La frase velocidades y avances o avances y velocidades se refiere a dos velocidades separadas en la práctica de la máquina herramienta , la velocidad de corte y la velocidad de avance . A menudo se los considera un par debido a su efecto combinado en el proceso de corte. Sin embargo, cada uno también puede considerarse y analizarse por separado.
La velocidad de corte (también llamada velocidad superficial o simplemente velocidad ) es la diferencia de velocidad ( velocidad relativa ) entre la herramienta de corte y la superficie de la pieza de trabajo sobre la que está operando. Se expresa en unidades de distancia a través de la superficie de la pieza de trabajo por unidad de tiempo, generalmente pies de superficie por minuto (sfm) o metros por minuto (m/min). [1] La velocidad de avance (también denominada a menudo compuesto sólido , velocidad de avance o simplemente avance ) es la velocidad relativa a la que avanza la cortadora a lo largo de la pieza de trabajo; su vector es perpendicular al vector de velocidad de corte. Las unidades de avance dependen del movimiento de la herramienta y la pieza de trabajo; Cuando la pieza de trabajo gira ( por ejemplo , en torneado y mandrinado ), las unidades casi siempre son distancia por revolución del husillo (pulgadas por revolución [in/rev o ipr] o milímetros por revolución [mm/rev]). [2] Cuando la pieza de trabajo no gira ( p. ej. , en el fresado ), las unidades suelen ser distancia por tiempo (pulgadas por minuto [in/min o ipm] o milímetros por minuto [mm/min]), aunque la distancia por revolución o A veces también se utilizan por diente de corte. [2]
Si variables como la geometría del cortador y la rigidez de la máquina herramienta y su configuración de herramientas pudieran maximizarse idealmente (y reducirse a constantes insignificantes), entonces sólo la falta de potencia (es decir, kilovatios o caballos de fuerza) disponible para el husillo impediría el uso de las máximas velocidades y avances posibles para cualquier material de pieza de trabajo y material de corte determinado. Por supuesto, en realidad esas otras variables son dinámicas y no despreciables, pero todavía existe una correlación entre la potencia disponible y los avances y velocidades empleadas. En la práctica, la falta de rigidez suele ser la restricción limitante.
Las frases "velocidades y avances" o "avances y velocidades" a veces se han utilizado metafóricamente para referirse a los detalles de ejecución de un plan, que sólo los técnicos capacitados (a diferencia de los diseñadores o gerentes) conocerían.
La velocidad de corte se puede definir como la velocidad en la superficie de la pieza de trabajo, independientemente de la operación de mecanizado utilizada. Una velocidad de corte para acero dulce de 100 pies/min es la misma ya sea la velocidad del cortador que pasa sobre la pieza de trabajo, como en una operación de torneado, o la velocidad del cortador que pasa sobre una pieza de trabajo, como en un fresado. operación. Las condiciones de corte afectarán el valor de esta velocidad superficial para acero dulce.
Esquemáticamente, la velocidad en la superficie de la pieza de trabajo puede considerarse como la velocidad tangencial en la interfaz herramienta-cortadora, es decir, qué tan rápido se mueve el material más allá del filo de la herramienta, aunque "en qué superficie enfocarse" es un tema con varias respuestas válidas. Al taladrar y fresar, el diámetro exterior de la herramienta es la superficie generalmente aceptada. Al tornear y mandrinar, la superficie se puede definir a cualquier lado de la profundidad de corte, es decir, la superficie inicial o la superficie final, sin que ninguna definición sea "incorrecta" siempre que las personas involucradas comprendan la diferencia. Un maquinista experimentado resumió esto sucintamente como "el diámetro desde el que estoy girando" versus "el diámetro hacia el que estoy girando". [3] Utiliza el "desde", no el "hasta", y explica por qué, aunque reconoce que otros no lo hacen. La lógica de centrarse en el diámetro más grande involucrado (OD de la broca o fresa, diámetro inicial de la pieza torneada) es que aquí es donde se encuentra la velocidad tangencial más alta, con la mayor generación de calor, que es el principal factor del desgaste de la herramienta . [3]
Habrá una velocidad de corte óptima para cada material y conjunto de condiciones de mecanizado, y la velocidad del husillo ( RPM ) se puede calcular a partir de esta velocidad. Los factores que afectan el cálculo de la velocidad de corte son:
Las velocidades de corte se calculan asumiendo que existen condiciones de corte óptimas. Éstas incluyen:
La velocidad de corte se proporciona como un conjunto de constantes que están disponibles del fabricante o proveedor del material. Los materiales más comunes están disponibles en libros de referencia o tablas, pero siempre estarán sujetos a ajustes dependiendo de las condiciones de corte. La siguiente tabla proporciona las velocidades de corte para una selección de materiales comunes bajo un conjunto de condiciones. Las condiciones son una vida útil de la herramienta de 1 hora, corte en seco (sin refrigerante) y avances medios, por lo que pueden parecer incorrectas según las circunstancias. Estas velocidades de corte pueden cambiar si, por ejemplo, se dispone de refrigerante adecuado o se utiliza un grado mejorado de HSS (como uno que incluya [cobalto]).
