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Class Outline Objetivos Importancia de la velocidad y el avance Factores que determinan la velocidad y el avance Fuentes de referencia para velocidad y avance Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC Selección de la velocidad para el torno Velocidad constante de superficie Selección del avance para el torno Ejemplo con el torno Selección de la velocidad para la fresadora Selección del avance para la fresadora Ejemplo con la fresadora Optimización de velocidades y avances Resumen

 

Lesson: 1/14 Objetivos

 

Lesson: 2/14 Importancia de la velocidad y el avance

 

Lesson: 3/14 Factores que determinan la velocidad y el avance

 

Lesson: 4/14 Fuentes de referencia para velocidad y avance

 

Lesson: 5/14 Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC

 

Lesson: 6/14 Selección de la velocidad para el torno

 

Lesson: 7/14 Velocidad constante de superficie

 

Lesson: 8/14 Selección del avance para el torno

 

Lesson: 9/14 Ejemplo con el torno

 

Lesson: 10/14 Selección de la velocidad para la fresadora

 

Lesson: 11/14 Selección del avance para la fresadora

 

Lesson: 12/14 Ejemplo con la fresadora

 

Lesson: 13/14 Optimización de velocidades y avances

 

Lesson: 14/14 Resumen

 

Class Vocabulary

Selección de velocidad y avance 300

l Describa las relaciones entre velocidad de corte, dureza de pieza de trabajo y calor.

l Liste las variables que afectan la selección de velocidad y avance. l Describa las fuentes de información adecuadas para seleccionar velocidades y avances. l Distinga entre la selección de velocidad y avance para máquinas manuales y máquinas de CNC. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar la velocidad en el torno.

l Describa la relación entre velocidad constante de superficie y rpm. l Distinga las diversas unidades que se utilizan para determinar el avance en el torno.

l Determine el valor correcto de velocidad en el torno usando la fórmula apropiada. l Determine el valor correcto de velocidad en la fresadora usando la fórmula apropiada. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar el avance en la fresadora.

l Determine el valor correcto de avance en la fresadora usando la fórmula adecuada. l Identifique factores comunes que necesitan ajustes a los valores de velocidad y avance.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el espesor de la viruta removida poruna pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Toda operación de maquinado requiere de la selección de velocidad y avance adecuados para asegurar la mejor productividad, vida útil de la herramienta y calidad de la pieza. Las operaciones decorte generan una cantidad significativa de calor. En cada material de herramienta de corte, el exceso de calor lleva a un desgaste excesivo de herramienta, lo cual se muestra en la figura 1. Conforme se incrementa la velocidad de corte, el calor también se incrementa. Cada tipo de materialde herramienta de corte tiene su rango de calor propio y adecuado que puede soportar y aún desempeñarse efectivamente. Además de las diferencias en el material de herramienta, cada materialde pieza de trabajo ofrece su propia dureza. La figura 2 compara los valores de dureza para materiales de pieza de trabajo comunes. Un incremento en la dureza de la pieza de trabajo lleva a un incremento de calor para la herramienta de corte. Al seleccionar velocidad y avance para una operación de corte específica, usted debe considerar tanto la pieza de trabajo como el material de laherramienta. Esta clase le enseñará cómo seleccionar la velocidad y avance apropiados para las operaciones básicas de torneado y refrentado. También aprenderá cómo convertir las unidades de fuentes de referencia que seleccione a variables de velocidad y avance que pueda utilizar en la máquina.     

Figura 1. Las velocidades y los avances adecuados ayudan a controlar el desgaste de la herramienta, el cual se muestra en esta vista amplificada del filo de corte.

Figura 2. Los diversos materiales de pieza de trabajo ofrecen diferentes valores de dureza que afectan las velocidades y avances.

Como puede ver en la figura 1, múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Algunas variables son menos obvias que otras. Por ejemplo, toda operación de maquinado es afectada por:

l El tipo de material de la pieza de trabajo. Los materiales más duros son más difíciles de maquinar y típicamente requieren de velocidades y avances más conservadores.

l El tipo de material de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros pueden soportar incremento en desgaste más elevado y temperaturas elevadas.

l El acabado superficial requerido. Los acabados superficiales mejorados requieren de

velocidades más rápidas y avances menos agresivos. l El tipo de geometría de herramienta. Diferentes ángulos de inclinación y ángulos de posición 

proporcionan un intercambio entre resistencia del filo para avances aumentados y fuerzas de corte reducidas.

l El tipo de máquina herramienta. La máquina manual y la máquina de CNC proporcionan

potencia, rigidez y velocidades de husillo significativamente diferentes.

l El tipo de preparación para sujeción del trabajo. La rigidez y fuerza de sujeción mejoradas de un dispositivo de sujeción de trabajo permite velocidades de corte y avances más rápidos.

Dependiendo de la situación, puede ser que no le sea posible cambiar algunas de estas variables. Puede ser que usted solamente tenga una máquina herramienta disponible que proporcione menos rigidez o potencia. Puede que no haya tiempo o recursos para desarrollar una sujeción de trabajo hecha a la medida para una corrida pequeña de producción. Ya sea que pueda o no controlar estas variables, usted debe tomar en consideración su impacto en el maquinado al determinar sus velocidades y avances.

    

Figura 1. Múltiples factores determinan la selección de velocidad y avance adecuados.

Aunque cada operación de maquinado se ve afectada por una amplia gama de variables, lo primordial de la selección de velocidad y avance se encuentra el tipo específico de operación de maquinado y la combinación de pieza de trabajo y material de herramienta. De hecho, las fuentes de referencia proporcionan tablas organizadas con esta información. Por ejemplo, la figura 1 muestra una tabla listando velocidades y avances para tornear una pieza de trabajo de acero de bajo carbono con un grado específico de insertos de carburo. Para operaciones de rutina, las tablas de maquinado y los materiales de referencia le proporcionan un punto de partida razonable para seleccionar velocidades y avances. La mayoría de los talleres deben contar con un manual general que contenga esta información. Sin embargo, la fuente de referencia preferente es el catálogo del fabricante específico de herramientas de corte. Como puede ver en la figura 2, numerosos fabricantes ofrecen catálogos sobre sus herramientas específicas. En términos generales, usted ha de encontrar que los materiales de pieza de trabajo más duros y difíciles exigen velocidades iniciales de husillo más lentas. Los materiales de referencia simplemente le proporcionan un rango o punto de partida aceptable para las velocidades y los avances. Estas variables deben entonces ajustarse y optimizarse conforme usted continúa con la corrida de producción.

    

Figura 1. Tabla artificial para un material de pieza de trabajo específico que organiza velocidades y avances de acuerdo con el material de herramienta y tipo de corte.

Figura 2. El catálogo del fabricante de herramientas específico es la mejor referencia a utilizar para la selección de velocidad y avance.

Los enfoques tradicionales de maquinado se basan en máquinas manuales tales como el torno paralelo básico y la fresadora de columna y codo, las cuales se muestran en las figuras 1 y 2. Muchas compañías todavía usan estas máquinas en sus cuartos de herramientas para corridas cortas de producción y para trabajos sobre medida. Para máquinas manuales, la velocidad o el avance correcto implica más "arte" que "ciencia". Los operadores de máquinas se basan en su experiencia e instinto en la operación para juzgar correctamente la velocidad de husillo y el avance de herramienta. Las compañías modernas dependen cada vez más de máquinas de CNC. La figura 3 muestra un torno CNC. Las máquinas de CNC ofrecen mayor potencia, velocidades de husillo más rápidas y mayor rigidez. A diferencia de las máquinas manuales, las máquinas de CNC proporcionan un espacio cerrado que contiene las virutas y fluido de corte. En consecuencia, las velocidades y los avances de una máquina de CNC son mucho mayores que las que usted puede ver en una máquina manual. Debido a que un programa de pieza ejecuta todas las operaciones de maquinado de una máquina de CNC, usted debe programar o seleccionar un valor específico de avance y velocidad. Usted no puede actuar por "instinto" o depender de sus sentidos por que de esta manera queda fuera del proceso. Debido a que los avances de herramientas son automatizados, una variable de velocidad oavance incorrecta puede dañar la pieza de trabajo o la máquina herramienta o inclusive lesionar al operador. Las máquinas de CNC requieren de una sólida comprensión de la selección adecuada de velocidad y avance.

    

Figura 1. Esta fresadora de columna y codo manual tiene un espacio de trabajo abierto.

Figura 2. Un operador puede usar un "sentido de instinto" para operar un torno paralelo manual.

Figura 3. La mayoría de las máquinas de CNC tiene un espacio cerrado y ofrece mayor potencia que las máquinas manuales.

En un torno, la velocidad determina lo rápido que la pieza de trabajo gira en el husillo. Existen dos maneras de medir la velocidad: revoluciones por minuto (rpm) o pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Aunque ambas variables describen la razón de la rotación del husillo, cada tipo de variable de velocidad se basa en diferentes factores. Revoluciones por minuto es una medición directa de cuántas veces gira el husillo en un minuto. No está afectado por el diámetro de la pieza de trabajo opor la ubicación de la herramienta. Pies superficiales por minuto miden lo rápido que la pieza de trabajo pasa bajo la herramienta en el filo de corte. Como puede ver en la figura 1, esta velocidad depende del tamaño de la pieza de trabajo y de la ubicación de la herramienta. Si rpm permanece igual, los pies superficiales por minuto disminuyen conforme el tamaño de la pieza de trabajo tamaño disminuye. Una pieza de trabajo de diámetro menor "viaja" menos pies superficiales que una pieza de trabajo de diámetro mayor. Una fórmula sencilla le ayuda a convertir rpm a sfm. Debe conocer dos valores: rpm y diámetro de la pieza de trabajo en pulgadas. Como puede usted ver en la figura 2, para encontrar sfm, usted multiplica el diámetro por el valor rpm y luego divide la constante 3.82. La constante 3.82 representa 12 pulgadas divididas entre pi y ayuda a convertir de pulgadas a pies. Para unidades métricas, se utiliza una fórmula similar para convertir rpm a m/min. La figura 3 muestra los equivalentes métricos para conversiones de velocidad en el torno. En unidades métricas, la constante es 318.3, lo cual representa 1000 mm divididos entre pi.

    

Figura 1. Si rpm permanece igual, sfm (o m/min) disminuye conforme el diámetro disminuye y la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

El tipo de operación de corte que se realiza en el torno determina el tipo de variable de velocidad que debe conocer. Las operaciones como torneado, refrentado y mandrinado se programan en sfm (m/min) porque la herramienta se puede mover hacia la línea central y alejarse de ella. Las operaciones como taladrado y roscado requieren de velocidades a rpm constantes porque la herramienta se posiciona ya sea en el línea central del eje o permanece a igual distancia del eje. En un torno manual, la velocidad de husillo permanece relativamente constante. Sin embargo, los tornos de CNC son capaces de ajustar la velocidad de husillo durante la operación. Si la velocidad seprograma en sfm, la rotación del husillo se incrementa conforme la herramienta se acerca a la línea central. A esta función se le llama velocidad constante de superficie (CSS por sus siglas en inglés) y mantiene una constante de pies superficiales por minuto durante el corte. Las figuras 1 y 2 comparan valores de velocidad sin CSS y con CSS. Si se está ejecutando taladrado o roscado, el programa requiere de un valor de rpm constante sin CSS. Los códigos especiales del programa indican al torno de CNC qué valor de velocidad se está ejecutando. Las tablas de referencia proporcionadas por los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan velocidades en sfm y smm. Usted puede utilizar este valor de manera directa de las tablas de referencia para operaciones de torneado de rutina. Por medio de la fórmula para convertir de sfm o m/min a rpm, puede determinar la razón de rotación del husillo en rpm paraun diámetro de pieza de trabajo dado.

    

Figura 1. Si no se utiliza CSS, rpm permanece constante y sfm disminuye conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Si se utiliza CSS, sfm permanece constante y las rpm del husillo se incrementan conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Al igual que los valores de velocidad, la selección del avance para el torno es relativamente sencilla. La mayoría de las velocidades de avance se dan en pulgadas por revolución (ipr) o milímetros por revolución (mm/rev). Este valor representa hasta dónde recorre la herramienta con cada rotación completa del husillo. En términos generales, si la pieza de trabajo está girando, la velocidad de avance se mide en ipr (mm/min). Este es el caso de la operación de taladrado que se muestra en la figura 1. Si lo que estágirando es la herramienta, el avance se mide ya sea en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). Éste es el caso si usted está taladrando o fresando con herramientas motorizadas en el torno. Los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan un rango de velocidades de avance recomendadas en ipr y mm/rev para combinaciones específicas de herramientas y pieza de trabajo. Introducir este valor es muy sencillo y no requiere de conversiones. Para la mayoría de las aplicaciones, usted debe primero seleccionar la profundidad de corte más pesada posible. Después de seleccionar la profundidad del corte, la velocidad de avance preferente es tan fuerte como sea posible. Las velocidades de avance más elevadas tienen un efecto menor en el desgaste de la herramienta que las velocidades más elevadas. Sin embargo, en algún punto, una velocidad deavance demasiado fuerte estanca la máquina herramienta.

