El tallado con fresado es un proceso de mecanizado para cortar engranajes , cortar estrías y cortar ruedas dentadas utilizando una fresadora especializada . Los dientes o estrías del engranaje se cortan progresivamente en el material (como una pieza plana y cilíndrica de metal o plástico termoestable) mediante una serie de cortes realizados por una herramienta de corte llamada fresa .
El tallado con fresado es relativamente rápido y económico en comparación con la mayoría de los demás procesos de formación de engranajes y se utiliza para una amplia gama de piezas y cantidades. [1] El tallado con fresado es especialmente común para mecanizar engranajes rectos y helicoidales. [2]
Se puede aplicar un tipo de raspado que es análogo al tallado de engranajes externos al corte de engranajes internos, que se raspan con un cortador giratorio (en lugar de darles forma o brocharlos ). [3]
El fresado puede crear engranajes rectos, helicoidales, cónicos rectos, refrentados, coronados, sin fin, cilíndricos y achaflanados. [4] Una máquina talladora utiliza dos husillos oblicuos . En uno se monta una pieza de trabajo en blanco y en el otro se sujeta el cortador (o “placa”). El ángulo entre el husillo (eje) de la fresadora y el husillo de la pieza de trabajo varía según el tipo de pieza que se fabrica. Por ejemplo, si se produce un engranaje recto, el husillo se sujeta en el ángulo de avance de la fresa, mientras que si se produce un engranaje helicoidal, se mantiene en el ángulo de avance de la fresa más el ángulo de hélice del engranaje helicoidal. Las velocidades de los dos husillos se mantienen en una proporción constante determinada por el número de dientes que se cortan en la pieza en bruto; por ejemplo, para una encimera de rosca única con una relación de transmisión de 40:1, la encimera gira 40 veces por cada vuelta de la pieza en bruto, produciendo 40 dientes en la pieza en bruto. Si la placa tiene varias roscas, la relación de velocidad se multiplica por el número de roscas de la placa. [5] A continuación se introduce la fresa en la pieza de trabajo hasta obtener la profundidad de diente correcta. Para finalizar la operación, la placa pasa a través de la pieza de trabajo paralela al eje de rotación de la pieza en bruto. [4]
A menudo, durante la producción en masa, se apilan múltiples piezas en bruto utilizando un dispositivo adecuado y se cortan en una sola operación. [5]
Para engranajes muy grandes, la pieza en bruto se puede tallar preliminarmente hasta darle una forma rugosa para que el tallado sea más eficiente.
Las fresadoras, también conocidas como fresadoras , vienen en muchos tamaños para producir diferentes tamaños de engranajes. Los pequeños engranajes para instrumentos se producen en pequeñas máquinas de mesa, mientras que los engranajes marinos de gran diámetro se producen en grandes máquinas industriales. Una máquina talladora suele constar de un mandril y un contrapunto para sujetar la pieza de trabajo, un husillo para montar la fresa y un motor de accionamiento. [6]
Para un perfil de diente teóricamente evolutivo , la cremallera fundamental tiene lados rectos, con lados inclinados en el ángulo de presión de la forma del diente, con la parte superior e inferior planas. La corrección addendum necesaria para permitir el uso de piñones de números pequeños se puede obtener modificando adecuadamente esta cremallera a una forma cicloidal en las puntas, o tallando con un diámetro distinto al paso teórico. Dado que la relación de engranaje entre la fresadora y la pieza en bruto es fija, el engranaje resultante tendrá el paso correcto en el círculo primitivo pero el espesor del diente no será igual al ancho del espacio.
Las fresadoras se caracterizan por el mayor módulo o diámetro de paso que pueden generar. Por ejemplo, una máquina de 10 pulgadas (250 mm) de capacidad puede generar engranajes con un diámetro de paso de 10 pulgadas y generalmente un máximo de 10 pulgadas de ancho de cara. La mayoría de las máquinas fresadoras son fresadoras verticales, lo que significa que la pieza en bruto se monta verticalmente. Las fresadoras horizontales se utilizan normalmente para cortar piezas de trabajo más largas; es decir, cortar estrías en el extremo de un eje. [7]
La encimera es una herramienta de corte que se utiliza para cortar los dientes en la pieza de trabajo. Tiene forma cilíndrica con dientes cortantes helicoidales. Estos dientes tienen ranuras que se extienden a lo largo de la placa, lo que ayuda al corte y la eliminación de virutas . También hay fresas especiales diseñadas para engranajes especiales, como los engranajes estriados y dentados. [6]
La forma de la sección transversal de los dientes de la encimera es casi la misma que la de los dientes de un engranaje de cremallera que se usaría con el producto terminado. Hay ligeros cambios en la forma para fines de generación, como extender la longitud de los dientes de la fresa para crear un espacio libre en las raíces del engranaje. [8] Cada diente de fresado tiene relieve en su parte posterior para reducir la fricción. [9]
La mayoría de las placas de cocción son de un solo hilo, pero en talleres de alto volumen de producción se utilizan placas de doble y triple hilo. Las placas de cocción de varios hilos son más eficientes pero menos precisas que las de un solo hilo. [10] Dependiendo del tipo de dientes de engranaje que se van a cortar, existen fresas hechas a medida y fresas de uso general. Las placas hechas a medida se diferencian de otras placas porque son adecuadas para fabricar engranajes con perfiles de dientes modificados. Generalmente se utilizan perfiles de dientes modificados para agregar resistencia y reducir el tamaño y el ruido de los engranajes.
Los tipos comunes de placas de cocción incluyen:
El tallado con fresado se utiliza para fabricar los siguientes tipos de engranajes terminados:
El tallado se utiliza para producir la mayoría de las ruedas helicoidales dentadas , pero ciertos perfiles de dientes no se pueden tallar. Si alguna parte del perfil de la encimera es perpendicular al eje, la encimera no tendrá el espacio de corte generado por el proceso de retroceso habitual y no cortará bien.
Para engranajes cicloidales (como se usa en la especificación BS978-2 para engranajes de paso fino) y engranajes de tipo cicloidal, cada módulo , relación y número de dientes en el piñón requiere una fresa por tallado diferente, por lo que el tallado por tallado es ineficaz para producciones de pequeño volumen. .
Para evitar este problema, se produjo un estándar especial de engranaje de arco circular de emergencia en tiempos de guerra que proporcionaba una serie de formas casi cicloidales que podían cortarse con una sola fresa para cada módulo de ocho dientes y más para ahorrar recursos de fabricación de cortadores. Una variante de esto todavía se incluye en BS978-2a (Engranajes para instrumentos y mecanismos de relojería. Engranajes de tipo cicloidal. Engranajes de tipo arco circular doble).
Las tolerancias de concentricidad de la encimera limitan los módulos inferiores que se pueden cortar prácticamente mediante tallado a aproximadamente 0,5 módulos.
Christian Schiele de Lancaster Inglaterra patentó la máquina talladora en 1856. [11] [ fuente autoeditada ] Era un diseño simple, pero los componentes rudimentarios están todos presentes en los dibujos de patente habituales. La herramienta de corte y el tren de engranajes para proporcionar la relación de velocidad del husillo adecuada son claramente visibles. El conocimiento del tallado en el sector relojero probablemente precede a su patente. El siguiente gran paso adelante se produjo en 1897, cuando Herman Pfauter inventó una máquina que podía cortar tanto engranajes rectos tradicionales como engranajes helicoidales, impulsando aún más la producción. [12]