La calificación de maquinabilidad de un material intenta cuantificar la maquinabilidad de varios materiales. Se expresa como porcentaje o valor normalizado . El Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI) determinó las clasificaciones de maquinabilidad para una amplia variedad de materiales realizando pruebas de torneado a 180 pies de superficie por minuto (sfpm). Luego asignó arbitrariamente al acero 160 Brinell B1112 una calificación de maquinabilidad del 100%. La clasificación de maquinabilidad se determina midiendo los promedios ponderados de la velocidad de corte normal, el acabado de la superficie y la vida útil de la herramienta para cada material. Tenga en cuenta que un material con un índice de maquinabilidad inferior al 100 % sería más difícil de mecanizar que B1112 y un material con un valor superior al 100 % sería más fácil.
Los índices de maquinabilidad se pueden utilizar junto con la ecuación de vida útil de la herramienta de Taylor , VT n = C para determinar las velocidades de corte o la vida útil de la herramienta. Se sabe que B1112 tiene una vida útil de 60 minutos a una velocidad de corte de 100 sfpm. Si un material tiene una clasificación de maquinabilidad del 70%, se puede determinar, con lo anterior, que para mantener la misma vida útil de la herramienta (60 minutos), la velocidad de corte debe ser de 70 sfpm (suponiendo que se utilice la misma herramienta). .
Al calcular las aleaciones de cobre, se llega a la clasificación de la máquina asumiendo la clasificación 100 de 600 SFM. Por ejemplo, el bronce de fósforo (grados A a D) tiene una clasificación de maquinabilidad de 20. Esto significa que el bronce de fósforo funciona al 20 % de la velocidad de 600 SFM o 120 SFM. Sin embargo, 165 SFM se acepta generalmente como la clasificación básica del 100% para "calificar aceros". [11] Fórmula Velocidad de corte (V)= [πDN]/1000 m/min Donde D=Diámetro de la pieza de trabajo en metros o milímetros N=Velocidad del husillo en rpm
La velocidad del husillo es la frecuencia de rotación del husillo de la máquina, medida en revoluciones por minuto (RPM). La velocidad preferida se determina trabajando hacia atrás desde la velocidad superficial deseada (sfm o m/min) e incorporando el diámetro (de la pieza de trabajo o del cortador).
El eje puede contener:
Una velocidad excesiva del husillo provocará desgaste prematuro de la herramienta, roturas y puede provocar vibración de la herramienta, todo lo cual puede provocar condiciones potencialmente peligrosas. Usar la velocidad del husillo correcta para el material y las herramientas mejorará en gran medida la vida útil de la herramienta y la calidad del acabado superficial.
Para una operación de mecanizado determinada, la velocidad de corte permanecerá constante en la mayoría de las situaciones; por lo tanto, la velocidad del husillo también permanecerá constante. Sin embargo, las operaciones de refrentado, conformado, tronzado y rebaje en un torno o máquina de tornillo implican el mecanizado de un diámetro que cambia constantemente. Idealmente, esto significa cambiar la velocidad del husillo a medida que el corte avanza por la cara de la pieza de trabajo, produciendo una velocidad superficial constante (CSS). Los arreglos mecánicos para efectuar CSS han existido durante siglos, pero nunca se aplicaron comúnmente al control de máquinas herramienta. En la era anterior al CNC , el ideal de CSS se ignoraba en la mayoría de los trabajos. Para trabajos inusuales que así lo exigían, se pusieron especial cuidado en lograrlo. La introducción de tornos controlados por CNC ha proporcionado una solución práctica y cotidiana a través de la supervisión y el control automatizados del proceso de mecanizado CSS. Mediante el software de la máquina y los motores eléctricos de velocidad variable , el torno puede aumentar las RPM del husillo a medida que la fresa se acerca al centro de la pieza.