    

Figura 1. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa, ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Para comprender las variables de velocidad y avance en el torno, considere este ejemplo específico. Usted está torneando una pieza de trabajo de 1.500 pulg. de diámetro hecha de acero al carbono simple 1020. El primer corte es una operación de desbastado con una profundidad de corte de 0.16 pulg. Usted también sabe que la velocidad de husillo es 3311 rpm y que la velocidad de avancees 0.016 ipr. ¿Son éstas las variables adecuadas para su operación de torneado? El catálogo del fabricante es un recurso valioso para encontrar velocidades de corte y avances. Mediante la tabla que compara la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo, debe serle posible encontrar los avances listados en ipr y mm/rev. La tabla en particular de la figura 1 le indica que la velocidad de avance de 0.016 ipr es aceptable. Para su velocidad, usted conoce las rpm del husillo. Sin embargo, los catálogos de herramientas típicamente listan las velocidades en sfm y m/min. Si usted utiliza la fórmula que se muestra en la figura 2, puede convertir las rpm del husillo a sfm. Usted conoce el diámetro (1.5 pulg.) y rpm (3311) de la pieza de trabajo. Si multiplica el diámetro y las rpm y luego divide entre la constante 3.82, determina que la velocidad es aproximadamente 1300 sfm. Una rápida revisión al catálogo del fabricante le indica que esto se encuentra dentro del rango de velocidad recomendado para esta combinación de herramienta y material de pieza de trabajo.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra, los rangosadecuados para valores de velocidad y avance se proporcionan en sfm e ipr.

Figura 2. Muestra de cálculos para encontrar sfm y determinar velocidad de superficie.

La selección de velocidad y avance para la fresadora no es tan sencilla como lo es determinar las mismas variables en el torno. Para la fresadora, la velocidad siempre se mide en revoluciones por minuto (rpm). Esto es correcto para unidades tanto inglesas como métricas. Sin embargo, los fabricantes de herramienta de fresado proporcionan velocidades recomendadas en términos de piessuperficiales por minuto (sfm) y metros por minuto (m/min). La figura 1 compara dos herramientas con las mismas rpm, pero diferentes velocidades de superficie. Usted tiene que convertir estas velocidades en valores de rpm. Como puede usted ver en las figuras 2 y 3, las mismas fórmulas que se utilizan para convertir valores de velocidad para el torno aplican a las conversiones de velocidad en la fresadora. La diferencia clave es que usted trata con el diámetro de una herramienta en lugar del diámetro de unapieza de trabajo. Como usted utiliza típicamente herramientas de corte con diferentes diámetros, pueden requerirse de diferentes valores de rpm para herramientas que utilizan el mismo material deherramienta de corte. Como puede ver en la figura 4, si tiene un cortador con diámetro de 3.00 pulg. con una velocidad recomendada de 2200 sfm, la velocidad de husillo correcta es 2801.33 rpm. Ya sea que la herramienta se utilice para el torno o para la fresadora, los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tablas organizadas por combinaciones de material de herramientas y material de piezas de trabajo.

    

Figura 1. Dos fresadoras con diferentes diámetros girando a las mismas rpm tienen diferentes velocidades de superficie.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 4. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar la velocidad del husillo.

La selección del avance en la fresadora es más complejo que para el torno. La velocidad de avance programada en una fresadora de CNC es en pulgadas por minuto (ipm) o en milímetros por minuto (mm/min). Este valor determina la longitud que la herramienta recorre en un minuto. Sin embargo, los fabricantes de herramientas de corte típicamente proporcionan velocidades de avance como avance por diente (fpt), ya sea en pulgadas o milímetros. La figura 1 ilustra cómo se mide elavance por diente. A este valor también se le llama carga de viruta. El avance por diente permite a los fabricantes de herramientas recomendar velocidades de avance para un amplio rango de herramientas con diferentes diámetros o número de dientes de corte. Estevalor también determina el mejor grosor de viruta para asegurar que el calor sea alejado junto con la viruta y para mantener buen control de la viruta. Al determinar una velocidad de avance de fresadora para la máquina, usted debe convertir de avance por diente a avance por revolución (fpr), ya sea en pulgadas o milímetros. El avance por revolución se incrementa con el número de dientes en la cortadora. Entre más dientes tenga la cortadora, más rápido se incrementa la avance por revolución. Finalmente, usted debe convertir el valor fpr a ipm o a mm/min para determinar la velocidad final de avance que usted selecciona en la máquina. Las fórmulas que se muestran en las figuras 2 y 3 le ayudan a convertir rápidamente de fpt a ipm oa mm/min. Para determinar la velocidad de avance, usted debe conocer el avance por diente (fpt), elnúmero de dientes de la cortadora (T) y la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Multiplicando estas variables, puede determinar la velocidad de avance en ipm o en mm/min, dependiendo de si está trabajando con unidades inglesas o métricas.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el grosor de la viruta removida por una pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Para comprender cómo trabajan las velocidades y los avances en la fresadora, considere este problema de muestra. Piense que está refrentando una pieza cuadrada de aluminio de 4.000 pulg. Se le indica que la fresa de refrentado recomendada es una cortadora de 6.300 pulg. de diámetro con 8 dientes de corte. De acuerdo con la tabla del fabricante de muestra que se presenta en la figura 1, una buena velocidad de arranque es 1500 sfm, con una velocidad de avance de 0.010 ipt. ¿Cómo determina la velocidad y la avance correctas para programar en una fresadora de CNC? Para determinar la velocidad programada, debe convertir sfm a rpm. Usted sabe que la velocidad recomendada es 1500 sfm y el diámetro de la cortadora es 6.300 pulgadas. Colocando estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 2, usted determina que la velocidad de husillo es aproximadamente 909.52 rpm. Ahora que conoce las rpm, puede convertir el avance por diente al avance programable en pulgadas por minuto. El catálogo del fabricante recomienda 0.010 fpt como un buen punto de arranque. Usted también sabe que la herramienta de corte tiene 8 dientes y que la velocidad es 909.52 rpm. Si coloca estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 3, determina que el avance programable es 72.76 ipm. Tanto el valor de velocidad de 909.52 rpm y el valor de avance de 72.76 ipm aparecen como números programados que se utilizan en el programa de pieza real.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra se proporcionan rangos adecuados para velocidady avance en sfm e ipt.

Figura 2. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar velocidad de husillo.

Figura 3. Cálculos de muestra para encontrar ipm y determinar avance.

Los catálogos de fabricantes meramente le proporcionan un rango práctico de variables de velocidad y avance. Sin embargo, recuerde que numerosos factores afectan toda operación de maquinado específica. Es imposible saber con completa certeza la mejor variable de velocidad y avance desde el principio. Un adecuado maquinado implica un cuidadoso monitoreo de las operaciones de maquinado. Como puede usted ver en la figura 1, usted típicamente ajusta estas variables a través de la corrida de producción para maximizar la combinación de desgaste de la herramienta, tiempo de ciclo y acabado superficial. Si el desgaste de la herramienta es demasiado, asegúrese de inspeccionar su herramental. ¿Sus herramientas de corte están operando de manera concéntrica o están descentradas? ¿Sus brocas están desviándose y dejando agujeros ovalados? ¿La longitud de la herramienta es demasiada y lleva a vibración? Un examen del herramental puede detectar una fuente que lleva a una vida deficiente de la herramienta. La figura 2 resume sólo unos cuantos de los posibles problemas de maquinado y sus causas posibles. Recuerde que la velocidad tiene un gran impacto en el desgaste de la herramienta. Si la herramienta de corte se desgasta a una tasa excesiva, una consideración razonable es reducir la velocidad de corte. Algunas fuentes de referencia proporcionan rangos adecuados de velocidad que definen puntos de arranque razonables, con otros rangos de velocidad para optimizar un proceso de corte. Al igual que la velocidad, las fuentes de referencia recomiendan velocidades de avance como un rango adecuado. Para muchas operaciones, lo mejor es primero maximizar la velocidad de avance y luego ajustar la velocidad. Para operaciones de fresado, raras veces debe usted tener un avance por diente menor que 0.003 pulg. (.075 mm) o que exceda 0.012 pulg. (0.3 mm). Las velocidades de avance demasiado elevadas pueden llevar a una presión excesiva de la herramienta y a socavadoo a un corte en exceso.

    

Figura 1. Puede ser que los valores de velocidad y avance tengan que ser ajustados durante una corrida de producción para mejorar la vida de la herramienta o el acabado superficial.

Figura 2. Los operadores experimentados aprenden cómo ajustar velocidades y avances si observan problemas durante el maquinado.

La selección adecuada de velocidad y avance es necesaria para maximizar la vida de la herramienta, la productividad y el acabado superficial. Múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Sin embargo, estas variables son determinadas ante todo por la operación específica y por la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo. Mientras que las máquinas manuales, como el torno paralelo y la fresadora de columna y codo requieren de un sentido de "instinto" del operador, las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y avance específicos programados. En el torno, la velocidad se mide ya sea en revoluciones por minuto (rpm) o en pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Si rpmpermanece constante, sfm o m/min disminuyen conforme la herramienta se acerca a la línea central.Sin embargo, la velocidad constante de superficie (CSS) ajusta las rpm del husillo para mantener una velocidad constante de superficie. Si la pieza de trabajo está girando, el avance se mide ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev). Sin embargo, si la herramienta está girando, el avance se mide en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). En la fresadora, la velocidad una vez más se mide en rpm o ya sea en sfm o m/min. Sin embargo, lavelocidad determina la rotación de la herramienta de corte y no la pieza de trabajo. Los avances de la fresadora difieren del torno por que típicamente se miden en avance por diente. Este valor debe convertirse a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min) para programar el avance correcto en una fresadora de CNC.

    

Figura 1. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 2. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas inglesas para fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 4. Fórmulas métricas para fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Term Definition

Avance (feed) Tasa a la que la pieza de trabajo o la herramienta de corte cambian en posición durante la longitud del corte. El avance típicamente define un movimiento lineal o de contorno.

Avance Por Diente (feed per tooth) Grosor del material de viruta que cada filo de corte de la herramienta remueve con una pasada.

Avance Por Revolución (feed per revolution) Distancia lineal que una herramienta avanza durante una rotación de la pieza de trabajo o herramienta de corte. En la fresadora, el avance por revolución (fpr) puede utilizarse para convertir de avance por diente (fpt) ya sea a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min).

Carga De Viruta (chip load) Otro término para avance por diente que se refiere al grosor del material de viruta removido por el filo de corte de una herramienta.

Desbastado (roughing) Pasada de corte que enfatiza altos índices de remoción de material con el posible sacrificio del acabado superficial o de la exactitud.

Dureza (hardness) Capacidad de un material para resistir rayado, indentación o penetración. Los materiales de pieza de trabajo con dureza aumentada generan más calor y son más difíciles de maquinar.

Fresadora De Columna Y Codo (column-and-knee-mill) El tipo de fresadora original y más básico que se utiliza para maquinar piezas de trabajo planas o rectangulares.

Herramientas Motorizadas (live tooling) Herramientas de corte impulsadas mecánicamente, como fresas universales de espiga y taladros, contenidas en la torreta del torno. Las herramientas motorizadas pueden realizar operaciones de maquinado fuera de la línea central de la pieza mientras se sostenga la pieza de trabajo estacionaria en el husillo.

Máquina De CNC (CNC machine) Sofisticada máquina herramienta operada por una computadora que puede realizar múltiples operaciones de maquinado en la misma preparación inicial con una variedad de herramientas. Las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y velocidad de avance programados.

Metros Superficiales Por Minuto (surface meters per minute) Distancia en metros que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorre en un minuto. Metros superficiales por minuto (smm) es una medición métrica para la velocidad.

Milímetros Por Minuto (millimeters per minute) Distancia en milímetros que la herramienta o pieza de trabajo completa avanza en un minuto. Milímetros por minuto (mm/min) es una medición métrica para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Milímetros Por Revolución (millimeters per revolution) Distancia en milímetros que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Milímetros por revolución (mm/rev) es una medición métrica para la avance en el torno.

Pi (pi) Valor constante especial que relaciona el diámetro de un círculo a su circunferencia. Pi, aproximadamente 3.14, se usa para determinar la circunferencia y área de un círculo.

Pies Superficiales Por Minuto (surface feet per minute) Distancia en pies que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorren en un minuto. Pies superficiales por minuto (sfm) es una medición inglesa para la velocidad.

Potencia (horsepower) Unidad de energía que se usa para describir la fuerza de una máquina. Una máquina con potencias aumentadas tiene un husillo que puede ejercer una mayor cantidad de fuerza.

Profundidad De Corte (depth of cut) Espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte.

Programa De Pieza (part program) Serie de instrucciones numéricas usadas por una máquina de CNC para realizar la secuencia de operaciones necesaria para maquinar una pieza de trabajo específica. 

Pulgadas Por Minuto (inches per minute) Distancia en pulgadas que la herramienta o pieza de trabajo completa avanzan en un minuto. Pulgadas por minuto (ipm) es una medida inglesa para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Pulgadas Por Revolución (inches per revolution) Distancia en pulgadas que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Pulgadas por revolución (ipr) es una medida inglesa para el avance del torno.

Revoluciones Por Minuto (revolutions per minute) Número de revoluciones que un husillo o herramienta de corte completan en un minuto. Las revoluciones por minuto (rpm) es una medición de velocidad en los sistemas inglés y métrico.

Torno Paralelo (engine lathe) El tipo original y más básico de torno manual que se utiliza para producir piezas de trabajo cilíndricas.

Velocidad (speed) Tasa a la cual la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de corte pasan una a otra en el punto de contacto. La velocidad típicamente define un movimiento giratorio.

Velocidad Constante De Superficie (constant surface speed) Modo de un torno de CNC que ajusta las rpm del husillo conforme la herramienta se recorre hacia el eje del husillo y cuando se aleja de éste.

