 9.30 Verificació del paralelismo de do< planos .

Fig.

9.31 Verificación del paralelismo de dos ejes .

En la primera comprobación se emplea un reloj comparador dotado de un pie prismático que se hace deslizar a lo largo del cilindro que materializa a uno de los ejes mientras el palpador del aparato se apoya en el cilindro que materializa el se gundo eje (fig. 9.31). Para determinar el error en cada punto, el instrumento se balancea a un lado y a otro, en sentido perpendicular a los ejes . Para la segunda comprobación se necesita un plano auxiliar paralelo al que pasa por los dos ejes. Si dicho plano auxiliar existe, se controla el paralelismo de cada eje respecto a él . En caso contrario, la comprobación se referirá a un plano imaginario con la ayuda de un nivel dé burbuja regulable . Para ello se coloca dicho nivel sobre dos cilindros que materialicen los ejes, situando la burbuja en posición cero. Si los dos ejes no están en un mismo plano horizontal hay que servirse de un soporte auxiliar (fig. 9.32) o una escuadra (fig. 9.33) . En estas condiciones se desplaza el nivel a lo largo de los ejes, anotando las indicaciones que proporciona . - Paralelismo de un eje y un plano. El instrumento de medida se monta en un soporte (fig . 9 .34) que se desplaza a lo largo del plano en cuestión . El palpador debe apoyarse en el cilindro que materializa el eje, por su generatriz más próxima .

Fig. 9.32

Verificación del paralelismo de dos ejes con el nivel.

- Paralelismo entre un eje y la intersección de dos planos . La comprobación se verifica tal como indica la figura 9.35 . El soporte del reloj comparador se desliza a lo largo de la recta de intersección, con el palpador apoyado en la generatriz dei cilindro que materializa el eje . - Paralelismo entre la intersección de dos planos y un tercero. Se sigue el mismo proceso que en el caso anterior, sólo que ahora el palpador está en contacto con un tercer plano (fig. 9.36) .

Fig. 9.35 Verificación del paralelismo entre un eje y la intersección de dos planos .

Fig. 9.33 Verificación del paralelismo de dos ejes con el nivel y una escuadra.

-

Fig. 9.36 Verificación del paralelismo entre dos planos que se cortan y un tercero.

Paralelismo entre dos rectas formadas cada una por la intercesión de dos pla-

El montaje para la verificación se realiza tal como indica la figura 9.37 . El soporte del comparador debe deslizarse sobre los planos que forman la segunda intersección . Este ensayo también se ejecutará en dos planos perpendiculares . El método indicado exige un montaje muy rígido del comparador, condición que sólo se cumple fácilmente si las guías están próximas . En caso contrario conviene utilizar el nivel, al menos para la comprobación en el plano vertical . El paralelismo de movimiento en las máquinas herramientas se refiere a la posición de la trayectoria de un órgano móvil con respecto a : un plano (soporte, guía . . .); una recta (eje, intersección de dos planos. . .) ; una trayectoria de un punto de otro órgano móvil . nos.

Fig. 9.34

Paralelismo de un eje y un plano.

- Paralelismo entre una trayectoria y un plano. Si el plano pertenece al órgano móvil, se monta el comparador sobre un punto fijo de la máquina (fig . 9.38) con el palpador norma¡ a la superficie a comprobar . Si el plano no se encuentra en el órgano móvil, el comparador se monta sobre este último (fig . 9.39) .

Fig. 9.38 Paralelismo entre una trayectoria y un plano.

Fig. 9.37 Paralelismo entre dos rectas formadas por la intersección de dos planos.

180

Fig. 9.39 Paralelismo entre una trayectoria y un plano exterior al órgano móvil.

- Paralelismo entre una trayectoria y un eje (fig . 9.40). - Paralelismo entre una trayectoria y la intersección de dos planos. El paralelismo entre cada uno de estos planos y la trayectoria se comprobará por separado, según lo indicado en el apartado correspondiente. La posición de la recta de intersección queda definida por la posición de los planos. - Paralelismo entre dos trayectorias . Sobre uno de los órganos móviles (figura 9.41) se fija un comparador, de modo que su palpador esté en contacto con el otro órgano móvil . Dichos órganos se desplazan simultáneamente y en el mismo sentido, anotándose las variaciones de lectura del aparato a lo largo de la extensión prescrita . 9.9.6

Fig. 9.40 Verificación del paralelism entre una trayectoria y un eje.

Equidistancia

La expresión equidistancia se refiere a la distancia entre los ejes y un plano de referencia . Hay equidistancia cuando el plano que pasa por los ejes es paralelo a dicho plano de referencia . La equidistancia entre dos ejes y un plano se comprueba como en el caso de paralelismo . En primer lugar se verifica que los dos ejes son paralelos al plano (figura 9.42) y después si están a la misma distancia de éste. Si los dos cilindros emplea dos no son rigurosamente idénticos, se tendrá en cuenta la diferencia de radios existente en las secciones que se comprueben .

Fig. 9.41 .

Paralelismo entre dos traye

Fig. 9.44 nos.

Perpendicularidad de dos pl .

etorias

Fig. 9.42 Comprobación de la equidistancia entre dos ejes y un plano.

9.9.7

Coincidencia o alineación

Dos rectas o dos ejes se consideran coincidentes o alineados cuando midiendo en varios puntos las diferencias relativas de posición existentes, éstas no superan los valores tolerados . El instrumento de comprobación, montado sobre un brazo (fig . 9.43), efectúa una rotación completa alrededor de un eje mientras su palpador explora una determinada sección A del cilindro que materializa el eje . Las variaciones en la lectura representan el doble del error de coincidencia .

Fig. 9.43 Coincidencia o alineación de dos ejes.

9.9.8

Perpendicularidad

Fig. 9.45 ejes .

Perpendicularidad de

dos

Dos planos, dos rectas o una recta y un plano se consideran perpendiculares cuando su error de paralelismo respecto a una escuadra de referencia no supera un valor tolerado . La escuadra de referencia podrá ser una escuadra de metrología o un nivel con cuadrante ; también podrá estar representada por planos o líneas cinemáticas . - Perpendicularidad entre dos planos. Sobre uno de los planos se coloca una escuadra de precisión (fig . 9.44) y sobre el otro se apoya el soporte del comparador . - Perpendicularidad entre dos ejes. Si los dos ejes son fijos, la escuadra (cuya base debe tener una guía en V) se apoya sobre un cilindro que materializa uno de los ejes (fig. 9.45), mientras el soporte del comparador, con la base apropiada, se desliza sobre el otro cilindro fijo, registrando las variaciones que hubiera . Si uno de los ejes puede girar, el comparador se monta sobre un brazo unido al eje móvil (fig. 9.46) para que el palpador se apoye en A y 8, sobre la generatriz del otro cilindro .

Fig. 9.46 Verificación de la perpendicularidad de dos ejes con ayuda del com , parador.

- Perpendicularidad entre un eje y un plano . Cuando el eje es fijo puede hacerse la comprobación tal como se indica en la figura 9 .47. Si el eje es giratorio se instala el comparador en un brazo fijado a dicho eje y se le hace dar una vuelta completa sobre un diámetro determinado (fig. 9.48).

- Perpendicularidad entre un eje y la intersección de dos planos. Si el eje en cuestión es fijo se emplea la escuadra de base prismática (fig. 9.49) y el comparador . Para comprobar la perpendicularidad, si el eje es giratorio, se sustituye la escuadra por él comparador montado en un brazo idóneo y se recurre a un prisma auxiliar que se desplaza sobre la guía (fig . 9.50) . Fig. 9.47

Verificación de la perpendicularidad de un eje y un plano.

Fig. 9.48 Verificación de la perpendicularidad de un eje rotativo y un plano.

- Perpendicularidad entre la intersección de dos planos y un tercero . Se efectúa apoyando la escuadra de verificación (fig. 9.51) en la guía y el palpador en el otro brazo de aquélla, o viceversa .

Fig. 9.49 Perpendicula ridad de un eje y la intersección de dos planos .

Fig. 9.50 Verificación de la perpendicularidad de un eje giratorio y la intersección de dos planos.

Fig. 9.51 Perpendicular¡dad entre un plano y una guía.

La perpendicularidad de elementos también puede entenderse en movimiento. Así, la perpendicularidad de un movimiento es la que existe entre la trayectoria descrita por un punto de un órgano móvil y un plano (superficie de fijación o de guía), una recta (eje o intersección de dos planos) o una trayectoria de un punto de otro órgano móvil . La comprobación de la perpendicularidad de un movimiento se transforma en una comprobación de paralelismo, utilizando una escuadra adecuada a las condiciones dadas . - Perpendicularidad entre una trayectoria y un plano. Se coloca sobre el plano (fig. 9.52) una escuadra y en el órgano móvil el comparador .

Fig. 9.52

Perpendicularidad entre una trayectoria y un plano.

- Perpendicularidad entre una trayectoria y un eje . En este caso, la escuadra de verificación (fig . 9.53) se apoya sobre el cilindro que materializa el eje. Si éste es de rotación, la posición media de descentrado coincidirá con el plano de comprobación . - Perpendicularidad entre dos trayectorias. La comprobación de este caso requiere un montaje algo complicado . Se coloca, en primer lugar, la escuadra de verificación (fig. 9.54) con un brazo rigurosamente paralelo a la trayectoria I, con ayuda del comparador y de la regla y las calas que se indican . A continuación, se monta un segundo comparador sobre el órgano móvil II y se apoya el palpador del mismo contra el otro brazo de la escuadra . Esta comprobación puede realizarse también por medios ópticos . 9.9.9

Rotación

La norma UNE 15 021 tiene por objeto especificar las verificaciones geométricas convenientes para comprobar los órganos en rotación de las máquinas herramientas . Dichas verificaciones comprenden los siguientes conceptos : salto radial en la rotación ; desplazamiento axial periódico ; salto axial en la rotación . Fig. 9.53

Perpendicularidad de una trayectoria y un eje.