Las muelas abrasivas están diseñadas para funcionar a una velocidad máxima segura; la velocidad del husillo de la máquina rectificadora puede ser variable, pero esto sólo debe cambiarse prestando la debida atención a la velocidad de trabajo segura de la muela. A medida que una rueda se desgasta, su diámetro disminuirá y su velocidad de corte efectiva se reducirá. Algunas amoladoras tienen la posibilidad de aumentar la velocidad del husillo, lo que corrige esta pérdida de capacidad de corte; sin embargo, aumentar la velocidad más allá de la clasificación de la rueda destruirá la rueda y creará un peligro grave para la vida y la integridad física.
En términos generales, las velocidades del husillo y los avances son menos críticos en el trabajo de la madera que en el trabajo del metal. La mayoría de las máquinas para trabajar la madera, incluidas las sierras eléctricas , como las sierras circulares y las sierras de cinta , las ensambladoras y las cepilladoras de espesor, giran a unas RPM fijas. En esas máquinas, la velocidad de corte se regula mediante el avance. La velocidad de avance requerida puede ser extremadamente variable según la potencia del motor, la dureza de la madera u otro material que se mecaniza y el filo de la herramienta de corte.
En carpintería, la velocidad de avance ideal es aquella que sea lo suficientemente lenta como para no atascar el motor, pero lo suficientemente rápida como para evitar quemar el material. Ciertas maderas, como el cerezo negro y el arce, son más propensas a quemarse que otras. La velocidad de avance correcta generalmente se obtiene "sentiendo" si el material se alimenta manualmente, o por prueba y error si se utiliza un alimentador eléctrico. En las regruesadoras (cepilladoras), la madera suele alimentarse automáticamente a través de rodillos de goma o de acero ondulado. Algunas de estas máquinas permiten variar el avance, normalmente cambiando las poleas . Una velocidad de avance más lenta generalmente da como resultado una superficie más fina a medida que se realizan más cortes para cualquier longitud de madera.
La velocidad del husillo se vuelve importante en el funcionamiento de fresadoras, tupís o perfiladoras y taladros. Las fresadoras más antiguas y más pequeñas suelen girar a una velocidad fija del husillo, normalmente entre 20.000 y 25.000 rpm. Si bien estas velocidades están bien para brocas de enrutador pequeñas, usar brocas más grandes, digamos de más de 1 pulgada (25 mm) o 25 milímetros de diámetro, puede ser peligroso y provocar vibraciones. Los enrutadores más grandes ahora tienen velocidades variables y los bits más grandes requieren una velocidad más lenta. Para perforar madera generalmente se utilizan velocidades de husillo más altas que las de metal, y la velocidad no es tan crítica. Sin embargo, las brocas de mayor diámetro requieren velocidades más lentas para evitar quemarse.
Los avances y velocidades de corte, y las velocidades del husillo que se derivan de ellos, son las condiciones de corte ideales para una herramienta. Si las condiciones no son ideales, entonces se realizan ajustes en la velocidad del husillo; este ajuste suele ser una reducción de las RPM a la velocidad disponible más cercana, o una que se considere correcta (a través del conocimiento y la experiencia).
Algunos materiales, como la cera mecanizable, se pueden cortar con una amplia variedad de velocidades de husillo, mientras que otros, como el acero inoxidable , requieren un control mucho más cuidadoso ya que la velocidad de corte es crítica, para evitar el sobrecalentamiento tanto del cortador como de la pieza de trabajo. El acero inoxidable es un material que se endurece muy fácilmente al trabajar en frío , por lo tanto, una velocidad de avance insuficiente o una velocidad incorrecta del husillo pueden generar condiciones de corte que no son las ideales, ya que la pieza de trabajo se endurecerá rápidamente y resistirá la acción de corte de la herramienta. La aplicación liberal de fluido de corte puede mejorar estas condiciones de corte; sin embargo, la selección correcta de velocidades es el factor crítico.