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Class Outline Objetivos Importancia de la velocidad y el avance Factores que determinan la velocidad y el avance Fuentes de referencia para velocidad y avance Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC Selección de la velocidad para el torno Velocidad constante de superficie Selección del avance para el torno Ejemplo con el torno Selección de la velocidad para la fresadora Selección del avance para la fresadora Ejemplo con la fresadora Optimización de velocidades y avances Resumen

 

Lesson: 1/14 Objetivos

 

Lesson: 2/14 Importancia de la velocidad y el avance

 

Lesson: 3/14 Factores que determinan la velocidad y el avance

 

Lesson: 4/14 Fuentes de referencia para velocidad y avance

 

Lesson: 5/14 Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC

 

Lesson: 6/14 Selección de la velocidad para el torno

 

Lesson: 7/14 Velocidad constante de superficie

 

Lesson: 8/14 Selección del avance para el torno

 

Lesson: 9/14 Ejemplo con el torno

 

Lesson: 10/14 Selección de la velocidad para la fresadora

 

Lesson: 11/14 Selección del avance para la fresadora

 

Lesson: 12/14 Ejemplo con la fresadora

 

Lesson: 13/14 Optimización de velocidades y avances

 

Lesson: 14/14 Resumen

 

Class Vocabulary

Selección de velocidad y avance 300

l Describa las relaciones entre velocidad de corte, dureza de pieza de trabajo y calor.

l Liste las variables que afectan la selección de velocidad y avance. l Describa las fuentes de información adecuadas para seleccionar velocidades y avances. l Distinga entre la selección de velocidad y avance para máquinas manuales y máquinas de CNC. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar la velocidad en el torno.

l Describa la relación entre velocidad constante de superficie y rpm. l Distinga las diversas unidades que se utilizan para determinar el avance en el torno.

l Determine el valor correcto de velocidad en el torno usando la fórmula apropiada. l Determine el valor correcto de velocidad en la fresadora usando la fórmula apropiada. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar el avance en la fresadora.

l Determine el valor correcto de avance en la fresadora usando la fórmula adecuada. l Identifique factores comunes que necesitan ajustes a los valores de velocidad y avance.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el espesor de la viruta removida poruna pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Toda operación de maquinado requiere de la selección de velocidad y avance adecuados para asegurar la mejor productividad, vida útil de la herramienta y calidad de la pieza. Las operaciones decorte generan una cantidad significativa de calor. En cada material de herramienta de corte, el exceso de calor lleva a un desgaste excesivo de herramienta, lo cual se muestra en la figura 1. Conforme se incrementa la velocidad de corte, el calor también se incrementa. Cada tipo de materialde herramienta de corte tiene su rango de calor propio y adecuado que puede soportar y aún desempeñarse efectivamente. Además de las diferencias en el material de herramienta, cada materialde pieza de trabajo ofrece su propia dureza. La figura 2 compara los valores de dureza para materiales de pieza de trabajo comunes. Un incremento en la dureza de la pieza de trabajo lleva a un incremento de calor para la herramienta de corte. Al seleccionar velocidad y avance para una operación de corte específica, usted debe considerar tanto la pieza de trabajo como el material de laherramienta. Esta clase le enseñará cómo seleccionar la velocidad y avance apropiados para las operaciones básicas de torneado y refrentado. También aprenderá cómo convertir las unidades de fuentes de referencia que seleccione a variables de velocidad y avance que pueda utilizar en la máquina.     

Figura 1. Las velocidades y los avances adecuados ayudan a controlar el desgaste de la herramienta, el cual se muestra en esta vista amplificada del filo de corte.

Figura 2. Los diversos materiales de pieza de trabajo ofrecen diferentes valores de dureza que afectan las velocidades y avances.

Como puede ver en la figura 1, múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Algunas variables son menos obvias que otras. Por ejemplo, toda operación de maquinado es afectada por:

l El tipo de material de la pieza de trabajo. Los materiales más duros son más difíciles de maquinar y típicamente requieren de velocidades y avances más conservadores.

l El tipo de material de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros pueden soportar incremento en desgaste más elevado y temperaturas elevadas.

l El acabado superficial requerido. Los acabados superficiales mejorados requieren de

velocidades más rápidas y avances menos agresivos. l El tipo de geometría de herramienta. Diferentes ángulos de inclinación y ángulos de posición 

proporcionan un intercambio entre resistencia del filo para avances aumentados y fuerzas de corte reducidas.

l El tipo de máquina herramienta. La máquina manual y la máquina de CNC proporcionan

potencia, rigidez y velocidades de husillo significativamente diferentes.

l El tipo de preparación para sujeción del trabajo. La rigidez y fuerza de sujeción mejoradas de un dispositivo de sujeción de trabajo permite velocidades de corte y avances más rápidos.

Dependiendo de la situación, puede ser que no le sea posible cambiar algunas de estas variables. Puede ser que usted solamente tenga una máquina herramienta disponible que proporcione menos rigidez o potencia. Puede que no haya tiempo o recursos para desarrollar una sujeción de trabajo hecha a la medida para una corrida pequeña de producción. Ya sea que pueda o no controlar estas variables, usted debe tomar en consideración su impacto en el maquinado al determinar sus velocidades y avances.

    

Figura 1. Múltiples factores determinan la selección de velocidad y avance adecuados.

Aunque cada operación de maquinado se ve afectada por una amplia gama de variables, lo primordial de la selección de velocidad y avance se encuentra el tipo específico de operación de maquinado y la combinación de pieza de trabajo y material de herramienta. De hecho, las fuentes de referencia proporcionan tablas organizadas con esta información. Por ejemplo, la figura 1 muestra una tabla listando velocidades y avances para tornear una pieza de trabajo de acero de bajo carbono con un grado específico de insertos de carburo. Para operaciones de rutina, las tablas de maquinado y los materiales de referencia le proporcionan un punto de partida razonable para seleccionar velocidades y avances. La mayoría de los talleres deben contar con un manual general que contenga esta información. Sin embargo, la fuente de referencia preferente es el catálogo del fabricante específico de herramientas de corte. Como puede ver en la figura 2, numerosos fabricantes ofrecen catálogos sobre sus herramientas específicas. En términos generales, usted ha de encontrar que los materiales de pieza de trabajo más duros y difíciles exigen velocidades iniciales de husillo más lentas. Los materiales de referencia simplemente le proporcionan un rango o punto de partida aceptable para las velocidades y los avances. Estas variables deben entonces ajustarse y optimizarse conforme usted continúa con la corrida de producción.

    

Figura 1. Tabla artificial para un material de pieza de trabajo específico que organiza velocidades y avances de acuerdo con el material de herramienta y tipo de corte.

Figura 2. El catálogo del fabricante de herramientas específico es la mejor referencia a utilizar para la selección de velocidad y avance.

Los enfoques tradicionales de maquinado se basan en máquinas manuales tales como el torno paralelo básico y la fresadora de columna y codo, las cuales se muestran en las figuras 1 y 2. Muchas compañías todavía usan estas máquinas en sus cuartos de herramientas para corridas cortas de producción y para trabajos sobre medida. Para máquinas manuales, la velocidad o el avance correcto implica más "arte" que "ciencia". Los operadores de máquinas se basan en su experiencia e instinto en la operación para juzgar correctamente la velocidad de husillo y el avance de herramienta. Las compañías modernas dependen cada vez más de máquinas de CNC. La figura 3 muestra un torno CNC. Las máquinas de CNC ofrecen mayor potencia, velocidades de husillo más rápidas y mayor rigidez. A diferencia de las máquinas manuales, las máquinas de CNC proporcionan un espacio cerrado que contiene las virutas y fluido de corte. En consecuencia, las velocidades y los avances de una máquina de CNC son mucho mayores que las que usted puede ver en una máquina manual. Debido a que un programa de pieza ejecuta todas las operaciones de maquinado de una máquina de CNC, usted debe programar o seleccionar un valor específico de avance y velocidad. Usted no puede actuar por "instinto" o depender de sus sentidos por que de esta manera queda fuera del proceso. Debido a que los avances de herramientas son automatizados, una variable de velocidad oavance incorrecta puede dañar la pieza de trabajo o la máquina herramienta o inclusive lesionar al operador. Las máquinas de CNC requieren de una sólida comprensión de la selección adecuada de velocidad y avance.

    

Figura 1. Esta fresadora de columna y codo manual tiene un espacio de trabajo abierto.

Figura 2. Un operador puede usar un "sentido de instinto" para operar un torno paralelo manual.

Figura 3. La mayoría de las máquinas de CNC tiene un espacio cerrado y ofrece mayor potencia que las máquinas manuales.

En un torno, la velocidad determina lo rápido que la pieza de trabajo gira en el husillo. Existen dos maneras de medir la velocidad: revoluciones por minuto (rpm) o pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Aunque ambas variables describen la razón de la rotación del husillo, cada tipo de variable de velocidad se basa en diferentes factores. Revoluciones por minuto es una medición directa de cuántas veces gira el husillo en un minuto. No está afectado por el diámetro de la pieza de trabajo opor la ubicación de la herramienta. Pies superficiales por minuto miden lo rápido que la pieza de trabajo pasa bajo la herramienta en el filo de corte. Como puede ver en la figura 1, esta velocidad depende del tamaño de la pieza de trabajo y de la ubicación de la herramienta. Si rpm permanece igual, los pies superficiales por minuto disminuyen conforme el tamaño de la pieza de trabajo tamaño disminuye. Una pieza de trabajo de diámetro menor "viaja" menos pies superficiales que una pieza de trabajo de diámetro mayor. Una fórmula sencilla le ayuda a convertir rpm a sfm. Debe conocer dos valores: rpm y diámetro de la pieza de trabajo en pulgadas. Como puede usted ver en la figura 2, para encontrar sfm, usted multiplica el diámetro por el valor rpm y luego divide la constante 3.82. La constante 3.82 representa 12 pulgadas divididas entre pi y ayuda a convertir de pulgadas a pies. Para unidades métricas, se utiliza una fórmula similar para convertir rpm a m/min. La figura 3 muestra los equivalentes métricos para conversiones de velocidad en el torno. En unidades métricas, la constante es 318.3, lo cual representa 1000 mm divididos entre pi.

    

Figura 1. Si rpm permanece igual, sfm (o m/min) disminuye conforme el diámetro disminuye y la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

El tipo de operación de corte que se realiza en el torno determina el tipo de variable de velocidad que debe conocer. Las operaciones como torneado, refrentado y mandrinado se programan en sfm (m/min) porque la herramienta se puede mover hacia la línea central y alejarse de ella. Las operaciones como taladrado y roscado requieren de velocidades a rpm constantes porque la herramienta se posiciona ya sea en el línea central del eje o permanece a igual distancia del eje. En un torno manual, la velocidad de husillo permanece relativamente constante. Sin embargo, los tornos de CNC son capaces de ajustar la velocidad de husillo durante la operación. Si la velocidad seprograma en sfm, la rotación del husillo se incrementa conforme la herramienta se acerca a la línea central. A esta función se le llama velocidad constante de superficie (CSS por sus siglas en inglés) y mantiene una constante de pies superficiales por minuto durante el corte. Las figuras 1 y 2 comparan valores de velocidad sin CSS y con CSS. Si se está ejecutando taladrado o roscado, el programa requiere de un valor de rpm constante sin CSS. Los códigos especiales del programa indican al torno de CNC qué valor de velocidad se está ejecutando. Las tablas de referencia proporcionadas por los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan velocidades en sfm y smm. Usted puede utilizar este valor de manera directa de las tablas de referencia para operaciones de torneado de rutina. Por medio de la fórmula para convertir de sfm o m/min a rpm, puede determinar la razón de rotación del husillo en rpm paraun diámetro de pieza de trabajo dado.

    

Figura 1. Si no se utiliza CSS, rpm permanece constante y sfm disminuye conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Si se utiliza CSS, sfm permanece constante y las rpm del husillo se incrementan conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Al igual que los valores de velocidad, la selección del avance para el torno es relativamente sencilla. La mayoría de las velocidades de avance se dan en pulgadas por revolución (ipr) o milímetros por revolución (mm/rev). Este valor representa hasta dónde recorre la herramienta con cada rotación completa del husillo. En términos generales, si la pieza de trabajo está girando, la velocidad de avance se mide en ipr (mm/min). Este es el caso de la operación de taladrado que se muestra en la figura 1. Si lo que estágirando es la herramienta, el avance se mide ya sea en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). Éste es el caso si usted está taladrando o fresando con herramientas motorizadas en el torno. Los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan un rango de velocidades de avance recomendadas en ipr y mm/rev para combinaciones específicas de herramientas y pieza de trabajo. Introducir este valor es muy sencillo y no requiere de conversiones. Para la mayoría de las aplicaciones, usted debe primero seleccionar la profundidad de corte más pesada posible. Después de seleccionar la profundidad del corte, la velocidad de avance preferente es tan fuerte como sea posible. Las velocidades de avance más elevadas tienen un efecto menor en el desgaste de la herramienta que las velocidades más elevadas. Sin embargo, en algún punto, una velocidad deavance demasiado fuerte estanca la máquina herramienta.

    

Figura 1. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa, ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Para comprender las variables de velocidad y avance en el torno, considere este ejemplo específico. Usted está torneando una pieza de trabajo de 1.500 pulg. de diámetro hecha de acero al carbono simple 1020. El primer corte es una operación de desbastado con una profundidad de corte de 0.16 pulg. Usted también sabe que la velocidad de husillo es 3311 rpm y que la velocidad de avancees 0.016 ipr. ¿Son éstas las variables adecuadas para su operación de torneado? El catálogo del fabricante es un recurso valioso para encontrar velocidades de corte y avances. Mediante la tabla que compara la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo, debe serle posible encontrar los avances listados en ipr y mm/rev. La tabla en particular de la figura 1 le indica que la velocidad de avance de 0.016 ipr es aceptable. Para su velocidad, usted conoce las rpm del husillo. Sin embargo, los catálogos de herramientas típicamente listan las velocidades en sfm y m/min. Si usted utiliza la fórmula que se muestra en la figura 2, puede convertir las rpm del husillo a sfm. Usted conoce el diámetro (1.5 pulg.) y rpm (3311) de la pieza de trabajo. Si multiplica el diámetro y las rpm y luego divide entre la constante 3.82, determina que la velocidad es aproximadamente 1300 sfm. Una rápida revisión al catálogo del fabricante le indica que esto se encuentra dentro del rango de velocidad recomendado para esta combinación de herramienta y material de pieza de trabajo.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra, los rangosadecuados para valores de velocidad y avance se proporcionan en sfm e ipr.