- Verificación del salto radial en rotación (fig . 9.55) . Cuando la superficie a verificar sea exterior, se sitúa un comparador de tal modo que su palpador toque la 182

superficie de revolución estando en posición normal a ella (fig . 9.56) . Las indicaciones del aparato se leen haciendo girar lentamente el husillo . Si la superficie es cónica, hay que tomar precauciones en la verificación, puesto que si existe salto axial varía el diámetro que está controlando el palpador . Una superficie cónica debe utilizarse, en consecuencia, para comprobar el salto de rotación sólo en el caso de que tenga una conicidad muy pequeña, o bien si se tiene en cuenta el valor del salto axial, efectuando para ello las correcciones oportunas . Cuando la superficie es interior y no es posible el empleo directo del comparador hay que montar un mandrino en el orificio a verificar . El ensayo se realiza en dos secciones distintas A y 8 (fig . 9.57) y en cada una se mide el salto de rotación en dos planos axiales perpendiculares que corresponden a las posiciones Ct y Cz.

Fig. 9.56

Fig. 9.54 Perpendicularidad de dos tráyectorias .

Verificación del salto radial en rotación .

Fig. 9.57

Verificación del salto radial de un orificio .

-~

Verificación del desplazamiento axial periódico . El desplazamiento axial periódico es la amplitud del movimiento de vaivén según su eje, de un órgano que gira (fig . 9.58), eliminada la influencia del juego axial mínimo por empuje axial en un sentido dado . Antes de iniciar la verificación de un árbol, a fin de eliminar la influencia del juego axial propio de los cojinetes, se le somete a una ligera presión en el sentido de la medición . El palpador del instrumento se aplica en el centro de la cara frontal, alineado lo mejor posible con el eje de rotación . Para hacer las lecturas, se hace girar lentamente el husillo de modo uniforme, manteniendo constante la presión en el sentido indicado. -

i

Z

.ae*'04,

%

desplazamiento radial

Fig. 9.55

Salto radial en rotación .

j =juego axial mínimo d = desplazamiento axial periódico

Fig . 9.58

Desplazamiento axial periódico.

Cuando el husillo es hueco (caso habitual) se monta un mandrino corto, dotado de una cara plana perpendicular al eje, contra la cual se apoya el palpador (figura 9.59A) . En lugar de aquel puede montarse un punto redondeado y un palpador de cabeza plana (fig . 9.59 B) . Si el husillo está dotado de punto de centrado, se introduce en él una bola de acero (fig . 9 .59C) contra la cual se apoya el citado palpador de cabeza plana . También puede medirse con aproximación suficiente actuando como indica la figura 9.60 . - Verificación del salto axial en rotación . Se designa por salto de una superficie plana a la oscilación producida al girar sobre su eje, teóricamente perpendicular a la misma, de modo que el plano de giro no permanece invariable . El salto de una superficie a una distancia d del eje es la magnitud h que separa los dos planos perpendiculares al eje entre los que evoluciona la parte de superficie limitada por un cilindro de diámetro d, cuyo eje de giro es el mismo que el de dicha superficie . El salto es la resultante de los defectos de superficie y del eje de rotación (fig . 9.61) . 183

c Fig . 9.59 Verificación miento axial.

del desplaza 

posición 1

Fig. 9.60 Verificación del desplaza miento axial sobre dos puntos.

La comprobación del salto axial se refiere a los platos giratorios . Como el salto tiene tendencia a crecer al alejarse del eje de rotación, la comprobación se referirá, en lo posible, a los puntos más exteriores . El método a seguir es sencillo. Se aplica el comparador a la distancia establecida A (fig. 9.62) y se hace girar el plato para que el palpador ocupe posiciones angulares distintas, regularmente espaciadas . Se adopta como valor del salto h la diferencia entre las medidas máxima y mínima halladas. Conviene hacer girar el plato a una velocidad lenta y uniforme y, al mismo tiempo, aplicarle un ligero empuje axial, con objeto de eliminar el juego de los cojinetes . En los platos de eje vertical es suficiente con su propio peso. diferentes posiciones del comparador

fjf Fig. 9.61

Salto axial en rotación.

Fig . 9.62

9.10

Verificación del salto axial en rotación.

Recepción de máquinas herramientas . Hojas de verificación

Todas las comprobaciones de carácter general que se han estudiado tienen aplicación inmediata en la verificación de máquinas herramientas . Como se decía al principio del tema, las comprobaciones específicas a que deben someterse las máquinas herramientas están recogidas en hojas de verificación contenidas en las normas . Sin embargo, en España existe un déficit en este sentido porque la UNE apenas tiene material normalizado de carácter específico, a excepción de la norma UNE 15 513 . Por ello, los constructores españoles suelen remitirse a codificaciones extranjeras como las DIN, que en este terreno tienen abundante normalización, las Salmon, etc . A modo de ejemplo se incluye aquí la norma UNE 15 513 (tabla 9 .63) para la verificación geométrica de taladradoras fijas y una tabla de pruebas prácticas para comprobar el trabajo de un torno de utillaje de precisión (tabla 9.64). Las pruebas geométricas y prácticas las suele efectuar el mismo fabricante antes de la entrega de la máquina, aunque eventualmente el usuario pueda repetirlas en su taller. Los resultados de las pruebas se incluyen como certificado de calidad junto a la documentación de la máquina interesada.

Tabla 9.63.

Hojas de verificación para una taladradora según normas UNE

Recepción de máquinas-herramientas Taladradoras fijas Verificación

geométrica

UNE 15 513 hl

Medidas en mm Objeto N.° de la medición

Piocedimiento operatorio

Tolerancias

IN¡ velación de aca base o de la mesa de la taladrodora .

Se coloca una regla de longitud apropiada según indica el esquema, y sobre la parte mecanizada de la placa base o de la mesa y en ambas direcciones diagonales AB y CD. Sobre el centro de la regla y en ambas posiciones se coloca un nivel anotando sus indicaciones .

0,05 mm/m

Coaxialidad del cono interior del extremo del eje principal c o o dicho eje.

Sobre el cono interior del extremo del eje principal se monta una barra torneada con todo precisión y con una longitud útil de 300 mm . Sobre la mesa se coloca un comparador de forma que su palpador ataque normalmente a la superficie cilíndrica de la barra anterior. Se gira suavemente el eje principal y se anotan las indicaciones del comparador : a) en las proximidades del cono b) a una distancia de 300 mm

a) 0,02 b) 0,03

Rectitud del desplazamiento vertical del eje principal .

Sobre la mesa se coloca una escuadra y sobre el eje principal se monta un comparador de forma que su palpador ataque normalmente a la superficie vertical de lo escuadra . Además, la posición de la escuadra se regula de manera que las indicaciones del comparador, cuando el eje priocipal está en su posición alta y en su posición baja, sean las 0,06 sobre 300 mismos . En estas condiciones se desplaza suavemente el eje principal en sentido vertical, y se anotan las indicaciones del comparador : a) en el plano vertical de simetría de la máquina b) 'en un plano vertical normal al de simetría

Rectitud del desplazamiento del cabezal móvil a) en el plano vertical de simetría d e I a máquina. b) en el plano vertical normal al de simetría .

Sobre la mesa se coloca una escuadra y sobre el eje principal se monta un comparador de forma que su palpador ataque normalmente a la superficie vertical de la escuadra. Además, esta posición ha de regularse de manera que las indicaciones del comparador sean las mismas, tanto cuando el cabezal está en la posición alta como en la posición baja . 0,06 sobre 300 En estas condiciones, se desplaza suavemente el cabezal y se fija en distintas posiciones intermedias, y en cada una de ellas, y sin girar el eje principal, se anotan las indicaciones del comparador : a) en el plano vertical de simetría de la máquina b) en el plano vertical normal al de simetría

Esquema

v L

a c a 9

I I

1

m r

Z

Tabla 9 .63.

Hojas de verificación para una taladradora según normas UNE (continuación)

Objeto de la medición

Planicidad de la superficie de la mesa .

5

6

aralelismo de a superficie de a mesa en el movimiento giatorio de ésta (cuando lo tienen) .

Perpendicular¡dad del eje principal con la superficie de la mesa .

8

186

Perpendicularidad del eje principal con la cara superior de la base.

Esquema

Procedimiento operatorio

Tolerancias

Sobre uno de los ángulos A de la mesa se coloca un grueso patrón, y en el ángulo B, otro del mismo espesor ; sobre estos dos gruesos se coloca una regla de precisión, y, por medio de otros gruesos patrón o de comparadores, se comprueba en diversos puntos, a lo largo de AB, la distancia entre la mesa y el borde inferior de la regla. Se repite la operación dejando el grueso patrón A en su sitio 0,05 sob".e 500 primitivo y colocando el grue . s o B en los puntos B', C, B", D, sucesivamente, y en otros intermedios si fuera necesario, para así comprobar toda la superficie superior de la mesa. Se repite la operación dejando fijo el grueso patrón situado en B, y se hace que el grueso patrón situado en A ocupe sucesivamente las posiciones D, B", C, B'.

Sobre el extremo del eje principal se monta un comparador, cuyo palpador ataque perpendicularmente a la superficie su . perior de la mesa. Se hace girar lentamente ésta, por lo menos, una vuelta entera, y se anotan las indicaciones del campo, rodar .

0,05 sobre 500 (de diámetro)

Se fija un comparador al extremo del eje principal en la disposición que indica el croquis, y de forma que su polpador ataque normalmente a la superficie de la mesa, situando ésta : a) en una posición alta b) en una posición intermedia c) en una posición baja En cada una de estas posiciones se hace la comprobación en un pun0,1 sobre 300 to situado en el plano de simetría de la máquina, y después, y (de diámetro) mediante un giro de 180" del eje principal, en el punto diametralmente opuesto al anterior. Se repite la operación en el plano perpendicular al de simetría de la máquina. Durante estas operaciones, si la máquina tiene mesa giratoria, su movimiento de giro ha de estar bloqueado .

Se repiten las operaciones anteriores sobre la superficie superior de la base cuando está meconizado .