La mayoría de los libros sobre trabajo de metales tienen nomogramas o tablas de velocidades del husillo y velocidades de avance para diferentes cortadores y materiales de piezas de trabajo; Es probable que el fabricante del cortador utilizado también proporcione tablas similares.
Las velocidades del husillo se pueden calcular para todas las operaciones de mecanizado una vez que se conoce el SFM o MPM. En la mayoría de los casos, estamos ante un objeto cilíndrico, como una fresa o una pieza de trabajo que gira en un torno, por lo que necesitamos determinar la velocidad en la periferia de este objeto redondo. Esta velocidad en la periferia (de un punto de la circunferencia, pasando por un punto estacionario) dependerá de la velocidad de rotación (RPM) y del diámetro del objeto.
Una analogía sería un ciclista que viaja en patineta y en bicicleta uno al lado del otro por la carretera. Para una velocidad superficial determinada (la velocidad de este par a lo largo de la carretera), la velocidad de rotación (RPM) de sus ruedas (grande para el patinador y pequeña para el ciclista) será diferente. Esta velocidad de rotación (RPM) es la que estamos calculando, dada una velocidad superficial fija (velocidad en la carretera) y valores conocidos para el tamaño de sus ruedas (cortadora o pieza de trabajo).
Se pueden utilizar las siguientes fórmulas [12] para estimar este valor.
No siempre se necesitan las RPM exactas; una aproximación cercana funcionará. Por ejemplo, un maquinista puede querer tomar el valor de 3 si realiza cálculos a mano.
por ejemplo, para una velocidad de corte de 100 pies/min (una cortadora de acero HSS simple sobre acero dulce) y un diámetro de 10 pulgadas (la cortadora o la pieza de trabajo)
y, por ejemplo usando valores métricos, donde la velocidad de corte es de 30 m/min y un diámetro de 10 mm (0,01 m),
Sin embargo, para cálculos más precisos, y a costa de la simplicidad, se puede utilizar esta fórmula:
y usando el mismo ejemplo
y usando el mismo ejemplo anterior
dónde:
La velocidad de avance es la velocidad a la que se alimenta el cortador, es decir, avanza contra la pieza de trabajo. Se expresa en unidades de distancia por revolución para torneado y mandrinado (normalmente pulgadas por revolución [ ipr ] o milímetros por revolución ). También se puede expresar así para el fresado, pero a menudo se expresa en unidades de distancia por tiempo para el fresado (normalmente pulgadas por minuto [ ipm ] o milímetros por minuto ), teniendo en cuenta cuántos dientes (o estrías) tiene entonces la fresa. determinó lo que eso significa para cada diente.
La velocidad de alimentación depende de:
Al decidir qué velocidad de avance utilizar para una determinada operación de corte, el cálculo es bastante sencillo para herramientas de corte de un solo punto, porque todo el trabajo de corte se realiza en un punto (se realiza con "un diente", por así decirlo). Con una fresadora o ensambladora, donde se utilizan herramientas de corte con múltiples puntas/multicanales, la velocidad de avance deseada depende del número de dientes de la cortadora, así como de la cantidad deseada de material por diente a cortar (expresada como carga de chip). Cuanto mayor sea el número de filos, mayor será la velocidad de avance permitida: para que un filo funcione eficientemente debe eliminar suficiente material para cortar en lugar de frotar; también debe hacer su parte justa de trabajo.
La relación entre la velocidad del husillo y la velocidad de avance controla la agresividad del corte y la naturaleza de las virutas formadas.
Esta fórmula [13] se puede utilizar para calcular la velocidad de avance que recorre el cortador hacia o alrededor del trabajo. Esto se aplicaría a las fresas de una fresadora, taladradora y otras máquinas herramienta. Esto no debe usarse en el torno para operaciones de torneado, ya que la velocidad de avance en un torno se expresa como avance por revolución.
Dónde:
La velocidad de corte y la velocidad de avance se combinan con la profundidad de corte para determinar la tasa de eliminación de material , que es el volumen de material de la pieza de trabajo (metal, madera, plástico, etc.) que se puede eliminar por unidad de tiempo.