Figura 2. Muestra de cálculos para encontrar sfm y determinar velocidad de superficie.

La selección de velocidad y avance para la fresadora no es tan sencilla como lo es determinar las mismas variables en el torno. Para la fresadora, la velocidad siempre se mide en revoluciones por minuto (rpm). Esto es correcto para unidades tanto inglesas como métricas. Sin embargo, los fabricantes de herramienta de fresado proporcionan velocidades recomendadas en términos de piessuperficiales por minuto (sfm) y metros por minuto (m/min). La figura 1 compara dos herramientas con las mismas rpm, pero diferentes velocidades de superficie. Usted tiene que convertir estas velocidades en valores de rpm. Como puede usted ver en las figuras 2 y 3, las mismas fórmulas que se utilizan para convertir valores de velocidad para el torno aplican a las conversiones de velocidad en la fresadora. La diferencia clave es que usted trata con el diámetro de una herramienta en lugar del diámetro de unapieza de trabajo. Como usted utiliza típicamente herramientas de corte con diferentes diámetros, pueden requerirse de diferentes valores de rpm para herramientas que utilizan el mismo material deherramienta de corte. Como puede ver en la figura 4, si tiene un cortador con diámetro de 3.00 pulg. con una velocidad recomendada de 2200 sfm, la velocidad de husillo correcta es 2801.33 rpm. Ya sea que la herramienta se utilice para el torno o para la fresadora, los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tablas organizadas por combinaciones de material de herramientas y material de piezas de trabajo.

    

Figura 1. Dos fresadoras con diferentes diámetros girando a las mismas rpm tienen diferentes velocidades de superficie.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 4. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar la velocidad del husillo.

La selección del avance en la fresadora es más complejo que para el torno. La velocidad de avance programada en una fresadora de CNC es en pulgadas por minuto (ipm) o en milímetros por minuto (mm/min). Este valor determina la longitud que la herramienta recorre en un minuto. Sin embargo, los fabricantes de herramientas de corte típicamente proporcionan velocidades de avance como avance por diente (fpt), ya sea en pulgadas o milímetros. La figura 1 ilustra cómo se mide elavance por diente. A este valor también se le llama carga de viruta. El avance por diente permite a los fabricantes de herramientas recomendar velocidades de avance para un amplio rango de herramientas con diferentes diámetros o número de dientes de corte. Estevalor también determina el mejor grosor de viruta para asegurar que el calor sea alejado junto con la viruta y para mantener buen control de la viruta. Al determinar una velocidad de avance de fresadora para la máquina, usted debe convertir de avance por diente a avance por revolución (fpr), ya sea en pulgadas o milímetros. El avance por revolución se incrementa con el número de dientes en la cortadora. Entre más dientes tenga la cortadora, más rápido se incrementa la avance por revolución. Finalmente, usted debe convertir el valor fpr a ipm o a mm/min para determinar la velocidad final de avance que usted selecciona en la máquina. Las fórmulas que se muestran en las figuras 2 y 3 le ayudan a convertir rápidamente de fpt a ipm oa mm/min. Para determinar la velocidad de avance, usted debe conocer el avance por diente (fpt), elnúmero de dientes de la cortadora (T) y la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Multiplicando estas variables, puede determinar la velocidad de avance en ipm o en mm/min, dependiendo de si está trabajando con unidades inglesas o métricas.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el grosor de la viruta removida por una pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Para comprender cómo trabajan las velocidades y los avances en la fresadora, considere este problema de muestra. Piense que está refrentando una pieza cuadrada de aluminio de 4.000 pulg. Se le indica que la fresa de refrentado recomendada es una cortadora de 6.300 pulg. de diámetro con 8 dientes de corte. De acuerdo con la tabla del fabricante de muestra que se presenta en la figura 1, una buena velocidad de arranque es 1500 sfm, con una velocidad de avance de 0.010 ipt. ¿Cómo determina la velocidad y la avance correctas para programar en una fresadora de CNC? Para determinar la velocidad programada, debe convertir sfm a rpm. Usted sabe que la velocidad recomendada es 1500 sfm y el diámetro de la cortadora es 6.300 pulgadas. Colocando estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 2, usted determina que la velocidad de husillo es aproximadamente 909.52 rpm. Ahora que conoce las rpm, puede convertir el avance por diente al avance programable en pulgadas por minuto. El catálogo del fabricante recomienda 0.010 fpt como un buen punto de arranque. Usted también sabe que la herramienta de corte tiene 8 dientes y que la velocidad es 909.52 rpm. Si coloca estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 3, determina que el avance programable es 72.76 ipm. Tanto el valor de velocidad de 909.52 rpm y el valor de avance de 72.76 ipm aparecen como números programados que se utilizan en el programa de pieza real.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra se proporcionan rangos adecuados para velocidady avance en sfm e ipt.

Figura 2. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar velocidad de husillo.

Figura 3. Cálculos de muestra para encontrar ipm y determinar avance.

Los catálogos de fabricantes meramente le proporcionan un rango práctico de variables de velocidad y avance. Sin embargo, recuerde que numerosos factores afectan toda operación de maquinado específica. Es imposible saber con completa certeza la mejor variable de velocidad y avance desde el principio. Un adecuado maquinado implica un cuidadoso monitoreo de las operaciones de maquinado. Como puede usted ver en la figura 1, usted típicamente ajusta estas variables a través de la corrida de producción para maximizar la combinación de desgaste de la herramienta, tiempo de ciclo y acabado superficial. Si el desgaste de la herramienta es demasiado, asegúrese de inspeccionar su herramental. ¿Sus herramientas de corte están operando de manera concéntrica o están descentradas? ¿Sus brocas están desviándose y dejando agujeros ovalados? ¿La longitud de la herramienta es demasiada y lleva a vibración? Un examen del herramental puede detectar una fuente que lleva a una vida deficiente de la herramienta. La figura 2 resume sólo unos cuantos de los posibles problemas de maquinado y sus causas posibles. Recuerde que la velocidad tiene un gran impacto en el desgaste de la herramienta. Si la herramienta de corte se desgasta a una tasa excesiva, una consideración razonable es reducir la velocidad de corte. Algunas fuentes de referencia proporcionan rangos adecuados de velocidad que definen puntos de arranque razonables, con otros rangos de velocidad para optimizar un proceso de corte. Al igual que la velocidad, las fuentes de referencia recomiendan velocidades de avance como un rango adecuado. Para muchas operaciones, lo mejor es primero maximizar la velocidad de avance y luego ajustar la velocidad. Para operaciones de fresado, raras veces debe usted tener un avance por diente menor que 0.003 pulg. (.075 mm) o que exceda 0.012 pulg. (0.3 mm). Las velocidades de avance demasiado elevadas pueden llevar a una presión excesiva de la herramienta y a socavadoo a un corte en exceso.

    

Figura 1. Puede ser que los valores de velocidad y avance tengan que ser ajustados durante una corrida de producción para mejorar la vida de la herramienta o el acabado superficial.

Figura 2. Los operadores experimentados aprenden cómo ajustar velocidades y avances si observan problemas durante el maquinado.

La selección adecuada de velocidad y avance es necesaria para maximizar la vida de la herramienta, la productividad y el acabado superficial. Múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Sin embargo, estas variables son determinadas ante todo por la operación específica y por la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo. Mientras que las máquinas manuales, como el torno paralelo y la fresadora de columna y codo requieren de un sentido de "instinto" del operador, las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y avance específicos programados. En el torno, la velocidad se mide ya sea en revoluciones por minuto (rpm) o en pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Si rpmpermanece constante, sfm o m/min disminuyen conforme la herramienta se acerca a la línea central.Sin embargo, la velocidad constante de superficie (CSS) ajusta las rpm del husillo para mantener una velocidad constante de superficie. Si la pieza de trabajo está girando, el avance se mide ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev). Sin embargo, si la herramienta está girando, el avance se mide en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). En la fresadora, la velocidad una vez más se mide en rpm o ya sea en sfm o m/min. Sin embargo, lavelocidad determina la rotación de la herramienta de corte y no la pieza de trabajo. Los avances de la fresadora difieren del torno por que típicamente se miden en avance por diente. Este valor debe convertirse a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min) para programar el avance correcto en una fresadora de CNC.

    

Figura 1. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 2. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas inglesas para fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 4. Fórmulas métricas para fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Term Definition

Avance (feed) Tasa a la que la pieza de trabajo o la herramienta de corte cambian en posición durante la longitud del corte. El avance típicamente define un movimiento lineal o de contorno.

Avance Por Diente (feed per tooth) Grosor del material de viruta que cada filo de corte de la herramienta remueve con una pasada.

Avance Por Revolución (feed per revolution) Distancia lineal que una herramienta avanza durante una rotación de la pieza de trabajo o herramienta de corte. En la fresadora, el avance por revolución (fpr) puede utilizarse para convertir de avance por diente (fpt) ya sea a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min).

Carga De Viruta (chip load) Otro término para avance por diente que se refiere al grosor del material de viruta removido por el filo de corte de una herramienta.

Desbastado (roughing) Pasada de corte que enfatiza altos índices de remoción de material con el posible sacrificio del acabado superficial o de la exactitud.

Dureza (hardness) Capacidad de un material para resistir rayado, indentación o penetración. Los materiales de pieza de trabajo con dureza aumentada generan más calor y son más difíciles de maquinar.

Fresadora De Columna Y Codo (column-and-knee-mill) El tipo de fresadora original y más básico que se utiliza para maquinar piezas de trabajo planas o rectangulares.

Herramientas Motorizadas (live tooling) Herramientas de corte impulsadas mecánicamente, como fresas universales de espiga y taladros, contenidas en la torreta del torno. Las herramientas motorizadas pueden realizar operaciones de maquinado fuera de la línea central de la pieza mientras se sostenga la pieza de trabajo estacionaria en el husillo.

Máquina De CNC (CNC machine) Sofisticada máquina herramienta operada por una computadora que puede realizar múltiples operaciones de maquinado en la misma preparación inicial con una variedad de herramientas. Las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y velocidad de avance programados.

Metros Superficiales Por Minuto (surface meters per minute) Distancia en metros que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorre en un minuto. Metros superficiales por minuto (smm) es una medición métrica para la velocidad.

Milímetros Por Minuto (millimeters per minute) Distancia en milímetros que la herramienta o pieza de trabajo completa avanza en un minuto. Milímetros por minuto (mm/min) es una medición métrica para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Milímetros Por Revolución (millimeters per revolution) Distancia en milímetros que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Milímetros por revolución (mm/rev) es una medición métrica para la avance en el torno.

Pi (pi) Valor constante especial que relaciona el diámetro de un círculo a su circunferencia. Pi, aproximadamente 3.14, se usa para determinar la circunferencia y área de un círculo.

Pies Superficiales Por Minuto (surface feet per minute) Distancia en pies que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorren en un minuto. Pies superficiales por minuto (sfm) es una medición inglesa para la velocidad.

Potencia (horsepower) Unidad de energía que se usa para describir la fuerza de una máquina. Una máquina con potencias aumentadas tiene un husillo que puede ejercer una mayor cantidad de fuerza.

Profundidad De Corte (depth of cut) Espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte.

Programa De Pieza (part program) Serie de instrucciones numéricas usadas por una máquina de CNC para realizar la secuencia de operaciones necesaria para maquinar una pieza de trabajo específica. 

Pulgadas Por Minuto (inches per minute) Distancia en pulgadas que la herramienta o pieza de trabajo completa avanzan en un minuto. Pulgadas por minuto (ipm) es una medida inglesa para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Pulgadas Por Revolución (inches per revolution) Distancia en pulgadas que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Pulgadas por revolución (ipr) es una medida inglesa para el avance del torno.

Revoluciones Por Minuto (revolutions per minute) Número de revoluciones que un husillo o herramienta de corte completan en un minuto. Las revoluciones por minuto (rpm) es una medición de velocidad en los sistemas inglés y métrico.

Torno Paralelo (engine lathe) El tipo original y más básico de torno manual que se utiliza para producir piezas de trabajo cilíndricas.

Velocidad (speed) Tasa a la cual la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de corte pasan una a otra en el punto de contacto. La velocidad típicamente define un movimiento giratorio.

Velocidad Constante De Superficie (constant surface speed) Modo de un torno de CNC que ajusta las rpm del husillo conforme la herramienta se recorre hacia el eje del husillo y cuando se aleja de éste.