0,1 sobre 300 (de diámetro)

Tabla 9 .64

Verificación de un torno de precisión . Pruebas prácticas

Torno de utillaje de gran precisión A de P máx = 250 mm, EP máx = 1500 mm N°

Naturaleza de la prueba y dimensiones de la pieza de ensayo

Esquemas

Mecanizado de piezas cilíndricas montadas sobre el plato

PRUEBAS PRÁCTICAS Condiciones de ejecución de la prueba Ejecución en un cilindro de 2 fajas de una longitud máxima de 20 mm

D>1/4AdeP L= 1AdeP

Las fajas mecanizadas son redondas Las fajas mecanizadas son cilíndricas : el 0 debe ser máx. del lado de la punta fija

Tolerado

Palmer

0,005

Palmer

0,01 sobre 300

La cara mecanizada es plana el error es solamente en cóncavo

Regla y galgas

0,01 sobre 300

Mecanizado de piezas cilíndricas montadas entre puntos D = 1/8L L máx. = 1 EP

Ejecución en un cilindro de 3 fajas de una longitud de 20 mm . Posición de las fajas : una tan cerca como sea posible de cada una de las puntas, y la otra en el medio

las fajas mecanizadas son cilíndricas

Palmer

0,02

Mecanizado de piezas cilíndricas montadas entre puntos D=1/8L' L' máx . = = 1/2 EP

Ejecución en un cilindro de 3 fajas cilíndricas La posición de las fajas es la misma que la anterior

Las fajas mecanizadas son cilíndricas

Palmer

0,02

Roscado de una pieza cilíndrica L = 300 mm Rosca S . I. El diámetro y el paso son tan próximos como sea posible de los del husillo

El origen de la rosca se toma en un punto cualquiera del husillo

La rosca debe ser limpia sin facetas ni ondulaciones El paso debe ser exacto

Aparatos especiales cuya precisión debe verificarse

Error total 0,02 sobre 300. Error sobre una porción cualquiera de la rosca que tenga una longitud de 50 mm ; 0,02

CUESTIONARIO 9 .1 9 .2 9 .3 9 .4 9 .5 9 .6 9 .7 9 .8 9 .9 9 .10 9 .11 9 .12

Error en

Aparatos y modos operatorios recomendados

Refrentado de una cara plana normal al eje del cilindro

Mecanizado de piezas cilíndricas montadas sobre el plato D=1AdeP L = 1 A de P máx .

2

Verificación prevista

Características de la cimentación de máquinas herramientas . Anclaje de las máquinas . Apoyo sobre materiales antivibratorios . Precisión de una máquina herramienta . Clases de pruebas de control . Aparatos que se emplean en la verificación de máquinas . Influencia de la temperatura en la verificación . Comprobación de la rectitud . Paralelismo entre dos ejes . Perpendicularidad entre un eje y un plano . Verificación del salto radial en rotación . Hojas de verificación .

EJERCICIOS A REALIZAR Los ejercicios que el alumno debe realizar son eminentemente prácticos . Se aconseja que en el taller de la escuela se realicen pruebas de verificación de máquinas herramientas en base a los medios disponibles, siguiendo las hojas de recepción que contienen las normas o, en su lugar, se efectúen verificaciones fundamentales (perpendicularidad, paralelismo . . .) como las explicadas en el presente tema . 18 7

mm Constatado

Tema 10. Mantenimiento de las máquinas herramientas

EXP®SIDIQN DEL TEMA Se puede decir que el departamento o servicio de mantenimiento es imprescindible en toda actividad industrial para prevenir las interrupciones del proceso productivo y reducirlas al mínimo, si éstas llegan a producirse., Ha sido en fechas recientes cuando el mantenimiento ha adquirido mayor importancia, debido al desarrollo alcanzado por las máquinas e instalaciones de gran producción -muchas de ellas de ciclo continuo- dotadas, con frecuencia, de equipos complejos y a la introducción de la informática y la estadística aplicadas en las técnicas de mantenimiento . No obstante, es lógico que este servicio tenga la proporción adecuada al nivel técnico, al volumen y a las características propias de cada industria . 10.1

Mantenimiento . Definiciones

Es el conjunto de trabajos necesarios para asegurar el buen funcionamiento de las instalaciones . Estos trabajos pueden dividirse en tres grupos principales : - Prevención de mantenimiento . - Mantenimiento preventivo. - Mantenimiento correctivo.

También recibe este nombre el departamento que realiza estos trabajos. 10 .1 .1

Prevención de mantenimiento

Es el conjunto de actividades que tiende a evitar el mantenimiento y hacer que el mantenimiento inevitable sea más fácil, ocupe el menor tiempo posible y resulte al precio óptimo . Para lograr esto, hay que tener en cuenta : 1 . El uso que se da a la máquina o instalación . 2. El diseño de la máquina o instalación . 3. Los repuestos . 10 .1 .1 .1

El uso de las máquinas e instalaciones

Es posible que el mal uso de un equipo esté ocasionando averías que se podrían evitar. El remedio es mejorar la preparación del operario o usuario de la máquina o instalación, así como mejorar las instrucciones para los trabajos mismos de mantenimiento . 10 .1 .1 .2

El diseño de la máquina o instalación

El diseño es primordial a la hora de evitar averías porque de un proyecto bien concebido depende, en gran medida, el funcionamiento correcto de los mecanis188

mas y sistemas . En consecuencia, tal vez sea necesario modificar la forma original de la máquina o instalación cuando se presentan fallos repetitivos . Los proyectistas o fabricantes de máquinas y equipos deberían tener acceso a los datos recogidos en las fábricas que las utilizan y los jefes de mantenimiento deben organizar y disponer la información detallada de los fallos y sus causas . El proyectista debe prever el fácil acceso a los mecanismos y hacer que el montaje sea lo más sencillo y seguro posible y emplear elementos normalizados siempre que sea oportuno (fig . 10.1) . Asimismo, el constructor debe proveer al usuario de un equipo de las instrucciones necesarias tanto para su instalación como para el mantenimiento normal .

de ajuste 6 x 74 DIN 68115

1

Lengüeta A6

1

Piñón cónico

1 1

Retén

K

m=2,25 ; z=11

giratorio

1

Pasador cilíndrico semiestriado 6-20 DIN 1477 Rodamiento de bolas n°-6004 Anillo elástico de seguridad 47 UNE 26075 Rodamiento de bolas rP 6005

2

Anillo

3

Anilo elástico de seguridad 20 UNE 26074 Eje-rueda helicodal drn=Z25 z =14 15°iza .

elástico de seguridad 25 UNE 25074 Rueda helicoidal m _2,25 z=20 n=15° i4

N° de piezas Denomirwcidn

lo

y Observaciones

.ecDA e~DOi~ep

-

cp .mprob adn

ESCALA

6 Fig . 10. 1

10.1 .1 .3

-

N. pmDne

11 10 9 8 7 6 5

005 4. 3452 004 4.3451

2

003 4.3450 9 .064.03002 4.3449

Dibujo n° hhrm Norma n°

Lignotol

F-1220 50 HRC 150 Material

/ESCUELA

5- 6-75 GCubillas 5 6 75IT .VIDONDO

030X45 19 x31,5 x65

X63 x

lB

0

140

40

X

Dimensiones en bruto so etc.

DE

INGENIERIA TECNiCA INDOS. oficina técnica salesianos-LA ALMUNIA

PELADORA Y TROZADORA MANZANAS (eje intermedio)

Empleo de elementos normalizados.

Los repuestos

Es otro de los factores más importantes a tener en cuenta para lograr un mantenimiento con un coste óptimo. La regla de oro que debe seguirse es que puede resultar tan erróneo tener poco repuesto como tenerlo en exceso. En el primer caso se alargan las averías y en el segundo resulta caro tener un gran capital inmovilizado en concepto de repuestos . Por eso, la mejor solución es disponer de un buen sistema de aprovisionamiento . Mantenimiento preventivo Es el conjunto de actividades que deben realizarse para evitar el desgaste, conservar la máquina en perfectas condiciones de funcionamiento y evitar los paros imprevistos por causa de avería . Estas actividades pueden agruparse en las siguientes : 10.1 .2

-

Limpieza . Lubricación . Inspección de funcionamiento . Control de calidad de las reparaciones . Es hoy día la parte más importante del mantenimiento . 10.1 .3

F-1220 50 HRC 150 Caucho sintético

Mantenimiento correctivo

Es el conjunto de actividades de mantenimiento destinadas a corregir los fallos y averías imprevistas . Suelen ser reparaciones breves en las cuales se procura que el tiempo de paro sea lo más corto posible, pero también incluye las grandes reparaciones. Cuando se presenta una avería, lo primero que hay que hacer es averiguar la causa de la misma y ponerle remedio, aun antes de reparar los desperfectos producidos . 189

DE

W9-064.03.000 Original na

4.3448

10 .2

Objetivos del mantenimiento

El objetivo principal del mantenimiento es conseguir una producción óptima de las máquinas e instalaciones con el máximo de seguridad para el personal que realiza el mantenimiento y para el personal que las utiliza, y todo esto al menor costo posible . El costo del mantenimiento dependerá de : - Cantidad de averías. El número de averías puede disminuir con un mejor mantenimiento preventivo . El costo de este mantenimiento preventivo se debe valorar teniendo en cuenta las averías que se evitan . - Costo del persona/. Este apartado puede reducirse empleando mejores métodos de trabajo que ahorran tiempo y producen la calidad adecuada .

- Costo de los repuestos. El precio de los repuestos se puede disminuir adquiriéndolos de los proveedores que ofrecen mejores condiciones aunque, con frecuencia, deben emplearse forzosamente recambios originales o recurrir a los que suponen un plazo de entrega inmediato . Cuando se efectúen reparaciones, hay que emplear, siempre que sea posible, elementos normalizados y productos de fabricación nacional antes que de importación, pues éstos encarecen mucho las reparaciones, además de que su adquisición es más problemática, sobre todo en caso de urgencia . El coste de mantenimiento no debe ser más caro que el beneficio obtenido con la reparación . 10 .3

Mantenimiento preventivo

En el párrafo 9.1 .2 se ha definido este mantenimiento preventivo . Este se basa en el conocimiento de la duración de funcionamiento, en condiciones aceptables, de cada una de las piezas de la máquina, con lo cual se sabe cuál es el momento adecuado para hacer las revisiones y sustituciones precisas, evitando así las averías imprevistas (fig . 10 .2) . Los datos de partida para obtener ese conocimiento provienen principalmente de estas tres fuentes de información : - Historial de averías de la máquina. - Personal técnico de la fábrica que mejor conozca la máquina . - Documentación técnica del fabricante de la máquina .