La selección de velocidad y avance es análoga a otros ejemplos de ciencia aplicada, como la meteorología o la farmacología , en que el modelado teórico es necesario y útil, pero nunca puede predecir completamente la realidad de casos específicos debido al entorno masivamente multivariado. Así como los pronósticos meteorológicos o las dosis de medicamentos se pueden modelar con bastante precisión, pero nunca con total certeza, los maquinistas pueden predecir con gráficos y fórmulas la velocidad aproximada y los valores de avance que funcionarán mejor en un trabajo en particular, pero no pueden saber los valores óptimos exactos hasta que ejecutando el trabajo. En el mecanizado CNC, normalmente el programador programa velocidades y avances tan ajustados al máximo como pueden proporcionar los cálculos y las pautas generales. Luego, el operador ajusta los valores mientras hace funcionar la máquina, basándose en imágenes, sonidos, olores, temperaturas, mantenimiento de tolerancias y vida útil de la punta de la herramienta. Con una gestión adecuada, los valores revisados se capturan para uso futuro, de modo que cuando se vuelva a ejecutar un programa más adelante, no sea necesario duplicar este trabajo.
Sin embargo, al igual que ocurre con la meteorología y la farmacología, la interrelación entre teoría y práctica se ha ido desarrollando durante décadas a medida que la parte teórica del equilibrio se vuelve más avanzada gracias a la tecnología de la información. Por ejemplo, un esfuerzo llamado Proyecto Genoma de Máquina-Herramienta está trabajando para proporcionar el modelado por computadora (simulación) necesario para predecir combinaciones óptimas de velocidad y avance para configuraciones particulares en cualquier taller conectado a Internet con menos experimentación y pruebas locales. [14] En lugar de que la única opción sea medir y probar el comportamiento de su propio equipo, se beneficiará de la experiencia y simulación de otros; en cierto sentido, en lugar de "reinventar una rueda", podrá "hacer un mejor uso de las ruedas existentes ya desarrolladas por otros en lugares remotos".
Las velocidades y los avances se han estudiado científicamente desde al menos la década de 1890. El trabajo generalmente se realiza en laboratorios de ingeniería y la financiación proviene de tres raíces básicas: corporaciones , gobiernos (incluidos sus ejércitos ) y universidades . Los tres tipos de instituciones han invertido grandes cantidades de dinero en la causa, a menudo en asociaciones de colaboración . A continuación se destacan ejemplos de tales trabajos.
Entre las décadas de 1890 y 1910, Frederick Winslow Taylor realizó experimentos de torneado [15] que se hicieron famosos (y trascendentales). Desarrolló la ecuación de Taylor para la esperanza de vida de la herramienta .
El estudio científico realizado por Holz y De Leeuw de Cincinnati Milling Machine Company [16] hizo con las fresas lo que FW Taylor había hecho con las fresas de punta única .
"Después de la Segunda Guerra Mundial, se desarrollaron muchas aleaciones nuevas. Se necesitaban nuevos estándares para aumentar la productividad estadounidense. Metcut Research Associates, con el apoyo técnico del Laboratorio de Materiales de la Fuerza Aérea y el Laboratorio de Ciencia y Tecnología del Ejército, publicó los primeros datos de mecanizado Manual en 1966. Las velocidades y avances recomendados proporcionados en este libro fueron el resultado de pruebas exhaustivas para determinar la vida útil óptima de la herramienta en condiciones controladas para cada material del día, operación y dureza. [3]
Un estudio sobre el efecto de la variación de los parámetros de corte en la integridad de la superficie en el torneado de un acero inoxidable AISI 304 reveló que la velocidad de avance tiene el mayor efecto perjudicial sobre la calidad de la superficie, y que además de lograr el perfil de rugosidad deseado , es necesario analizar el efecto de la velocidad y el avance en la creación de micropicaduras y microdefectos en la superficie mecanizada. [17] Además, descubrieron que la relación empírica convencional que relaciona la velocidad de avance con el valor de rugosidad no se ajusta adecuadamente a velocidades de corte bajas.
{{cite book}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link){{cite book}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)