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Class Outline Objetivos Importancia de la velocidad y el avance Factores que determinan la velocidad y el avance Fuentes de referencia para velocidad y avance Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC Selección de la velocidad para el torno Velocidad constante de superficie Selección del avance para el torno Ejemplo con el torno Selección de la velocidad para la fresadora Selección del avance para la fresadora Ejemplo con la fresadora Optimización de velocidades y avances Resumen

 

Lesson: 1/14 Objetivos

 

Lesson: 2/14 Importancia de la velocidad y el avance

 

Lesson: 3/14 Factores que determinan la velocidad y el avance

 

Lesson: 4/14 Fuentes de referencia para velocidad y avance

 

Lesson: 5/14 Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC

 

Lesson: 6/14 Selección de la velocidad para el torno

 

Lesson: 7/14 Velocidad constante de superficie

 

Lesson: 8/14 Selección del avance para el torno

 

Lesson: 9/14 Ejemplo con el torno

 

Lesson: 10/14 Selección de la velocidad para la fresadora

 

Lesson: 11/14 Selección del avance para la fresadora

 

Lesson: 12/14 Ejemplo con la fresadora

 

Lesson: 13/14 Optimización de velocidades y avances

 

Lesson: 14/14 Resumen

 

Class Vocabulary

Selección de velocidad y avance 300

l Describa las relaciones entre velocidad de corte, dureza de pieza de trabajo y calor.

l Liste las variables que afectan la selección de velocidad y avance. l Describa las fuentes de información adecuadas para seleccionar velocidades y avances. l Distinga entre la selección de velocidad y avance para máquinas manuales y máquinas de CNC. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar la velocidad en el torno.

l Describa la relación entre velocidad constante de superficie y rpm. l Distinga las diversas unidades que se utilizan para determinar el avance en el torno.

l Determine el valor correcto de velocidad en el torno usando la fórmula apropiada. l Determine el valor correcto de velocidad en la fresadora usando la fórmula apropiada. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar el avance en la fresadora.

l Determine el valor correcto de avance en la fresadora usando la fórmula adecuada. l Identifique factores comunes que necesitan ajustes a los valores de velocidad y avance.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el espesor de la viruta removida poruna pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Toda operación de maquinado requiere de la selección de velocidad y avance adecuados para asegurar la mejor productividad, vida útil de la herramienta y calidad de la pieza. Las operaciones decorte generan una cantidad significativa de calor. En cada material de herramienta de corte, el exceso de calor lleva a un desgaste excesivo de herramienta, lo cual se muestra en la figura 1. Conforme se incrementa la velocidad de corte, el calor también se incrementa. Cada tipo de materialde herramienta de corte tiene su rango de calor propio y adecuado que puede soportar y aún desempeñarse efectivamente. Además de las diferencias en el material de herramienta, cada materialde pieza de trabajo ofrece su propia dureza. La figura 2 compara los valores de dureza para materiales de pieza de trabajo comunes. Un incremento en la dureza de la pieza de trabajo lleva a un incremento de calor para la herramienta de corte. Al seleccionar velocidad y avance para una operación de corte específica, usted debe considerar tanto la pieza de trabajo como el material de laherramienta. Esta clase le enseñará cómo seleccionar la velocidad y avance apropiados para las operaciones básicas de torneado y refrentado. También aprenderá cómo convertir las unidades de fuentes de referencia que seleccione a variables de velocidad y avance que pueda utilizar en la máquina.     

Figura 1. Las velocidades y los avances adecuados ayudan a controlar el desgaste de la herramienta, el cual se muestra en esta vista amplificada del filo de corte.

Figura 2. Los diversos materiales de pieza de trabajo ofrecen diferentes valores de dureza que afectan las velocidades y avances.

Como puede ver en la figura 1, múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Algunas variables son menos obvias que otras. Por ejemplo, toda operación de maquinado es afectada por:

l El tipo de material de la pieza de trabajo. Los materiales más duros son más difíciles de maquinar y típicamente requieren de velocidades y avances más conservadores.

l El tipo de material de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros pueden soportar incremento en desgaste más elevado y temperaturas elevadas.

l El acabado superficial requerido. Los acabados superficiales mejorados requieren de

velocidades más rápidas y avances menos agresivos. l El tipo de geometría de herramienta. Diferentes ángulos de inclinación y ángulos de posición 

proporcionan un intercambio entre resistencia del filo para avances aumentados y fuerzas de corte reducidas.

l El tipo de máquina herramienta. La máquina manual y la máquina de CNC proporcionan

potencia, rigidez y velocidades de husillo significativamente diferentes.

l El tipo de preparación para sujeción del trabajo. La rigidez y fuerza de sujeción mejoradas de un dispositivo de sujeción de trabajo permite velocidades de corte y avances más rápidos.

Dependiendo de la situación, puede ser que no le sea posible cambiar algunas de estas variables. Puede ser que usted solamente tenga una máquina herramienta disponible que proporcione menos rigidez o potencia. Puede que no haya tiempo o recursos para desarrollar una sujeción de trabajo hecha a la medida para una corrida pequeña de producción. Ya sea que pueda o no controlar estas variables, usted debe tomar en consideración su impacto en el maquinado al determinar sus velocidades y avances.

    

Figura 1. Múltiples factores determinan la selección de velocidad y avance adecuados.

Aunque cada operación de maquinado se ve afectada por una amplia gama de variables, lo primordial de la selección de velocidad y avance se encuentra el tipo específico de operación de maquinado y la combinación de pieza de trabajo y material de herramienta. De hecho, las fuentes de referencia proporcionan tablas organizadas con esta información. Por ejemplo, la figura 1 muestra una tabla listando velocidades y avances para tornear una pieza de trabajo de acero de bajo carbono con un grado específico de insertos de carburo. Para operaciones de rutina, las tablas de maquinado y los materiales de referencia le proporcionan un punto de partida razonable para seleccionar velocidades y avances. La mayoría de los talleres deben contar con un manual general que contenga esta información. Sin embargo, la fuente de referencia preferente es el catálogo del fabricante específico de herramientas de corte. Como puede ver en la figura 2, numerosos fabricantes ofrecen catálogos sobre sus herramientas específicas. En términos generales, usted ha de encontrar que los materiales de pieza de trabajo más duros y difíciles exigen velocidades iniciales de husillo más lentas. Los materiales de referencia simplemente le proporcionan un rango o punto de partida aceptable para las velocidades y los avances. Estas variables deben entonces ajustarse y optimizarse conforme usted continúa con la corrida de producción.

    

Figura 1. Tabla artificial para un material de pieza de trabajo específico que organiza velocidades y avances de acuerdo con el material de herramienta y tipo de corte.

Figura 2. El catálogo del fabricante de herramientas específico es la mejor referencia a utilizar para la selección de velocidad y avance.

Los enfoques tradicionales de maquinado se basan en máquinas manuales tales como el torno paralelo básico y la fresadora de columna y codo, las cuales se muestran en las figuras 1 y 2. Muchas compañías todavía usan estas máquinas en sus cuartos de herramientas para corridas cortas de producción y para trabajos sobre medida. Para máquinas manuales, la velocidad o el avance correcto implica más "arte" que "ciencia". Los operadores de máquinas se basan en su experiencia e instinto en la operación para juzgar correctamente la velocidad de husillo y el avance de herramienta. Las compañías modernas dependen cada vez más de máquinas de CNC. La figura 3 muestra un torno CNC. Las máquinas de CNC ofrecen mayor potencia, velocidades de husillo más rápidas y mayor rigidez. A diferencia de las máquinas manuales, las máquinas de CNC proporcionan un espacio cerrado que contiene las virutas y fluido de corte. En consecuencia, las velocidades y los avances de una máquina de CNC son mucho mayores que las que usted puede ver en una máquina manual. Debido a que un programa de pieza ejecuta todas las operaciones de maquinado de una máquina de CNC, usted debe programar o seleccionar un valor específico de avance y velocidad. Usted no puede actuar por "instinto" o depender de sus sentidos por que de esta manera queda fuera del proceso. Debido a que los avances de herramientas son automatizados, una variable de velocidad oavance incorrecta puede dañar la pieza de trabajo o la máquina herramienta o inclusive lesionar al operador. Las máquinas de CNC requieren de una sólida comprensión de la selección adecuada de velocidad y avance.

    

Figura 1. Esta fresadora de columna y codo manual tiene un espacio de trabajo abierto.

Figura 2. Un operador puede usar un "sentido de instinto" para operar un torno paralelo manual.

Figura 3. La mayoría de las máquinas de CNC tiene un espacio cerrado y ofrece mayor potencia que las máquinas manuales.

En un torno, la velocidad determina lo rápido que la pieza de trabajo gira en el husillo. Existen dos maneras de medir la velocidad: revoluciones por minuto (rpm) o pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Aunque ambas variables describen la razón de la rotación del husillo, cada tipo de variable de velocidad se basa en diferentes factores. Revoluciones por minuto es una medición directa de cuántas veces gira el husillo en un minuto. No está afectado por el diámetro de la pieza de trabajo opor la ubicación de la herramienta. Pies superficiales por minuto miden lo rápido que la pieza de trabajo pasa bajo la herramienta en el filo de corte. Como puede ver en la figura 1, esta velocidad depende del tamaño de la pieza de trabajo y de la ubicación de la herramienta. Si rpm permanece igual, los pies superficiales por minuto disminuyen conforme el tamaño de la pieza de trabajo tamaño disminuye. Una pieza de trabajo de diámetro menor "viaja" menos pies superficiales que una pieza de trabajo de diámetro mayor. Una fórmula sencilla le ayuda a convertir rpm a sfm. Debe conocer dos valores: rpm y diámetro de la pieza de trabajo en pulgadas. Como puede usted ver en la figura 2, para encontrar sfm, usted multiplica el diámetro por el valor rpm y luego divide la constante 3.82. La constante 3.82 representa 12 pulgadas divididas entre pi y ayuda a convertir de pulgadas a pies. Para unidades métricas, se utiliza una fórmula similar para convertir rpm a m/min. La figura 3 muestra los equivalentes métricos para conversiones de velocidad en el torno. En unidades métricas, la constante es 318.3, lo cual representa 1000 mm divididos entre pi.

    

Figura 1. Si rpm permanece igual, sfm (o m/min) disminuye conforme el diámetro disminuye y la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

El tipo de operación de corte que se realiza en el torno determina el tipo de variable de velocidad que debe conocer. Las operaciones como torneado, refrentado y mandrinado se programan en sfm (m/min) porque la herramienta se puede mover hacia la línea central y alejarse de ella. Las operaciones como taladrado y roscado requieren de velocidades a rpm constantes porque la herramienta se posiciona ya sea en el línea central del eje o permanece a igual distancia del eje. En un torno manual, la velocidad de husillo permanece relativamente constante. Sin embargo, los tornos de CNC son capaces de ajustar la velocidad de husillo durante la operación. Si la velocidad seprograma en sfm, la rotación del husillo se incrementa conforme la herramienta se acerca a la línea central. A esta función se le llama velocidad constante de superficie (CSS por sus siglas en inglés) y mantiene una constante de pies superficiales por minuto durante el corte. Las figuras 1 y 2 comparan valores de velocidad sin CSS y con CSS. Si se está ejecutando taladrado o roscado, el programa requiere de un valor de rpm constante sin CSS. Los códigos especiales del programa indican al torno de CNC qué valor de velocidad se está ejecutando. Las tablas de referencia proporcionadas por los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan velocidades en sfm y smm. Usted puede utilizar este valor de manera directa de las tablas de referencia para operaciones de torneado de rutina. Por medio de la fórmula para convertir de sfm o m/min a rpm, puede determinar la razón de rotación del husillo en rpm paraun diámetro de pieza de trabajo dado.

    

Figura 1. Si no se utiliza CSS, rpm permanece constante y sfm disminuye conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Si se utiliza CSS, sfm permanece constante y las rpm del husillo se incrementan conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Al igual que los valores de velocidad, la selección del avance para el torno es relativamente sencilla. La mayoría de las velocidades de avance se dan en pulgadas por revolución (ipr) o milímetros por revolución (mm/rev). Este valor representa hasta dónde recorre la herramienta con cada rotación completa del husillo. En términos generales, si la pieza de trabajo está girando, la velocidad de avance se mide en ipr (mm/min). Este es el caso de la operación de taladrado que se muestra en la figura 1. Si lo que estágirando es la herramienta, el avance se mide ya sea en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). Éste es el caso si usted está taladrando o fresando con herramientas motorizadas en el torno. Los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan un rango de velocidades de avance recomendadas en ipr y mm/rev para combinaciones específicas de herramientas y pieza de trabajo. Introducir este valor es muy sencillo y no requiere de conversiones. Para la mayoría de las aplicaciones, usted debe primero seleccionar la profundidad de corte más pesada posible. Después de seleccionar la profundidad del corte, la velocidad de avance preferente es tan fuerte como sea posible. Las velocidades de avance más elevadas tienen un efecto menor en el desgaste de la herramienta que las velocidades más elevadas. Sin embargo, en algún punto, una velocidad deavance demasiado fuerte estanca la máquina herramienta.

    

Figura 1. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa, ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Para comprender las variables de velocidad y avance en el torno, considere este ejemplo específico. Usted está torneando una pieza de trabajo de 1.500 pulg. de diámetro hecha de acero al carbono simple 1020. El primer corte es una operación de desbastado con una profundidad de corte de 0.16 pulg. Usted también sabe que la velocidad de husillo es 3311 rpm y que la velocidad de avancees 0.016 ipr. ¿Son éstas las variables adecuadas para su operación de torneado? El catálogo del fabricante es un recurso valioso para encontrar velocidades de corte y avances. Mediante la tabla que compara la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo, debe serle posible encontrar los avances listados en ipr y mm/rev. La tabla en particular de la figura 1 le indica que la velocidad de avance de 0.016 ipr es aceptable. Para su velocidad, usted conoce las rpm del husillo. Sin embargo, los catálogos de herramientas típicamente listan las velocidades en sfm y m/min. Si usted utiliza la fórmula que se muestra en la figura 2, puede convertir las rpm del husillo a sfm. Usted conoce el diámetro (1.5 pulg.) y rpm (3311) de la pieza de trabajo. Si multiplica el diámetro y las rpm y luego divide entre la constante 3.82, determina que la velocidad es aproximadamente 1300 sfm. Una rápida revisión al catálogo del fabricante le indica que esto se encuentra dentro del rango de velocidad recomendado para esta combinación de herramienta y material de pieza de trabajo.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra, los rangosadecuados para valores de velocidad y avance se proporcionan en sfm e ipr.