Fig.

10 .2 Mantenimiento preventivo. Inspección del estado de la correa .

De acuerdo con estos datos se establecen las revisiones que deben realizarse y se determina la frecuencia de las mismas . La frecuencia de revisión de todas las máquinas hay que repartirla de forma que haya una carga de trabajo similar todos los días . En las fábricas que trabajan en cadena hay que intensificar el mantenimiento preventivo, ya que las averías repercuten rápidamente en otras instalaciones y en las personas que en ellas trabajan y sus consecuencias pueden ser muy graves . Cuando trabajan muchas personas en el equipo de mantenimiento preventivo suele ser conveniente disponer de inspectores de trabajo que controlen que las revisiones se hacen según los programas establecidos . Una revisión no efectuada en el momento previsto puede traer consecuencias graves . También debe controlarse la calidad de la revisión para que ésta sea la prevista, puesto que una reparación mal hecha hace inútil cualquier programa de mantenimiento . 10 .3 .1

Documentación de máquina

Para que sean efectivas las revisiones es necesario que cada máquina tenga un archivo con toda la documentación referente a ella, documentación que debe enriquecerse a medida que se hagan trabajos de mejora o reparaciones . Esta documentación se puede desglosar en dos partes : documentación de la máquina propiamente dicha y datos sobre reparaciones . 10 .3 .1 .1

Documentación de la máquina

La documentación de la máquina consta :

- De los planos originales, con las modificaciones que se hayan podido hacer. - De los planos de montaje y desmontaje, sobre todo de los elementos o grupos principales, con las instrucciones para realizarlas con el proceso óptimo . 19 0

Sección

N.° de máq. FICHA DE MANTENIMIENTO

28

A

Carac(edsticas técnicas Fresadora Motor: 3 CV 1410 r.p .m . Corriente: Tritásica 220 V Velocidad de trabajo : Máx: 2000 r .p.m . Mín : 75 r.p .m .

N. °ln

V: N: T: A.

A /

Visor. Nivel del aceite . Llenado de aceite bianual. Engrase automático cada dos horas de trabajo .

Piezas de re cambio Desiynacion 3711 510-59-20

1980 1981 1982 1983

N.- reparación

Pedido el

Fecha parada

5-IV-75

5-IV-75

2

25-VI-75

5-IV-75

20

Mirar si sufre pérdida de aceite.

Fig. 10.3 Ficha de mantenimiento de máquina. 10 .3 .1 .2

Documentación de las reparaciones

En este apartado deben guardarse cuidadosamente ordenadas :

- Fichas de reparaciones en las cuales se consignen las reparaciones que se han llevado a cabo y las fechas en que se han realizado, además de otros datos interesantes (fig . 10 .3) . - Mejoras o modificaciones como consecuencia de las reparaciones efectuadas . - Herramientas, tiempos, operarios y procesos empleados. 10 .4

Rodaje de máquinas

El rodaje o puesta a punto de una máquina es una de las misiones del equipo de mantenimiento, supuesta la intervención del departamento de control de calidad autorizando la puesta en marcha . Se ha podido constatar que los problemas en el rodaje de una máquina dependen principalmente de la buena instalación de la misma . La experiencia confirma que los principales problemas suelen presentarse en los primeros meses de funcionamiento como consecuencia de la falta de práctica en el manejo de la máquina o por deficiencias en la instalación de la misma .

Deben vigilarse especialmente : - Anclajes y ensambles. - Conexiones eléctricas. - Calentamientos excesivos en los puntos móviles . Hay que estudiar el funcionamiento correcto de la máquina y la misión de cada elemento de la misma . No sería correcto aprenderlo con ocasión de una avería, ya que con ello se prolonga inútilmente el tiempo de reparación . Además, este momento es el menos propicio para estudiar el funcionamiento de la misma . Las instrucciones para el manejo de la máquina deben ser completas y antes de confiarla al operario debe comprobarse que han sido asimiladas . Antes de dar el visto bueno definitivo, la máquina debe hacerse funcionar a los distintos regímenes de trabajo, bajo control, durante un tiempo previsto como necesario . 10.5

Programas de engrase

Que el correcto engrase de la máquina es esencial para su buen funcionamiento y mantenimiento, es axiomático para cualquier mecánico con una mínima experiencia . Para nacer el programa de engrase se debe tener en cuenta lo siguiente : - Asegurarse de que se están utilizando los lubricantes adecuados según las especificaciones del fabricante. - Tratar de unificar los diferentes tipos de lubricantes . - Especificar la cantidad y frecuencia para cada punto de engrase . - Utilizar los planos de puntos de lubricación ; no fiarse nunca de la memoria . Un olvido puede ser fatal . - Determinar los consumos normales . - Entrenar adecuadamente al personal de engrase . - Facilitar el acceso a los puntos de engrase . El personal de engrase no debe necesitar hacer desmontajes en la máquina para realizar su trabajo . Si es necesario se harán las modificaciones pertinentes ; esto ahorrará mucho tiempo y evitará que el engrasador (que no suele ser un experto en mecánica) pueda ocasionar problemas en la máquina con sus manipulaciones . 10.6

Organización del departamento de mantenimiento

Ya se ha dicho al empezar el tema que la organización del departamento de mantenimiento puede ser muy distinta según el tipo de empresa . En un pequeño taller podrá ser el mismo operario el encargado del mantenimiento de la máquina . Si aumenta el número de puestos de trabajo, un encargado que entienda de mecánica y electricidad y sea habilidoso, con uno o dos ayudantes puede ser suficiente . En grandes empresas habrá que disponer de una serie de grupos de mantenimiento y no sólo esto, sino que deberá existir una auténtica organización para la toma de datos y programación del mantenimiento . 10.7

Organización del departamento de mantenimiento en una factoría de automóviles

Una moderna factoría automovilística divide el departamento de mantenimiento en dos grandes bloques o sistemas : 1. 2.

Sistema histórico de mantenimiento (SHM) . Sistema de mantenimiento programado (SMP) . A continuación se explica brevemente el funcionamiento de estos dos sistemas .

10.7 .1

Sistema histórico de mantenimiento (SHM) Es el método de recopilación sistemática y permanente de datos (averías, modificaciones, mantenimiento) .de cada máquina que toma parte en el proceso de producción . 192

Sus fines generales son los ya conocidos de lograr el máximo rendimiento de las instalaciones al mínimo costo posible . 10 .7 .1 .1

Recopilación de datos

Para la recogida de datos se emplean una serie de formularios (hasta 5 diferentes) . Para el buen funcionamiento del sistema es de gran importancia que en cada formulario se completen todos los datos que se piden . No completar estos documentos puede llevar a información falsa, errores en los listados, pérdida de tiempo en correcciones, dificultar la consecución de los objetivos principales del sistema, etc . 10.7 .1 .2 Procesado de datos Realizada la recopilación de datos en los formularios adecuados y corregidos los errores, si los hubiera, se procede a procesarlos en cintas o tarjetas perforadas que se pasan al ordenador . 10.7.1 .3

Listados

El ordenador, con los datos que se le suministran, produce una serie de documentos o listados en los cuales queda reflejado, para cada equipo, su historial según distintos criterios de clasificación y ordenación . 10 .7 .1 .4 Utilización de los listados Unos listados se envían a las secciones y otros se emplean en el mismo sistema histórico de mantenimiento . A continuación se analizan los listados obtenidos, lo cual permite las acciones correctivas para lograr los fines específicos del sistema - Mejorar el sistema de mantenimiento programado . - Modificar ciertos puntos de las máquinas que son origen de averías o problemas. - Preparar listas de repuestos más urgentes de stock. - Reducir los tiempos de parada en la producción . - Reducir los tiempos de reparación. 10.7.1 .5 Esquema del sistema histórico de mantenimiento En la figura 10 .4 queda esquematizado el proceso seguido . Lo analizaremos brevemente siguiendo el sentido de las flechas . - Planificación y control de mantenimiento : planifica, controla, implanta, mantiene y mejora el sistema . - Ingenieros Analistas del SHM . coordinan las diversas áreas o secciones, estudian los listados, hacen la corrección de los mismos, preparan la información y la distribuyen .

Fig. 10.4

193

- Coordinador de SHM en el área: coordina las órdenes de mantenimiento, indica el equipo que debe realizar Ía orden, instruye y da las órdenes al capataz . - El capataz : es el encargado con su equipo de realizar el trabajo. Devuelve las órdenes de mantenimiento, una vez cumplimentadas, con las observaciones, sugerencias o cambios que haya tenido que realizar . - El coordinador de área: revisa cada una de las órdenes ejecutadas y detecta las anomalías que puedan confundir a los ingenieros analistas ; completa con ellos las órdenes emitidas y comenta las variantes si las hay . - Los ingenieros analistas, con las órdenes revisadas y analizadas, preparan las órdenes definitivas para procesar y dan entrada en el ordenador. - El ordenador, con la información recibida, elabora las listas y documentos que forman la historia de cada una de las máquinas .

10.7 .2

Sistema de mantenimiento programado (SMP)

Se encarga de programar la serie de actividades que tiene que realizar el equipo de mantenimiento . Los fines son los señalados anteriormente : lograr la utilización más eficaz de las máquinas e instalaciones al menor costo posible.

10.7 .2.1

Proceso seguido por el sistema de mantenimiento programado

Emplea como documentación de base los listados preparados por SHM. Con estos datos prepara (programa) las órdenes de mantenimiento que deben quedar perfectamente identificadas y en las cuales se describe con detalle el trabajo a realizar (fig . 10 .5) . No se deja nada a la improvisación, para lo cual se emplean siempre los mismos formularios cuyo rellenado completo es de la máxima importancia . Con estos datos se rellenan las llamadas hojas muestras que servirán para introducir los datos en el ordenador que es el encargado de preparar las órdenes de trabajo .

Sistema de mantenimiento programado

Hoja de distribución de trabajo

Ingenieros :analistas

Listado para SHM

Ordenador proceso de datos

Ordenes de trabajo o mantenimiento programado

Listado para áreas

Ordenes de mantenimiento cumplimentadas o canceladas

Orden de trabajo de mantenimiento por áreas

Fig. 10.5

194

Toma de datos preparación hoja-maestra

Una vez ejecutado el trabajo se anotan las incidencias que hayan podido presentarse ; por ejemplo, si hubo paro de producción, si se descubrió algún fallo o defecto que no pudo ser remediado pero que habrá que hacer en su día, etc . Se anotan también los operarios que han intervenido en la operación, el material empleado, etc . Asimismo, si se cancela la orden, habrá que especificar el motivo de esta decisión . Todas estas órdenes, ejecutadas o canceladas, se remiten al SHM para su procesado .

10 .8

Perspectivas del departamento de mantenimiento para el profesional mecánico

El sistema de mantenimiento en las medianas y grandes empresas presenta unas perspectivas muy interesantes para el profesional mecánico o electricista . Dada la moderna distribución del trabajo y la especialización subsiguiente, así como las grandes series de productos que se fabrican, las máquinas herramientas son cada vez más perfectas y se necesita cada día menos formación cualificada para manejarlas, salvo para algunas máquinas o puestos especiales . No sucede así en el departamento de mantenimiento, ya que cualquier trabajo de repara%¡u es ili1ico en algún aspecto, lo cual evita toda posible rutina . Cada día es más frecuente encontrar en las máquinas e instalaciones dispositivos neumáticos e hidráulicos así como eléctricos y electrónicos, lo que hace que cada vez sea más necesaria la cualificación de los profesionales que se dedican al mantenimiento. De todo esto se deduce que un buen profesional que aspire a esta actividad deberá reunir una serie de cualidades ; a saber : - Capacidad para leer e interpretar sin lugar a error planos e instrucciones, por complejos que sean . - Habilidad para el manejo de los instrumentos y herramientas . - Intuición e imaginación mecánica, ya que aun en los mejores programas de trabajo es posible que se haya escapado algún detalle que sólo aparece sobre la marcha, de manera que el mecánico tiene que tener capacidad de improvisación y debe resolver con la mayor celeridad el problema planteado . Junto a esta cualidad debe poseer un gran sentido de la responsabilidad, tanto en la prevención de averías como en la toma de decisiones que, en ocasiones, reviste gran trascendencia . CUESTIONARIO 10 .1 Clases de mantenimiento. 10 .2 Influencia del proyecto en la prevención de mantenimiento. 10 .3 Mantenimiento y volumen de repuestos . 10 .4 Mantenimiento preventivo . 10 .5 ¿De qué factores depende el costo del mantenimiento? 10 .6 Documentación para las reparaciones . 10 .7 ¿Es conveniente efectuar un rodaje previo de las máquinas nuevas? ¿qué se pretende con ello? 10 .8 Programa de engrase. 10 .9 Organización del departamento de mantenimiento . 10 .10 Sistema de mantenimiento programado .

Tema 11 .

Procedimientos ennpleados en la fabricación de roscas

EXPOSICIÓN DEL TENIA Las roscas, en sus numerosas variedades y aplicaciones, constituyen elementos mecánicos de importancia fundamental . Es materialmente imposible concebir cualquier mecanismo, por sencillo que sea, donde no esté presente alguna rosca . Por eso, al mecánico especialista en máquinas herramientas le interesa conocer los procedimientos más importantes para la fabricación de roscas y los principios básicos de funcionamiento de los dispositivos y máquinas empleados para estos fines . Como complemento muy valioso de las explicaciones del presente tema se aconseja el repaso de los siguientes temas, pertenecientes a cursos anteriores : - Tecnología - Tecnología - Tecnología - Tecnología en el torno . 11 .1

del Metal 1.2 . Tema 17 . Sistemas de roscas . 2. 1. Máquinas Herramientas . Tema 9. Verificación de roscas . 2. 1. Máquinas Herramientas, Tema 12 . Roscado en el torno . 2. 1. Máquinas Herramientas . Tema 13 . Cálculos para el roscado

Procedimientos para la conformación de roscas

Para tener urja visión general de los procedimientos empleados para la conformación de roscas es conveniente establecer una clasificación de los mismos que, salvo métodos muy especiales, puede ser la siguiente (fig . 11 .1) :

Procedimientos para la conformación de roscas

Con arranque de viiuta

Roscado con cuchilla de forma (A) Roscado con peine . . . . . . . , . . (g) Roscado con terraja . . . . . . . , . (C) Roscado con terraja de Roscado exterior . . . . . . . . . . . . . apertura automática . . . . . . . (D) Fresado de roscas . . . ., . . . . . .(E) Roscado por turbulencia . . . . . (F) Fresado de roscas . . . . . . . . . . (G) Rectificado de roscas . . . . . . . (M)

Roscado interior . . . . . . . . . Sin arranque de viruta

Laminado con rodillos

Roscado con cuchilla de forma (H) Roscado con peine . . . . . . . . . . . (I) Fresado de roscas . . . . . . . . . . . ((() Roscado con macho . . . . . . . . . (L) Rectificado de roscas . . . . . . . . (N)

Estampado almohadillas planas

Aunque se puede roscar a mano con macho y terraja, no se van a explicar aquí las técnicas propias de estos métodos manuales sino que todos los procedimientos que se tratan en este tema hacen referencia al roscado con máquina. 196

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IFig. 11.1 Esquema general de los procedimientos de roscado por arranque de viruta : A, H, roscado con cuchilla de forma; B, I, roscado con peine; C, roscado con terraja; D, roscado con terraja de apertura automática ; E, fresado con fresa sencilla ; G, K, fresado con fresa múltiple ; F, roscado por turbulencia; L, roscado con macho; M, N, esmerilado de roscas .

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Roscado con cuchilla de forma

Es el procedimiento clásico de roscado en el torno. Una cuchilla de forma, con los filos de corte inclinados según el ángulo del filete a construir, se desplaza a lo largo de una superficie cilíndrica tallando el surco helicoidal que separa dos filetes consecutivos. En este sentido, el roscado con peine es una variante del sistema en orden a conseguir mayor productividad, ya que la rosca se elabora de una sola pasada . No obstante, existen máquinas de roscar que trabajan con cuchilla de . forma, como es el caso de la representada en la figura 11 .2 . Como se ve, es una máquina muy parecida al torno, aunque su especialización permite suprimir muchos de los órganos de aquél.

Fig. 11 .2

Torno de roscar Cri-dan (Ernault-Somua).

La herramienta de corte es una cuchilla de metal duro -también puede tener varias- que trabaja por penetración normal con pasadas de profundidad creciente hasta completar el roscado de la pieza . Se emplea para realizar roscas exteriores, interiores y cónicas, de perfil cualquiera, a izquierda y a derecha, de longitud pequeña o mediana y todo ello con grandes velocidades de corte . 11 .1 .1 .1

Cinemática de un torno de roscar

Consta de una bancada (6) (fig . 11 .3) con un cabezal (1) en un extremo y una contrapunta (4) en el otro . Lleva un carro longitudinal (7) movido por una leva (9) que realiza el papel del husillo de roscar y un carro transversal (8) responsable de la penetración y retroceso de la herramienta .

Fig. 11 .3 Esquema de la máquina Cridan : 1, cabezal; 2, husillo portapiezas; 3, pieza; 4, contrapunto; 5, muelle ; 6, bancada ; 7, carro longitudinal ; 8, carro transversal; 9, leva; 10, ruedas cambiables.

conducida

19 7

La citada leva (9), llamada leva de paso, empuja continuamente al carro longitudinal gracias a unos resortes (5) . Dicha leva lleva una rampa helicoidal (fig . 11 .4) cuya inclinación está relacionada con el paso a construir. El período o fase de trabajo alcanza 2/3 del ciclo y el resto se reparte entre el período de retorno y un breve reposo al llegar al punto de partida . La carrera o recorrido axial que efectúa el rodillo de apoyo es equivalente ala longitud de la rosca . El paso de la leva (Pi) es un múltiplo del paso a construir P y se escoge en función de la longitud L de la parte roscada según la fórmula :

I

(mm)

La velocidad de giro de la leva debe guardar una relación determinada con la velocidad del husillo lo que se consigue mediante la cadena cinemática del cabezal que proporciona una reducción de 12 y el tren de ruedas cambiables (10) (fig . 11 .3) . La relación entre n -velocidad del husillo- y n/ -velocidad de la leva- es :

A

carrera

Ñ

Pi , 1,5 (L + 2)

t

ó

paso P,

Ñ 0 B

Fig. 11 .4 Leva de control del avance : A, vista detallada ; B, diagrama de la carrera (Cri-dan).

LIZZ ni

P, P

La penetración y el retroceso se consiguen por medio de levas sincronizadas con la leva de paso . El ciclo de trabajo puede repetirse hasta un total de 32 veces de forma automática, una vez se han regulado todos los sistemas . El número de pasadas se elige en función del material a roscar y el paso a construir, por medio de unas tablas que facilita el fabricante de la máquina . Asimismo, éste suministra un grupo de levas de paso estándar (30, 42, 60, 90 y 120 mm) y un surtido de ruedas de recambio . Ejemplo de aplicación 1 Se desea construir una rosca de M 24 x 2 y 20 mm de longitud . Se pide calcular las ruedas cambiables necesarias . Solución : Paso de la leva P,

Se elige un P, múltiplo de 2 : Pi =42 mm Ruedas necesarias : Pi

ni

P 42 2

=

2

= 12 .

b

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(recuérdese la reducción i = 12) a_ - 24 - conductora b 42 conducida

En la figura 11 .5 aparecen diversos montajes que se realizan en esta máquina para la construcción de diferentes roscas . 11 .1 .2

Roscado con terraja

El roscado con terraja o hilera sirve para la ejecución de roscas exteriores . Esta herramienta puede ser de una sola pieza o bien puede estar compuesta de varias herramientas independientes o peines, montadas sobre un soporte, que se acercan o separan de la pieza a voluntad . En el primer caso se trata del ya conocido cojinete de roscar -rígido o elástico- para roscar a mano, con bandeados, o en el torno . El segundo caso, mucho más interesante por su mayor rendimiento, es el característico de los tornos automáticos y de ciertas máquinas de roscar que trabajan según este principio .