Figura 2. Muestra de cálculos para encontrar sfm y determinar velocidad de superficie.

La selección de velocidad y avance para la fresadora no es tan sencilla como lo es determinar las mismas variables en el torno. Para la fresadora, la velocidad siempre se mide en revoluciones por minuto (rpm). Esto es correcto para unidades tanto inglesas como métricas. Sin embargo, los fabricantes de herramienta de fresado proporcionan velocidades recomendadas en términos de piessuperficiales por minuto (sfm) y metros por minuto (m/min). La figura 1 compara dos herramientas con las mismas rpm, pero diferentes velocidades de superficie. Usted tiene que convertir estas velocidades en valores de rpm. Como puede usted ver en las figuras 2 y 3, las mismas fórmulas que se utilizan para convertir valores de velocidad para el torno aplican a las conversiones de velocidad en la fresadora. La diferencia clave es que usted trata con el diámetro de una herramienta en lugar del diámetro de unapieza de trabajo. Como usted utiliza típicamente herramientas de corte con diferentes diámetros, pueden requerirse de diferentes valores de rpm para herramientas que utilizan el mismo material deherramienta de corte. Como puede ver en la figura 4, si tiene un cortador con diámetro de 3.00 pulg. con una velocidad recomendada de 2200 sfm, la velocidad de husillo correcta es 2801.33 rpm. Ya sea que la herramienta se utilice para el torno o para la fresadora, los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tablas organizadas por combinaciones de material de herramientas y material de piezas de trabajo.

    

Figura 1. Dos fresadoras con diferentes diámetros girando a las mismas rpm tienen diferentes velocidades de superficie.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 4. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar la velocidad del husillo.

La selección del avance en la fresadora es más complejo que para el torno. La velocidad de avance programada en una fresadora de CNC es en pulgadas por minuto (ipm) o en milímetros por minuto (mm/min). Este valor determina la longitud que la herramienta recorre en un minuto. Sin embargo, los fabricantes de herramientas de corte típicamente proporcionan velocidades de avance como avance por diente (fpt), ya sea en pulgadas o milímetros. La figura 1 ilustra cómo se mide elavance por diente. A este valor también se le llama carga de viruta. El avance por diente permite a los fabricantes de herramientas recomendar velocidades de avance para un amplio rango de herramientas con diferentes diámetros o número de dientes de corte. Estevalor también determina el mejor grosor de viruta para asegurar que el calor sea alejado junto con la viruta y para mantener buen control de la viruta. Al determinar una velocidad de avance de fresadora para la máquina, usted debe convertir de avance por diente a avance por revolución (fpr), ya sea en pulgadas o milímetros. El avance por revolución se incrementa con el número de dientes en la cortadora. Entre más dientes tenga la cortadora, más rápido se incrementa la avance por revolución. Finalmente, usted debe convertir el valor fpr a ipm o a mm/min para determinar la velocidad final de avance que usted selecciona en la máquina. Las fórmulas que se muestran en las figuras 2 y 3 le ayudan a convertir rápidamente de fpt a ipm oa mm/min. Para determinar la velocidad de avance, usted debe conocer el avance por diente (fpt), elnúmero de dientes de la cortadora (T) y la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Multiplicando estas variables, puede determinar la velocidad de avance en ipm o en mm/min, dependiendo de si está trabajando con unidades inglesas o métricas.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el grosor de la viruta removida por una pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Para comprender cómo trabajan las velocidades y los avances en la fresadora, considere este problema de muestra. Piense que está refrentando una pieza cuadrada de aluminio de 4.000 pulg. Se le indica que la fresa de refrentado recomendada es una cortadora de 6.300 pulg. de diámetro con 8 dientes de corte. De acuerdo con la tabla del fabricante de muestra que se presenta en la figura 1, una buena velocidad de arranque es 1500 sfm, con una velocidad de avance de 0.010 ipt. ¿Cómo determina la velocidad y la avance correctas para programar en una fresadora de CNC? Para determinar la velocidad programada, debe convertir sfm a rpm. Usted sabe que la velocidad recomendada es 1500 sfm y el diámetro de la cortadora es 6.300 pulgadas. Colocando estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 2, usted determina que la velocidad de husillo es aproximadamente 909.52 rpm. Ahora que conoce las rpm, puede convertir el avance por diente al avance programable en pulgadas por minuto. El catálogo del fabricante recomienda 0.010 fpt como un buen punto de arranque. Usted también sabe que la herramienta de corte tiene 8 dientes y que la velocidad es 909.52 rpm. Si coloca estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 3, determina que el avance programable es 72.76 ipm. Tanto el valor de velocidad de 909.52 rpm y el valor de avance de 72.76 ipm aparecen como números programados que se utilizan en el programa de pieza real.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra se proporcionan rangos adecuados para velocidady avance en sfm e ipt.

Figura 2. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar velocidad de husillo.

Figura 3. Cálculos de muestra para encontrar ipm y determinar avance.

Los catálogos de fabricantes meramente le proporcionan un rango práctico de variables de velocidad y avance. Sin embargo, recuerde que numerosos factores afectan toda operación de maquinado específica. Es imposible saber con completa certeza la mejor variable de velocidad y avance desde el principio. Un adecuado maquinado implica un cuidadoso monitoreo de las operaciones de maquinado. Como puede usted ver en la figura 1, usted típicamente ajusta estas variables a través de la corrida de producción para maximizar la combinación de desgaste de la herramienta, tiempo de ciclo y acabado superficial. Si el desgaste de la herramienta es demasiado, asegúrese de inspeccionar su herramental. ¿Sus herramientas de corte están operando de manera concéntrica o están descentradas? ¿Sus brocas están desviándose y dejando agujeros ovalados? ¿La longitud de la herramienta es demasiada y lleva a vibración? Un examen del herramental puede detectar una fuente que lleva a una vida deficiente de la herramienta. La figura 2 resume sólo unos cuantos de los posibles problemas de maquinado y sus causas posibles. Recuerde que la velocidad tiene un gran impacto en el desgaste de la herramienta. Si la herramienta de corte se desgasta a una tasa excesiva, una consideración razonable es reducir la velocidad de corte. Algunas fuentes de referencia proporcionan rangos adecuados de velocidad que definen puntos de arranque razonables, con otros rangos de velocidad para optimizar un proceso de corte. Al igual que la velocidad, las fuentes de referencia recomiendan velocidades de avance como un rango adecuado. Para muchas operaciones, lo mejor es primero maximizar la velocidad de avance y luego ajustar la velocidad. Para operaciones de fresado, raras veces debe usted tener un avance por diente menor que 0.003 pulg. (.075 mm) o que exceda 0.012 pulg. (0.3 mm). Las velocidades de avance demasiado elevadas pueden llevar a una presión excesiva de la herramienta y a socavadoo a un corte en exceso.

    

Figura 1. Puede ser que los valores de velocidad y avance tengan que ser ajustados durante una corrida de producción para mejorar la vida de la herramienta o el acabado superficial.

Figura 2. Los operadores experimentados aprenden cómo ajustar velocidades y avances si observan problemas durante el maquinado.

La selección adecuada de velocidad y avance es necesaria para maximizar la vida de la herramienta, la productividad y el acabado superficial. Múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Sin embargo, estas variables son determinadas ante todo por la operación específica y por la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo. Mientras que las máquinas manuales, como el torno paralelo y la fresadora de columna y codo requieren de un sentido de "instinto" del operador, las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y avance específicos programados. En el torno, la velocidad se mide ya sea en revoluciones por minuto (rpm) o en pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Si rpmpermanece constante, sfm o m/min disminuyen conforme la herramienta se acerca a la línea central.Sin embargo, la velocidad constante de superficie (CSS) ajusta las rpm del husillo para mantener una velocidad constante de superficie. Si la pieza de trabajo está girando, el avance se mide ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev). Sin embargo, si la herramienta está girando, el avance se mide en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). En la fresadora, la velocidad una vez más se mide en rpm o ya sea en sfm o m/min. Sin embargo, lavelocidad determina la rotación de la herramienta de corte y no la pieza de trabajo. Los avances de la fresadora difieren del torno por que típicamente se miden en avance por diente. Este valor debe convertirse a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min) para programar el avance correcto en una fresadora de CNC.

    

Figura 1. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 2. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas inglesas para fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 4. Fórmulas métricas para fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Term Definition

Avance (feed) Tasa a la que la pieza de trabajo o la herramienta de corte cambian en posición durante la longitud del corte. El avance típicamente define un movimiento lineal o de contorno.

Avance Por Diente (feed per tooth) Grosor del material de viruta que cada filo de corte de la herramienta remueve con una pasada.

Avance Por Revolución (feed per revolution) Distancia lineal que una herramienta avanza durante una rotación de la pieza de trabajo o herramienta de corte. En la fresadora, el avance por revolución (fpr) puede utilizarse para convertir de avance por diente (fpt) ya sea a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min).

Carga De Viruta (chip load) Otro término para avance por diente que se refiere al grosor del material de viruta removido por el filo de corte de una herramienta.

Desbastado (roughing) Pasada de corte que enfatiza altos índices de remoción de material con el posible sacrificio del acabado superficial o de la exactitud.

Dureza (hardness) Capacidad de un material para resistir rayado, indentación o penetración. Los materiales de pieza de trabajo con dureza aumentada generan más calor y son más difíciles de maquinar.

Fresadora De Columna Y Codo (column-and-knee-mill) El tipo de fresadora original y más básico que se utiliza para maquinar piezas de trabajo planas o rectangulares.

Herramientas Motorizadas (live tooling) Herramientas de corte impulsadas mecánicamente, como fresas universales de espiga y taladros, contenidas en la torreta del torno. Las herramientas motorizadas pueden realizar operaciones de maquinado fuera de la línea central de la pieza mientras se sostenga la pieza de trabajo estacionaria en el husillo.

Máquina De CNC (CNC machine) Sofisticada máquina herramienta operada por una computadora que puede realizar múltiples operaciones de maquinado en la misma preparación inicial con una variedad de herramientas. Las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y velocidad de avance programados.

Metros Superficiales Por Minuto (surface meters per minute) Distancia en metros que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorre en un minuto. Metros superficiales por minuto (smm) es una medición métrica para la velocidad.

Milímetros Por Minuto (millimeters per minute) Distancia en milímetros que la herramienta o pieza de trabajo completa avanza en un minuto. Milímetros por minuto (mm/min) es una medición métrica para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Milímetros Por Revolución (millimeters per revolution) Distancia en milímetros que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Milímetros por revolución (mm/rev) es una medición métrica para la avance en el torno.

Pi (pi) Valor constante especial que relaciona el diámetro de un círculo a su circunferencia. Pi, aproximadamente 3.14, se usa para determinar la circunferencia y área de un círculo.

Pies Superficiales Por Minuto (surface feet per minute) Distancia en pies que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorren en un minuto. Pies superficiales por minuto (sfm) es una medición inglesa para la velocidad.

Potencia (horsepower) Unidad de energía que se usa para describir la fuerza de una máquina. Una máquina con potencias aumentadas tiene un husillo que puede ejercer una mayor cantidad de fuerza.

Profundidad De Corte (depth of cut) Espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte.

Programa De Pieza (part program) Serie de instrucciones numéricas usadas por una máquina de CNC para realizar la secuencia de operaciones necesaria para maquinar una pieza de trabajo específica. 

Pulgadas Por Minuto (inches per minute) Distancia en pulgadas que la herramienta o pieza de trabajo completa avanzan en un minuto. Pulgadas por minuto (ipm) es una medida inglesa para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Pulgadas Por Revolución (inches per revolution) Distancia en pulgadas que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Pulgadas por revolución (ipr) es una medida inglesa para el avance del torno.

Revoluciones Por Minuto (revolutions per minute) Número de revoluciones que un husillo o herramienta de corte completan en un minuto. Las revoluciones por minuto (rpm) es una medición de velocidad en los sistemas inglés y métrico.

Torno Paralelo (engine lathe) El tipo original y más básico de torno manual que se utiliza para producir piezas de trabajo cilíndricas.

Velocidad (speed) Tasa a la cual la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de corte pasan una a otra en el punto de contacto. La velocidad típicamente define un movimiento giratorio.

Velocidad Constante De Superficie (constant surface speed) Modo de un torno de CNC que ajusta las rpm del husillo conforme la herramienta se recorre hacia el eje del husillo y cuando se aleja de éste.