Fiq. 11 .5 Colocación del portaherramientas para la ejecución de diferentes roscas (Cri-dan).

Roncadoras con terraja de apertura automática Estas máquinas se clasifican según dos criterios distintos : 1°, según la forma de actuar de los peines -radial o tangencial- ; 2° por el método de formación del filete de rosca -con o sin tornillo patrón- . 19 8

En la figura 11 .6 aparece un esquema característico de este tipo de máquinas . Los peines o cuchillas de roscar van alojados en el cabezal (1) de apertura automática al término del roscado, accionado por la palanca (6) movida a su vez por los to pes regulables (7) . Dicho cabezal dispone de una gama de velocidades de giro adecuadas al material, diámetro y paso de la rosca a tallar . La pieza (2) va sujeta por una mordaza especial (3) de centrado automático situada sobre el carro (4) cuyo desplazamiento es controlado por el husillo patrón (8) . Hay otras máquinas que carecen de él y, entonces, el avance lo produce la misma herramienta que arrastra a la pieza roscada . El cabezal de la roscadora (fig . 11 .7) lleva cuatro portapeines articulados (1) de mando simultáneo por medio de una corona de visinfín (2) y el tornillo correspondiente (3), la cual produce el giro de los dados (4) que hacen oscilar los portapeines, dotados de peines tangenciales para regular el diámetro de rosca a obtener. La apertura del cabezal se consigue con el retroceso del anillo (5) [movido por la palanca (6) en la figura 11 .61 provisto de varias espigas (6) que, al abandonar la posición de bloqueo, provocan la retirada de los portapeines bajo el empuje de los resortes (7) . El retroceso de la pieza se efectúa, como es lógico, con la terraja o cabezal abierto .

Fig. 11 .6 Esquema de una roscadora de terraja de apertura automática : 1, cabezal; 2, pieza; 3, mordaza; 4, carro; 5, bancada; 6, palanca; 7, topes regulables ; 8, husillo.

11 .1 .2 .2

Fig. 11.7 Vista de la terraja de apertura automática con dos detalles del mecanismo de apertura : 1, portapeines ; 2, corona ; 3, sinfin ; 4, dado ; 5, anillo ; 6, espiga ; 7, muelle.

Fig. 11 .8

Peines tangenciales .

Fig. 11 .9 Acción de los peines tanger ciales .

Peines tangenciales

Son piezas prismáticas de acero rápido templado y rectificado (fig . 11 .8 A), en una de cuyas caras frontales se han fresado ranuras equidistantes que reproducen exactamente la forma del filete que se desea tallar . Se afilan por su cara superior con un ángulo de incidencia que varía entre 18° y 35° . Los peines se sujetan en los soportes portapeines de la forma que se indica en el detalle de la figura 11 .8 B . Los peines de un mismo juego -que consta de cuatro piezas- tienen el perfil ligeramente decalado, de modo que, para evitar confusiones, se numeran de uno a cuatro y así el montaje se realiza siempre por este orden . Los peines trabajan como se indica en la figura 11 .9 . Obsérvese que el ángulo real de incidencia A' es menor que el ángulo de incidencia de afilado .A . En las máquinas sin husillo patrón los peines se disponen como en la figura 11 .10, con una zona activa relativamente corta, limitada al primer filete completo, y después una amplia guía para asegurar el arrastre de la pieza . Obsérvese la incli nación del filo superior del peine, así como el valor del ángulo B, que supera los 90° (B = 92°) .

Fig. 11 .10 Peines tangenciales en una roscadora sin husillo patrón . 11 .1 .2 .3

Peines radiales

Como su nombre indica, los peines trabajan en sentido radial (fig . 11 .11) lo que supone notables diferencias constructivas con los peines tangenciales . 19 9

Fig. 11 . 11 Peines radiales : 1, peines; 2, pieza; 3, soporte; 4, portapeines; 5, an llo.

También se montan en grupos de cuatro piezas aunque el miento es totalmente distinto (fig . 11 .11) . En efecto, los peines posteriores que se deslizan sobre las rampas que presenta un movido por un anillo (5) de forma que, al avanzar éste hacia la en posición de trabajo . 11 .1 .3

sistema de acciona(1) llevan unas guías casquillo cónico (4) derecha, se colocan

Roscado con macho

Como se sabe, el roscado con macho se realiza a mano o con una máquina convencional -torno, taladradora . . . - mediante un acoplamiento con limitador de par . No obstante, para series elevadas se emplean las máquinas roscadoras. Son máquinas relativamente sencillas, muy parecidas a las taladradoras pero con ciertas adaptaciones para impedir la rotura del macho y para posibilitar el retroceso forzado del mismo, cuestión ésta esencial para un roscado de calidad . La máquina de la figura 11 .12 es una roscadora muy sencilla pero tiene algunos mecanismos interesantes . El movimiento del motor llega a una caja reductora a través de un cono de poleas trapeciales situado en la parte posterior . De ahí se transmite al husillo (2) por medio de dos poleas (4) y (8) montadas sobre un manguito (7), unido a la palanca (6) que controla el operario . Dichas poleas, que giran libremente sobre el manguito, tienen unos asientos cónicos, a modo de embrague, que se acoplan a los platos (3) y (11) respectivamente, solidarios con el husillo (2) . En el extremo de éste hay un tornillo cambiable (9), cuyo paso es el que se desea construir, que rosca en una tuerca fija (10) que actúa de guía y obliga al husillo de la roscadora a avanzar según las características del paso, eliminándose así el efecto pernicioso de autoarrastre del macho sobre los filetes roscados durante el retroceso . La carrera del macho se regula por medio de los topes (5) que actúan directamente sobre la palanca de mando (6) .

Fig, 11 .12 Roscadora de machos : 1, pieza; 2, husillo; 3, plato; 4, polea de roscado; 5, tope de carrera ; 6, palanca de accionamiento; 7, manguito ; 8, polea de retroceso; 9, tornillo patrón ; 10, tuerca flia .

Las dos poleas (4) y (8) no son iguales sino que la (8), responsable del movimiento de retroceso es menor que la (4) o polea de roscado, porque el retorno del macho puede ser más rápido al no tratarse de un movimiento de corte. El sistema de tornillo patrón, en sus diversas variantes, suele ser el más empleado . También hay roscadoras en las que el movimiento del macho es controlado por engranajes cambiables cuya combinación se establece por cálculo, en función del paso a roscar . Por regla general, se procura siempre controlar el macho, de forma que éste se mueva forzado, lo que se traduce en una rosca de calidad muy superior (se evita que el macho arranque material de los filetes o amplíe el vano de la rosca) . Fig, 11.13 Macho de máquina de caña extralarga.

11 .1 .3 .1

Machos de máquina

Los machos de máquina se caracterizan por su entrada pronunciada y su mango o caña más largo que los machos para roscado manual . 200

Cuando las roscadoras son de gran producción se usan machos de caña extralarga (fig . 11 .13) para el roscado a través e, incluso, de caña curva (fig . 11 .14) para facilitar la evacuación de piezas . El macho de roscar es una herramienta muy delicada, sometida además a esfuerzos relativamente importantes como consecuencia del par de corte y la resistencia que opone la viruta, causa bastante frecuente de la rotura del macho. Para reducir estos inconvenientes se emplean machos de dientes alternados en los materiales tenaces (fig . 11 .15), se acorta la superficie de guía (fig . 11 .16), se rectifican los filetes y la caña para reducir el rozamiento, etc. La salida de las virutas se facilita con una hélice a izquierdas en los machos para agujeros pasantes (fig . 11 .17) que empuja a las virutas hacia abajo ; con una hélice a derechas que, por el contrario, la hace ascender (fig . 11 .18) . Fig. 11. 14 Macho de máquina de caña curva.

Fig. 11 . 16 Reducción de la zona de guía en un macho de máquina.

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Fig. 11 . 17 Macho de máquina con hélice de entrada para agujeros pasantes .

Fig. 11 . 18 Macho de máquina con ranuras helicoidales para agujeros ciegos .

Fresado de roscas

El roscado con fresa permite repartir el esfuerzo de corte sobre muchas aristas cortantes y reducir al mínimo el número de pasadas necesario . El trabajo intermitente de la fresa apenas si tiene trascendencia sobre el acabado de los filetes debido a los pequeños avances utilizados y a la inclinación de los flancos de la rosca . El roscado con fresa se ejecuta con fresa de disco (hilo a hilo) -procedimiento especialmente indicado para roscas largas- y con fresa múltiple que trabaja pór penetración . 11 .1 .4 .1

Fig. 11 . 15 Macho de ms", quina de dientes alternados para maternales tenaces.

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Roscado con fresa sencilla

Las máquinas empleadas se parecen bastante a los tornos paralelos convencionales (fig . 11 .19) . Sobre la bancada se puede ver el cabezal (5), el plato portapiezas (4), con divisor circular para roscas de varias entradas y la contrapunta (10) . El husillo patrón (7) controla el avance longitudinal del carro (9), sobre el que va el carro transversal (11) que lleva el soporte portafresas (3) . Detalle A

Fig. 11 . 19 Fresadora de roscar : 1, fresa; 2, pieza; 3, soporte portafresas; 4, plato; 5, cabezal; 6, engranajes de cambio ; 7, husillo; 8, tuerca de embrague ; 9, carro longitudinal; 10, contrapunta ; 11, carro trans versal.