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Class Outline Objetivos Importancia de la velocidad y el avance Factores que determinan la velocidad y el avance Fuentes de referencia para velocidad y avance Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC Selección de la velocidad para el torno Velocidad constante de superficie Selección del avance para el torno Ejemplo con el torno Selección de la velocidad para la fresadora Selección del avance para la fresadora Ejemplo con la fresadora Optimización de velocidades y avances Resumen

 

Lesson: 1/14 Objetivos

 

Lesson: 2/14 Importancia de la velocidad y el avance

 

Lesson: 3/14 Factores que determinan la velocidad y el avance

 

Lesson: 4/14 Fuentes de referencia para velocidad y avance

 

Lesson: 5/14 Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC

 

Lesson: 6/14 Selección de la velocidad para el torno

 

Lesson: 7/14 Velocidad constante de superficie

 

Lesson: 8/14 Selección del avance para el torno

 

Lesson: 9/14 Ejemplo con el torno

 

Lesson: 10/14 Selección de la velocidad para la fresadora

 

Lesson: 11/14 Selección del avance para la fresadora

 

Lesson: 12/14 Ejemplo con la fresadora

 

Lesson: 13/14 Optimización de velocidades y avances

 

Lesson: 14/14 Resumen

 

Class Vocabulary

Selección de velocidad y avance 300

l Describa las relaciones entre velocidad de corte, dureza de pieza de trabajo y calor.

l Liste las variables que afectan la selección de velocidad y avance. l Describa las fuentes de información adecuadas para seleccionar velocidades y avances. l Distinga entre la selección de velocidad y avance para máquinas manuales y máquinas de CNC. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar la velocidad en el torno.

l Describa la relación entre velocidad constante de superficie y rpm. l Distinga las diversas unidades que se utilizan para determinar el avance en el torno.

l Determine el valor correcto de velocidad en el torno usando la fórmula apropiada. l Determine el valor correcto de velocidad en la fresadora usando la fórmula apropiada. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar el avance en la fresadora.

l Determine el valor correcto de avance en la fresadora usando la fórmula adecuada. l Identifique factores comunes que necesitan ajustes a los valores de velocidad y avance.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el espesor de la viruta removida poruna pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Toda operación de maquinado requiere de la selección de velocidad y avance adecuados para asegurar la mejor productividad, vida útil de la herramienta y calidad de la pieza. Las operaciones decorte generan una cantidad significativa de calor. En cada material de herramienta de corte, el exceso de calor lleva a un desgaste excesivo de herramienta, lo cual se muestra en la figura 1. Conforme se incrementa la velocidad de corte, el calor también se incrementa. Cada tipo de materialde herramienta de corte tiene su rango de calor propio y adecuado que puede soportar y aún desempeñarse efectivamente. Además de las diferencias en el material de herramienta, cada materialde pieza de trabajo ofrece su propia dureza. La figura 2 compara los valores de dureza para materiales de pieza de trabajo comunes. Un incremento en la dureza de la pieza de trabajo lleva a un incremento de calor para la herramienta de corte. Al seleccionar velocidad y avance para una operación de corte específica, usted debe considerar tanto la pieza de trabajo como el material de laherramienta. Esta clase le enseñará cómo seleccionar la velocidad y avance apropiados para las operaciones básicas de torneado y refrentado. También aprenderá cómo convertir las unidades de fuentes de referencia que seleccione a variables de velocidad y avance que pueda utilizar en la máquina.     

Figura 1. Las velocidades y los avances adecuados ayudan a controlar el desgaste de la herramienta, el cual se muestra en esta vista amplificada del filo de corte.

Figura 2. Los diversos materiales de pieza de trabajo ofrecen diferentes valores de dureza que afectan las velocidades y avances.

Como puede ver en la figura 1, múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Algunas variables son menos obvias que otras. Por ejemplo, toda operación de maquinado es afectada por:

l El tipo de material de la pieza de trabajo. Los materiales más duros son más difíciles de maquinar y típicamente requieren de velocidades y avances más conservadores.

l El tipo de material de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros pueden soportar incremento en desgaste más elevado y temperaturas elevadas.

l El acabado superficial requerido. Los acabados superficiales mejorados requieren de

velocidades más rápidas y avances menos agresivos. l El tipo de geometría de herramienta. Diferentes ángulos de inclinación y ángulos de posición 

proporcionan un intercambio entre resistencia del filo para avances aumentados y fuerzas de corte reducidas.

l El tipo de máquina herramienta. La máquina manual y la máquina de CNC proporcionan

potencia, rigidez y velocidades de husillo significativamente diferentes.

l El tipo de preparación para sujeción del trabajo. La rigidez y fuerza de sujeción mejoradas de un dispositivo de sujeción de trabajo permite velocidades de corte y avances más rápidos.

Dependiendo de la situación, puede ser que no le sea posible cambiar algunas de estas variables. Puede ser que usted solamente tenga una máquina herramienta disponible que proporcione menos rigidez o potencia. Puede que no haya tiempo o recursos para desarrollar una sujeción de trabajo hecha a la medida para una corrida pequeña de producción. Ya sea que pueda o no controlar estas variables, usted debe tomar en consideración su impacto en el maquinado al determinar sus velocidades y avances.

    

Figura 1. Múltiples factores determinan la selección de velocidad y avance adecuados.

Aunque cada operación de maquinado se ve afectada por una amplia gama de variables, lo primordial de la selección de velocidad y avance se encuentra el tipo específico de operación de maquinado y la combinación de pieza de trabajo y material de herramienta. De hecho, las fuentes de referencia proporcionan tablas organizadas con esta información. Por ejemplo, la figura 1 muestra una tabla listando velocidades y avances para tornear una pieza de trabajo de acero de bajo carbono con un grado específico de insertos de carburo. Para operaciones de rutina, las tablas de maquinado y los materiales de referencia le proporcionan un punto de partida razonable para seleccionar velocidades y avances. La mayoría de los talleres deben contar con un manual general que contenga esta información. Sin embargo, la fuente de referencia preferente es el catálogo del fabricante específico de herramientas de corte. Como puede ver en la figura 2, numerosos fabricantes ofrecen catálogos sobre sus herramientas específicas. En términos generales, usted ha de encontrar que los materiales de pieza de trabajo más duros y difíciles exigen velocidades iniciales de husillo más lentas. Los materiales de referencia simplemente le proporcionan un rango o punto de partida aceptable para las velocidades y los avances. Estas variables deben entonces ajustarse y optimizarse conforme usted continúa con la corrida de producción.

    

Figura 1. Tabla artificial para un material de pieza de trabajo específico que organiza velocidades y avances de acuerdo con el material de herramienta y tipo de corte.

Figura 2. El catálogo del fabricante de herramientas específico es la mejor referencia a utilizar para la selección de velocidad y avance.

Los enfoques tradicionales de maquinado se basan en máquinas manuales tales como el torno paralelo básico y la fresadora de columna y codo, las cuales se muestran en las figuras 1 y 2. Muchas compañías todavía usan estas máquinas en sus cuartos de herramientas para corridas cortas de producción y para trabajos sobre medida. Para máquinas manuales, la velocidad o el avance correcto implica más "arte" que "ciencia". Los operadores de máquinas se basan en su experiencia e instinto en la operación para juzgar correctamente la velocidad de husillo y el avance de herramienta. Las compañías modernas dependen cada vez más de máquinas de CNC. La figura 3 muestra un torno CNC. Las máquinas de CNC ofrecen mayor potencia, velocidades de husillo más rápidas y mayor rigidez. A diferencia de las máquinas manuales, las máquinas de CNC proporcionan un espacio cerrado que contiene las virutas y fluido de corte. En consecuencia, las velocidades y los avances de una máquina de CNC son mucho mayores que las que usted puede ver en una máquina manual. Debido a que un programa de pieza ejecuta todas las operaciones de maquinado de una máquina de CNC, usted debe programar o seleccionar un valor específico de avance y velocidad. Usted no puede actuar por "instinto" o depender de sus sentidos por que de esta manera queda fuera del proceso. Debido a que los avances de herramientas son automatizados, una variable de velocidad oavance incorrecta puede dañar la pieza de trabajo o la máquina herramienta o inclusive lesionar al operador. Las máquinas de CNC requieren de una sólida comprensión de la selección adecuada de velocidad y avance.

    

Figura 1. Esta fresadora de columna y codo manual tiene un espacio de trabajo abierto.

Figura 2. Un operador puede usar un "sentido de instinto" para operar un torno paralelo manual.

Figura 3. La mayoría de las máquinas de CNC tiene un espacio cerrado y ofrece mayor potencia que las máquinas manuales.

En un torno, la velocidad determina lo rápido que la pieza de trabajo gira en el husillo. Existen dos maneras de medir la velocidad: revoluciones por minuto (rpm) o pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Aunque ambas variables describen la razón de la rotación del husillo, cada tipo de variable de velocidad se basa en diferentes factores. Revoluciones por minuto es una medición directa de cuántas veces gira el husillo en un minuto. No está afectado por el diámetro de la pieza de trabajo opor la ubicación de la herramienta. Pies superficiales por minuto miden lo rápido que la pieza de trabajo pasa bajo la herramienta en el filo de corte. Como puede ver en la figura 1, esta velocidad depende del tamaño de la pieza de trabajo y de la ubicación de la herramienta. Si rpm permanece igual, los pies superficiales por minuto disminuyen conforme el tamaño de la pieza de trabajo tamaño disminuye. Una pieza de trabajo de diámetro menor "viaja" menos pies superficiales que una pieza de trabajo de diámetro mayor. Una fórmula sencilla le ayuda a convertir rpm a sfm. Debe conocer dos valores: rpm y diámetro de la pieza de trabajo en pulgadas. Como puede usted ver en la figura 2, para encontrar sfm, usted multiplica el diámetro por el valor rpm y luego divide la constante 3.82. La constante 3.82 representa 12 pulgadas divididas entre pi y ayuda a convertir de pulgadas a pies. Para unidades métricas, se utiliza una fórmula similar para convertir rpm a m/min. La figura 3 muestra los equivalentes métricos para conversiones de velocidad en el torno. En unidades métricas, la constante es 318.3, lo cual representa 1000 mm divididos entre pi.

    

Figura 1. Si rpm permanece igual, sfm (o m/min) disminuye conforme el diámetro disminuye y la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

El tipo de operación de corte que se realiza en el torno determina el tipo de variable de velocidad que debe conocer. Las operaciones como torneado, refrentado y mandrinado se programan en sfm (m/min) porque la herramienta se puede mover hacia la línea central y alejarse de ella. Las operaciones como taladrado y roscado requieren de velocidades a rpm constantes porque la herramienta se posiciona ya sea en el línea central del eje o permanece a igual distancia del eje. En un torno manual, la velocidad de husillo permanece relativamente constante. Sin embargo, los tornos de CNC son capaces de ajustar la velocidad de husillo durante la operación. Si la velocidad seprograma en sfm, la rotación del husillo se incrementa conforme la herramienta se acerca a la línea central. A esta función se le llama velocidad constante de superficie (CSS por sus siglas en inglés) y mantiene una constante de pies superficiales por minuto durante el corte. Las figuras 1 y 2 comparan valores de velocidad sin CSS y con CSS. Si se está ejecutando taladrado o roscado, el programa requiere de un valor de rpm constante sin CSS. Los códigos especiales del programa indican al torno de CNC qué valor de velocidad se está ejecutando. Las tablas de referencia proporcionadas por los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan velocidades en sfm y smm. Usted puede utilizar este valor de manera directa de las tablas de referencia para operaciones de torneado de rutina. Por medio de la fórmula para convertir de sfm o m/min a rpm, puede determinar la razón de rotación del husillo en rpm paraun diámetro de pieza de trabajo dado.

    

Figura 1. Si no se utiliza CSS, rpm permanece constante y sfm disminuye conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Si se utiliza CSS, sfm permanece constante y las rpm del husillo se incrementan conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Al igual que los valores de velocidad, la selección del avance para el torno es relativamente sencilla. La mayoría de las velocidades de avance se dan en pulgadas por revolución (ipr) o milímetros por revolución (mm/rev). Este valor representa hasta dónde recorre la herramienta con cada rotación completa del husillo. En términos generales, si la pieza de trabajo está girando, la velocidad de avance se mide en ipr (mm/min). Este es el caso de la operación de taladrado que se muestra en la figura 1. Si lo que estágirando es la herramienta, el avance se mide ya sea en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). Éste es el caso si usted está taladrando o fresando con herramientas motorizadas en el torno. Los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan un rango de velocidades de avance recomendadas en ipr y mm/rev para combinaciones específicas de herramientas y pieza de trabajo. Introducir este valor es muy sencillo y no requiere de conversiones. Para la mayoría de las aplicaciones, usted debe primero seleccionar la profundidad de corte más pesada posible. Después de seleccionar la profundidad del corte, la velocidad de avance preferente es tan fuerte como sea posible. Las velocidades de avance más elevadas tienen un efecto menor en el desgaste de la herramienta que las velocidades más elevadas. Sin embargo, en algún punto, una velocidad deavance demasiado fuerte estanca la máquina herramienta.

    

Figura 1. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa, ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Para comprender las variables de velocidad y avance en el torno, considere este ejemplo específico. Usted está torneando una pieza de trabajo de 1.500 pulg. de diámetro hecha de acero al carbono simple 1020. El primer corte es una operación de desbastado con una profundidad de corte de 0.16 pulg. Usted también sabe que la velocidad de husillo es 3311 rpm y que la velocidad de avancees 0.016 ipr. ¿Son éstas las variables adecuadas para su operación de torneado? El catálogo del fabricante es un recurso valioso para encontrar velocidades de corte y avances. Mediante la tabla que compara la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo, debe serle posible encontrar los avances listados en ipr y mm/rev. La tabla en particular de la figura 1 le indica que la velocidad de avance de 0.016 ipr es aceptable. Para su velocidad, usted conoce las rpm del husillo. Sin embargo, los catálogos de herramientas típicamente listan las velocidades en sfm y m/min. Si usted utiliza la fórmula que se muestra en la figura 2, puede convertir las rpm del husillo a sfm. Usted conoce el diámetro (1.5 pulg.) y rpm (3311) de la pieza de trabajo. Si multiplica el diámetro y las rpm y luego divide entre la constante 3.82, determina que la velocidad es aproximadamente 1300 sfm. Una rápida revisión al catálogo del fabricante le indica que esto se encuentra dentro del rango de velocidad recomendado para esta combinación de herramienta y material de pieza de trabajo.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra, los rangosadecuados para valores de velocidad y avance se proporcionan en sfm e ipr.