La capacidad de la máquina llega a los 175 mm de diámetro y 2500 mm de longitud . Deben evitarse las variaciones bruscas de temperatura y el calentamiento excesivo de las piezas largas, producido por el mecanizado, porque todo ello se traduce en una dilatación inadmisible de las mismas . La fresa (fig . 11 .20) se monta en un cabezal orientable que se inclina según el ángulo de la hélice media de la rosca. En el mismo carro transversal de la máquina se apoya una luneta móvil que trabaja en el lado opuesto de la fresa (fig . 11 .21) para impedir la flexión de la pieza . El casquillo de la luneta está partido para que la fresa pueda trabajar libremente .

Fig. 11 .20 Fresa de disco de dientes destalonados para tallar roscas.

Fig. 11 .21 Detalle del soporte portafre sas y la luneta móvil de apoyo.

La fresa puede ser de dientes destalonados o bien de dientes alternados, con filos cortantes a uno y a otro lado . Las primeras se afilan con facilidad pero su ángulo de incidencia en los flancos es especialmente pequeño ; las segundas dejan un acabado de gran calidad pero su afilado es difícil .

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11 .1 .4 .2 Fig. 11 .22

Fresado de roscas exteriores con fresa múltiple .

Fig. 11 .23

Fresado de roscas interiores con fresa múltiple .

Fig. 11.25

Fresa múltiple para tallar roscas, de agujero pasante .

A

Fig. 11 .26 Fresas múltiples para tallar roscas, con mango : A, cilíndrico ; B, cónico .

Fig. 11 .27 Acción progresiva de las cuchillas en el tallado de roscas por turbulencia .

El roscado con fresa madre se realiza en una sola vuelta de la pieza con ayuda de una fresa de forma cuyos múltiples dientes reproducen los huecos entre filetes de rosca . El montaje de la herramienta se hace siempre al aire, mientras la pieza se sujeta en el plato de la máquina o entre puntos . Se emplea para realizar roscados cortos exteriores (fig . 11 .22) e interiores (figura 11 .23), situados con preferencia en los extremos de las piezas . El esquema de una máquina que trabaja con fresa madre es bastante sencillo (fig . 11 .24) . La fresa (2) es movida por un motor independiente (1) y todo el conjunto reposa sobre el carro transversal para hacer posible el movimiento de penetración . La pieza (3), montada en el plato, es accionada por el motor (4) que, a su vez, proporciona el movimiento longitudinal de traslación . El movimiento helicoidal para la generación de la rosca se obtiene con el tornillo patrón (5) de igual paso que la pieza a roscar . El resorte de torsión (6) compensa las holguras del mecanismo .

Fig. 11.24 Máquina de generación de roscas cortas por fresa-madre : 1, motor para el giro de la fresa; 2, fresa-madre ; 3, pieza a roscar ; 4, motor para dar movimiento de giro y traslación a la pieza; 5, husillo patrón : 6 resorte de torsión .

La herramienta tiene las estrías paralelas, de perfil constante y diente destalonado . Las mayores son huecas, para el acoplamiento sobre mandril (fig . 11 .25) mientras que las de menor diámetro son de mango incorporado, cilíndrico o cónico (fig . 11 .26) . Además de la fresa sencilla y la fresa madre, pueden utilizarse fresas de forma con mango (especialmente indicadas para el fresado de visinfines y grandes roscas trapeciales) y fresas de disco con cuchillas independientes, siempre que se disponga de las máquinas o accesorios adecuados . 11 .1 .5

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Roscado con fresa madre

Roscado por turbulencia o cepillado

Es un sistema muy rápido y preciso, indicado para el tallado de roscas largas . Las herramientas son cuatro cuchillas independientes que giran excéntricamente alrededor de la pieza en un soporte anular que lleva el cabezal portacuchillas (Ver apartado 12 .10 .5 de Tecnología 2. 1 de Máquinas Herramientas) . Las cuchillas trabajan tangencialmente según un plano inclinado que se corresponde con el ángulo de la hélice media de la rosca . Estas cuchillas están distribuidas de tal forma que el trabajo de cada una es uniforme, lo que garantiza el desgaste equitativo de las mismas . El filo de las cuchillas suele ser de metal duro . La forma del mismo varía en cada una de ellas, de modo que se escalona para el arranque equilibrado de viruta (figura 11 .27) en cuchillas de desbaste y de acabado . La máquina que emplea este procedimiento de roscado (fig . 11 .28) tiene una bancada alargada con las guías inclinadas para un mejor acceso a la zona de trabajo . El cabezal portapiezas tiene un husillo con pinza para el arrastre de las piezas y una caja de engranajes para obtener las distintas velocidades de avance . En el extremo opuesto hay una contrapunta móvil para el apoyo de las piezas que, además, cuentan con dos lunetas móviles situadas a ambos lados del cabezal portacuchillas . Un carro porta herramientas muy robusto lleva el cabezal portacuchillas y los mandos necesarios para el roscado . En su parte superior hay un motor de corriente continua con variador de velocidad para el accionamiento del cabezal portacuchillas 202

Fig. 11 .28 Máquina Waldrich para el tallado de roscas por turbulencia .

a la velocidad de corte adecuada según el material y la rosca que se construye pero que, en todo caso, siempre es muy elevada . La precisión conseguida es notable y puede llegar a un error máximo en el paso de 0,02 mm sobre 1000 mm de longitud roscada . Además, existe la ventaja suplementaria de la dilatación mínima por efecto del calor generador en el corte, ya que al avanzar más rápidamente la mecanización que la transmisión del calor, éste se localiza solamente en una zona de corte muy restringida . 11 .1 .6

Rectificado de roscas

Salvo casos excepcionales, es un procedimiento de acabado de roscas construidas por otros métodos, con objeto de lograr la máxima precisión de medidas y la mayor calidad superficial . Por consiguiente, sólo se emplea en roscas de gran responsabilidad y en el acabado de machos, hileras, calibres y herramientas de roscar . 11 .1 .6 .1

Métodos de rectificado de roscas

Existen tres métodos para el rectificado de roscas que se caracterizan por la muela empleada y por la forma de trabajar de ésta - Rectificado longitudinal con muela simple . Es el más exacto de todos. Se emplea para acabar roscas de la máxima precisión o bien, cuando el paso a mecanizar es muy rápido ; por ejemplo, en tornillos de módulo, filete trapecial o diente de sierra, etc . La muela empleada (fig . 11 .29) es de disco -afilada según el sistema de roscaque se desplaza a lo largo del filete con la inclinación necesaria, de acuerdo con el ángulo de la hélice media . - Rectificado longitudinal con muela múltiple . Es parecido al anterior, pero la muela, en lugar de tener un solo perfil de rosca, tiene varios filetes (fig . 11 .30) . En consecuencia, se comporta como un peine de roscar, de modo que los primeros hi los realizan una misión de desbaste y los restantes, de acabado . El rendimiento alcanzado es superior al del sistema por muela simple . Este método tiene especial interés para el rectificado de roscas interiores . - Rectificado de penetración. Es el procedimiento más racional y debe emplearse siempre que sea posible. La muela es de perfil múltiple (fig . 11 .31) y trabaja por penetración radial . Por consiguiente, debe tener una anchura superior a la de la rosca o bien hay que realizar una penetración al lado de otra . La profundidad de rosca se alcanza en el curso de una sola vuelta de la pieza o como máximo dos, de las cuales una es para el desbastado y otra para el acabado . La realización de penetraciones sucesivas (una junto a otra) no es ningún problema en las máquinas modernas puesto que la precisión asegurada es de ± 0,005 mm con relación al paso . Con el procedimiento de penetración es posible rectificar pasos de 0,75 a 4 mm aproximadamente . 11 .1 .6 .2

Fig. 11 .29 Rectificado de roscas pór medio de una muela simple .

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Fig. 11 .30 Rectificado de roscas co,, rnuela múltiple y desplazarniento long, tudinal.

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Rectificadora de roscas

En la figura 11 .32 aparece uno de los modelos más conocidos . Se trata de una máquina muy sólida y precisa . La mesa de trabajo se apoya sobre un zócalo inclinable que puede oscilar sobre un asiento de la bancada . El cabezal portapiezas (2) y la contrapunta (6) están situados sobre la mesa (10) y se desplazan con ella . Dicho 203

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Fig. 11 .31 Rectificado de roscas po penetración radial.

Fig. 11 .32 Rectificadora de roscas Lindner: 1, bancada; 2, cabezal; 3, volante del variador de velocidad; 4, muela; 5, cabezal inclinable; 6, contrapunta ; 7, volante de avance de la muela ; 8, moletas de ajuste del movimiento longitudinal ; 9, volante de ajuste fino de la pieza ; 10, mesa .

cabezal puede girar con velocidad variable y lleva todas las ruedas necesarias para la obtención de los distintos pasos, así como un sistema de división circular para cas de varias entradas . rosEl desplazamiento de la mesa está controlado por un husillo de precisión que lleva un sistema de ajuste para acoplar exactamente la muela a la rosca tallada previamente . Para el rectificado de roscas cónicas hasta 1 :16 hay una regla cónica patrón . El cabezal portamuelas -inclinable (5) en algunos modelos- puede avanzar perpendicularmente a la mesa, deslizándose sobre guías de gran precisión . El husillo portamuelas está montado sobre rodamientos ajustables que permiten un juego máximo de 0,002 mm . 11 .1 .6 .3

máx. 15 mm

25 mm

40 mm

Fig. 11 .33 Perfilados característicos de una muela simple en la rectificadora de roscas .

Perfilado de las muelas La precisión del rectificado depende esencialmente de dos factores : el perfilado de la muela y el mecanismo de reproducción o generación de la rosca . El perfilado de la muela se consigue por medio de un perfilador de diamante con moleta . La moleta es un cilindro o perfilado de acero templado provisto de pequeñas ranuras helicoidales que producen la disgregación local de la estructura de muela . Ésta gira a poca velocidad y la presiona la moleta -montada entre puntosque carece de movimiento propio y es arrastrada por la muela . El perfilado con diamante es más frecuente, en especial en muelas sencillas ; el empleo de la moleta se reserva para las muelas múltiples y formas especiales . La figura 11 .33 representa un resumen de los perfilados más característicos que se efectúan con diamante sobre una muela simple . El dispositivo perfilador consiste en un pequeño carro con un soporte portadiamante o portamoleta que se instala en la parte posterior del cabezal portamuelas para no entorpecer el trabajo de rectificado y también en la parte superior del mo . La operación de perfilar se realiza misde forma semiautomática por medio de diferentes mecanismos, entre los cuales merece citarse el de la figura 11 .34 que te en un sistema tuerca-tornillo consis(1) que mueve el carro (3) longitudinalmente, mientras que la penetración transversal se consigue por medio de una leva (4) que empuja al soporte portadiamantes (2) . La exactitud del perfilado se comprueba con un microscopio que lleva el cabezal para este fin, sin necesidad de desmontar la muela . 11 .1 .6 .4

Fig. 11.34 Sistema Matrix para el perfilado de muelas : 1, tornillo de precisión ; 2, portadiamante; 3, carro del perfilador ; 4, leva; 5, muela.

Reproducción del movimiento helicoidal El movimiento helicoidal que reproduce la rosca se obtiene por medio de un tornillo-patrón o por un husillo. En el primer caso, el tornillo-patrón (1) (fig . 11 .35) va montado sobre el husillo principal (2) y rosca en una tuerca fija (3), dotada de un mecanismo de reglaje (4). Cuando avanza la mesa móvil (7), el desplazamiento del conjunto se efectúa según el paso del tornillo-patrón . Como puede apreciarse, el sistema es muy sencillo lo cual es una ventaja, pero está sujeto al desgaste inevitable del mecanismo de tornillo y tuerca y, además, su capacidad de roscado longitudinal es bastante limitada . 20 4

El segundo procedimiento es imprescindible cuando se rectifican piezas largas . El husillo H está conectado con el husillo o árbol principal A por medio de una complicada combinación de engranajes (fig . 11 .36) que pueden reproducir una inmensa cantidad de pasos distintos con inclusión de ruedas cambiables .

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UEM fig. 11 .35 Reproducción de la rosca por torníllo-patrón en una rectificadora de roscas : 1, tornillo patrón ; 2, husillo principal; 3, tuerca fija; 4, regulación ; 5, rueda sin fin; 6, sinfín ; 7, bancada .

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"Ilh~l Fig. 11 .36 Esquema cinemáticr parcial de una rectificadora de roscas con husillo y sistema diferen ciaí .

Accesorios para el rectificado de roscas interiores

Para el rectificado de roscas interiores es preciso acoplar al cabezal de la máquina un husillo portamuelas idéntico a los usados en las rectificadoras convencionales de interiores (fig . 11 .37) . La muela más empleada es la múltiple, de dimensiones convenientes, aunque también sirve la muela simple, especialmente en agujeros cortos y en agujeros ciegos . 11 .1 .7

Roscado por laminación

Es un procedimiento de roscado sin arranque de virutas en el que la formación de los filetes se logra por la compresión del material de la pieza por medio de órganos laminadores (fig . 11 .38) . La estructura resultante es de una calidad muy notable porque las fibras del material se deforman en lugar de ser cortadas (como ocurre con el mecanizado con arranque de viruta), lo que aumenta la resistencia básica de la rosca . Por razones técnicas, la longitud de las roscas laminadas no suele pasar de 150 milímetros (*), ni su diámetro inferior a 1,5 mm . Los aceros empleados para las piezas deben tener una carga de rotura que no exceda de 110 kgf/mm 1 y un alargamiento no inferior al 8 % . El roscado por laminación se efectúa según dos procedimientos : laminación por rodillos y laminación por peines . Ambos proporcionan una elevada producción de roscas de calidad muy aceptable, en especial cuando se trabaja con rodillos . 11 .1 .7 .1

Fig. 11 .38 Estructura del material después del roscado por lamínación .

Laminación de roscas por rodillos

El laminado por rodillos o moletas consiste esencialmente en dos cilindros perfilados idénticos (1) (fig . 11 .39) de ejes paralelos, que giran a la misma velocidad y en el mismo sentido, que comprimen progresivamente una pieza (2) apoyada en una regla soporte (3) . La pieza, situada ligeramente por debajo de la línea de centros de los rodillos, gira entre ellos sin avanzar. La fuerza de compresión necesaria para el laminado la proporciona una prensa hidráulica cuya presión de trabajo se regula con facilidad, al igual que la velocidad de penetración y la cota de calibrado . El diámetro de partida de la pieza es ligeramente inferior al diámetro medio de la rosca . De esta forma, al penetrar el rodillo en el material, las zonas situadas por debajo de una supuesta línea media son fuertemente comprimidas (fig . 11 .40) lo que provoca el desplazamiento hacia arriba de una masa equivalente de material . (*)

Fig. 11 .37 Rectificado de roscas interiores con muela múltiple .

3 Fig. 11 .39 Laminación de roscas poi rodillos : 1, rodillos, 2, pieza a laminar; 3, soporte.

A : zona de hundimiento B : zona de expansión

Fig. 11 .40 laminado .

Por el procedimiento de laminado a través se roscan, sin embargo, longitudes muy superiores .

205

Formación teórica del filete

El laminado por rodillos puede ser : por penetración o a través : 1.

Fig. 11 .41

Laminado de roscas por penetración : 1, rodillo; 2, pieza.

Laminado por penetración

Los rodillos atacan la pieza simultáneamente y en toda su longitud (fig . 11 .41) . Su diámetro D2 es un múltiplo del diámetro D1 de la rosca (fig . 11 .42) . Por consiguiente, si el desarrollo de la pieza es n - Dl , el del cilindro o moleta es n - DZ y, por lo dicho anteriormente, ir - Dl - N, en donde N es el número de entradas o hilos del rodillo. El ángulo a2 = a, . pieza

Fig.

entrada

nQ¿ ~ W1Nl

guía

2.

Fig. 11 .43

Laminado de roscas a iraves . 1, rodillos, 2, pieza.

~'

11.42 Desarrollo y proporciones de la rosca y el rodillo en el laminado por penetración.

Laminado a través

Por este método, los dos rodillos tienen una separación fija -calibrada según el diámetro de rosca- mientras la pieza avanza longitudinalmente a través de aquéllos (fig . 11 .43) . Con un apoyo adecuado, es posible roscar piezas de 200Q mm de longitud, aunque la precisión del paso no es tanta como la obtenida con el método anterior . El avance de la pieza es consecuencia del diseño de los rodillos cuyo ángulo de hélice a2 (fig . 11 .44) es aproximadamente igual a los 2/3 del ángulo de la rosca al ; esta concepción de los rodillos produce el arrastre longitudinal de la pieza. Por otra parte, el diámetro del rodillo D2 es múltiplo del diámetro de la rosca Di; o sea, que se cumple que D2 = D, - N, en donde N es el número de hilos del rodillo . 11 .1 .7 .2

Fig. 11 .44 Desarrollo y proporciones de la rosca y el rodillo en el laminado a través.

Laminadora de roscas por rodillos En la figura 11 .45 se presenta una máquina de este tipo, donde se aprecia su disposición general . El esquema de la misma está realizado en la figura 11 .46. Los rodillos (1) -uno fijo y otro móvil- reciben el movimiento de una cadena cinemática que empieza en el motorrreductor (9). El árbol del rodillo móvil está unido a los cilindros hidráulicos (3), impulsados por la bomba (5), cuya carrera se ajusta finamente por el volante (7). La velocidad tangencia¡ de las moletas se sitúa alrededor de los 20 m/min, aunque varía ligeramente según la dureza del material . La presión de roscado varía entre 500 kgf, para los pasos finos y 1200-1500 kgf, para los gruesos .

Fig. 11 .45 Laminadora de roscas por rodillos Pee- Wee. 11 .1 .7 .3 11 .47 Laminación de roscas puf peines : 1, peines ; 2, pieza.

Laminado de roscas por peines

Fig. 11 .46 Esquema de la máquina Pee-Wee. 1, rodillos, 2, soporte pieza; 3, cilindros hidráulicos, 4, motor; 5, bomba hidráulica ; 6, mano-reductor; 7, volante de calibrado, 8, transmisión, 9, moto-reductor; 10, reglaje de los hilos .

Este procedimiento consiste en la acción deformadora de un par de peines (figura 11 .47) -uno fijo y otro móvil- entre los que gira la pieza a roscar . Se emplea normalmente para el roscado de tornillos de calidad ordinaria, a partir de alambre estirado, cuyo diámetro no excede casi nunca de 12 mm . 20 6

Las máquinas que funcionan por este procedimiento son completamente automáticas (fig . 11 .48) . Un distribuidor asegura la alimentación continua de los peines . La cadencia de producción es muy elevada, llegando hasta 70 golpes/min y, a ve ces, hasta 150 golpes/minuto en Ibs tornillos de material blando y pequeño diámetro . Los peines son piezas prismáticas (fig . 11 .49) fresadas y rectificadas, cuyas medidas son aproximadamente las indicadas . Llevan un par de entradas cónicas que producen el recalcado del material, a las que se añade una guía cuando existe en la caña una parte no roscada .

CUESTIONARIO

cas .

11 .1 11 .2 11 .3 11 .4 11 .5 11 .6 11 .7 11 .8 11 .9 11 .10 11 .11 11 .12 11 .13 11 .14

Procedimiento para la conformación de roscas por arranque de viruta . Torno de roscar cinemático . Roscado con terraja de apertura automática . Clases de peines y forma de actuación . Roscado con macho . ¿Por qué se construyen machos con dientes alternados? ¿Cuál es la misión de las ranuras helicoidales de los machos? Roscado con fresa sencilla . Roscado por turbulencia o cepillado . Métodos para el rectificado de roscas . Perfilado de las muelas con diamante . Sistemas de reproducción del movimiento helicoidal en una rectificadora de rosLaminación de roscas por rodillos . Laminación de roscas por peines .

Fig. 11 .48 Laminación por peines . Principio de funcionamiento : 1, peine; 2, pieza ; 3, tope abatible; 4, peine móvil; 5, empujador.

__150

_

-ieza

galga I

Fig. 11 .49 Forma y dimensiones del peine de laminar roscas .