Figura 2. Muestra de cálculos para encontrar sfm y determinar velocidad de superficie.

La selección de velocidad y avance para la fresadora no es tan sencilla como lo es determinar las mismas variables en el torno. Para la fresadora, la velocidad siempre se mide en revoluciones por minuto (rpm). Esto es correcto para unidades tanto inglesas como métricas. Sin embargo, los fabricantes de herramienta de fresado proporcionan velocidades recomendadas en términos de piessuperficiales por minuto (sfm) y metros por minuto (m/min). La figura 1 compara dos herramientas con las mismas rpm, pero diferentes velocidades de superficie. Usted tiene que convertir estas velocidades en valores de rpm. Como puede usted ver en las figuras 2 y 3, las mismas fórmulas que se utilizan para convertir valores de velocidad para el torno aplican a las conversiones de velocidad en la fresadora. La diferencia clave es que usted trata con el diámetro de una herramienta en lugar del diámetro de unapieza de trabajo. Como usted utiliza típicamente herramientas de corte con diferentes diámetros, pueden requerirse de diferentes valores de rpm para herramientas que utilizan el mismo material deherramienta de corte. Como puede ver en la figura 4, si tiene un cortador con diámetro de 3.00 pulg. con una velocidad recomendada de 2200 sfm, la velocidad de husillo correcta es 2801.33 rpm. Ya sea que la herramienta se utilice para el torno o para la fresadora, los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tablas organizadas por combinaciones de material de herramientas y material de piezas de trabajo.

    

Figura 1. Dos fresadoras con diferentes diámetros girando a las mismas rpm tienen diferentes velocidades de superficie.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 4. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar la velocidad del husillo.

La selección del avance en la fresadora es más complejo que para el torno. La velocidad de avance programada en una fresadora de CNC es en pulgadas por minuto (ipm) o en milímetros por minuto (mm/min). Este valor determina la longitud que la herramienta recorre en un minuto. Sin embargo, los fabricantes de herramientas de corte típicamente proporcionan velocidades de avance como avance por diente (fpt), ya sea en pulgadas o milímetros. La figura 1 ilustra cómo se mide elavance por diente. A este valor también se le llama carga de viruta. El avance por diente permite a los fabricantes de herramientas recomendar velocidades de avance para un amplio rango de herramientas con diferentes diámetros o número de dientes de corte. Estevalor también determina el mejor grosor de viruta para asegurar que el calor sea alejado junto con la viruta y para mantener buen control de la viruta. Al determinar una velocidad de avance de fresadora para la máquina, usted debe convertir de avance por diente a avance por revolución (fpr), ya sea en pulgadas o milímetros. El avance por revolución se incrementa con el número de dientes en la cortadora. Entre más dientes tenga la cortadora, más rápido se incrementa la avance por revolución. Finalmente, usted debe convertir el valor fpr a ipm o a mm/min para determinar la velocidad final de avance que usted selecciona en la máquina. Las fórmulas que se muestran en las figuras 2 y 3 le ayudan a convertir rápidamente de fpt a ipm oa mm/min. Para determinar la velocidad de avance, usted debe conocer el avance por diente (fpt), elnúmero de dientes de la cortadora (T) y la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Multiplicando estas variables, puede determinar la velocidad de avance en ipm o en mm/min, dependiendo de si está trabajando con unidades inglesas o métricas.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el grosor de la viruta removida por una pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Para comprender cómo trabajan las velocidades y los avances en la fresadora, considere este problema de muestra. Piense que está refrentando una pieza cuadrada de aluminio de 4.000 pulg. Se le indica que la fresa de refrentado recomendada es una cortadora de 6.300 pulg. de diámetro con 8 dientes de corte. De acuerdo con la tabla del fabricante de muestra que se presenta en la figura 1, una buena velocidad de arranque es 1500 sfm, con una velocidad de avance de 0.010 ipt. ¿Cómo determina la velocidad y la avance correctas para programar en una fresadora de CNC? Para determinar la velocidad programada, debe convertir sfm a rpm. Usted sabe que la velocidad recomendada es 1500 sfm y el diámetro de la cortadora es 6.300 pulgadas. Colocando estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 2, usted determina que la velocidad de husillo es aproximadamente 909.52 rpm. Ahora que conoce las rpm, puede convertir el avance por diente al avance programable en pulgadas por minuto. El catálogo del fabricante recomienda 0.010 fpt como un buen punto de arranque. Usted también sabe que la herramienta de corte tiene 8 dientes y que la velocidad es 909.52 rpm. Si coloca estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 3, determina que el avance programable es 72.76 ipm. Tanto el valor de velocidad de 909.52 rpm y el valor de avance de 72.76 ipm aparecen como números programados que se utilizan en el programa de pieza real.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra se proporcionan rangos adecuados para velocidady avance en sfm e ipt.

Figura 2. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar velocidad de husillo.

Figura 3. Cálculos de muestra para encontrar ipm y determinar avance.

Los catálogos de fabricantes meramente le proporcionan un rango práctico de variables de velocidad y avance. Sin embargo, recuerde que numerosos factores afectan toda operación de maquinado específica. Es imposible saber con completa certeza la mejor variable de velocidad y avance desde el principio. Un adecuado maquinado implica un cuidadoso monitoreo de las operaciones de maquinado. Como puede usted ver en la figura 1, usted típicamente ajusta estas variables a través de la corrida de producción para maximizar la combinación de desgaste de la herramienta, tiempo de ciclo y acabado superficial. Si el desgaste de la herramienta es demasiado, asegúrese de inspeccionar su herramental. ¿Sus herramientas de corte están operando de manera concéntrica o están descentradas? ¿Sus brocas están desviándose y dejando agujeros ovalados? ¿La longitud de la herramienta es demasiada y lleva a vibración? Un examen del herramental puede detectar una fuente que lleva a una vida deficiente de la herramienta. La figura 2 resume sólo unos cuantos de los posibles problemas de maquinado y sus causas posibles. Recuerde que la velocidad tiene un gran impacto en el desgaste de la herramienta. Si la herramienta de corte se desgasta a una tasa excesiva, una consideración razonable es reducir la velocidad de corte. Algunas fuentes de referencia proporcionan rangos adecuados de velocidad que definen puntos de arranque razonables, con otros rangos de velocidad para optimizar un proceso de corte. Al igual que la velocidad, las fuentes de referencia recomiendan velocidades de avance como un rango adecuado. Para muchas operaciones, lo mejor es primero maximizar la velocidad de avance y luego ajustar la velocidad. Para operaciones de fresado, raras veces debe usted tener un avance por diente menor que 0.003 pulg. (.075 mm) o que exceda 0.012 pulg. (0.3 mm). Las velocidades de avance demasiado elevadas pueden llevar a una presión excesiva de la herramienta y a socavadoo a un corte en exceso.

    

Figura 1. Puede ser que los valores de velocidad y avance tengan que ser ajustados durante una corrida de producción para mejorar la vida de la herramienta o el acabado superficial.

Figura 2. Los operadores experimentados aprenden cómo ajustar velocidades y avances si observan problemas durante el maquinado.

La selección adecuada de velocidad y avance es necesaria para maximizar la vida de la herramienta, la productividad y el acabado superficial. Múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Sin embargo, estas variables son determinadas ante todo por la operación específica y por la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo. Mientras que las máquinas manuales, como el torno paralelo y la fresadora de columna y codo requieren de un sentido de "instinto" del operador, las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y avance específicos programados. En el torno, la velocidad se mide ya sea en revoluciones por minuto (rpm) o en pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Si rpmpermanece constante, sfm o m/min disminuyen conforme la herramienta se acerca a la línea central.Sin embargo, la velocidad constante de superficie (CSS) ajusta las rpm del husillo para mantener una velocidad constante de superficie. Si la pieza de trabajo está girando, el avance se mide ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev). Sin embargo, si la herramienta está girando, el avance se mide en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). En la fresadora, la velocidad una vez más se mide en rpm o ya sea en sfm o m/min. Sin embargo, lavelocidad determina la rotación de la herramienta de corte y no la pieza de trabajo. Los avances de la fresadora difieren del torno por que típicamente se miden en avance por diente. Este valor debe convertirse a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min) para programar el avance correcto en una fresadora de CNC.

    

Figura 1. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 2. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas inglesas para fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 4. Fórmulas métricas para fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Term Definition

Avance (feed) Tasa a la que la pieza de trabajo o la herramienta de corte cambian en posición durante la longitud del corte. El avance típicamente define un movimiento lineal o de contorno.

Avance Por Diente (feed per tooth) Grosor del material de viruta que cada filo de corte de la herramienta remueve con una pasada.

Avance Por Revolución (feed per revolution) Distancia lineal que una herramienta avanza durante una rotación de la pieza de trabajo o herramienta de corte. En la fresadora, el avance por revolución (fpr) puede utilizarse para convertir de avance por diente (fpt) ya sea a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min).

Carga De Viruta (chip load) Otro término para avance por diente que se refiere al grosor del material de viruta removido por el filo de corte de una herramienta.

Desbastado (roughing) Pasada de corte que enfatiza altos índices de remoción de material con el posible sacrificio del acabado superficial o de la exactitud.

Dureza (hardness) Capacidad de un material para resistir rayado, indentación o penetración. Los materiales de pieza de trabajo con dureza aumentada generan más calor y son más difíciles de maquinar.

Fresadora De Columna Y Codo (column-and-knee-mill) El tipo de fresadora original y más básico que se utiliza para maquinar piezas de trabajo planas o rectangulares.

Herramientas Motorizadas (live tooling) Herramientas de corte impulsadas mecánicamente, como fresas universales de espiga y taladros, contenidas en la torreta del torno. Las herramientas motorizadas pueden realizar operaciones de maquinado fuera de la línea central de la pieza mientras se sostenga la pieza de trabajo estacionaria en el husillo.

Máquina De CNC (CNC machine) Sofisticada máquina herramienta operada por una computadora que puede realizar múltiples operaciones de maquinado en la misma preparación inicial con una variedad de herramientas. Las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y velocidad de avance programados.

Metros Superficiales Por Minuto (surface meters per minute) Distancia en metros que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorre en un minuto. Metros superficiales por minuto (smm) es una medición métrica para la velocidad.

Milímetros Por Minuto (millimeters per minute) Distancia en milímetros que la herramienta o pieza de trabajo completa avanza en un minuto. Milímetros por minuto (mm/min) es una medición métrica para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Milímetros Por Revolución (millimeters per revolution) Distancia en milímetros que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Milímetros por revolución (mm/rev) es una medición métrica para la avance en el torno.

Pi (pi) Valor constante especial que relaciona el diámetro de un círculo a su circunferencia. Pi, aproximadamente 3.14, se usa para determinar la circunferencia y área de un círculo.

Pies Superficiales Por Minuto (surface feet per minute) Distancia en pies que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorren en un minuto. Pies superficiales por minuto (sfm) es una medición inglesa para la velocidad.

Potencia (horsepower) Unidad de energía que se usa para describir la fuerza de una máquina. Una máquina con potencias aumentadas tiene un husillo que puede ejercer una mayor cantidad de fuerza.

Profundidad De Corte (depth of cut) Espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte.

Programa De Pieza (part program) Serie de instrucciones numéricas usadas por una máquina de CNC para realizar la secuencia de operaciones necesaria para maquinar una pieza de trabajo específica. 

Pulgadas Por Minuto (inches per minute) Distancia en pulgadas que la herramienta o pieza de trabajo completa avanzan en un minuto. Pulgadas por minuto (ipm) es una medida inglesa para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Pulgadas Por Revolución (inches per revolution) Distancia en pulgadas que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Pulgadas por revolución (ipr) es una medida inglesa para el avance del torno.

Revoluciones Por Minuto (revolutions per minute) Número de revoluciones que un husillo o herramienta de corte completan en un minuto. Las revoluciones por minuto (rpm) es una medición de velocidad en los sistemas inglés y métrico.

Torno Paralelo (engine lathe) El tipo original y más básico de torno manual que se utiliza para producir piezas de trabajo cilíndricas.

Velocidad (speed) Tasa a la cual la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de corte pasan una a otra en el punto de contacto. La velocidad típicamente define un movimiento giratorio.

Velocidad Constante De Superficie (constant surface speed) Modo de un torno de CNC que ajusta las rpm del husillo conforme la herramienta se recorre hacia el eje del husillo y cuando se aleja de éste.

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Class Outline Objetivos Importancia de la velocidad y el avance Factores que determinan la velocidad y el avance Fuentes de referencia para velocidad y avance Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC Selección de la velocidad para el torno Velocidad constante de superficie Selección del avance para el torno Ejemplo con el torno Selección de la velocidad para la fresadora Selección del avance para la fresadora Ejemplo con la fresadora Optimización de velocidades y avances Resumen

 

Lesson: 1/14 Objetivos

 

Lesson: 2/14 Importancia de la velocidad y el avance

 

Lesson: 3/14 Factores que determinan la velocidad y el avance

 

Lesson: 4/14 Fuentes de referencia para velocidad y avance

 

Lesson: 5/14 Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC

 

Lesson: 6/14 Selección de la velocidad para el torno

 

Lesson: 7/14 Velocidad constante de superficie

 

Lesson: 8/14 Selección del avance para el torno

 

Lesson: 9/14 Ejemplo con el torno

 

Lesson: 10/14 Selección de la velocidad para la fresadora

 

Lesson: 11/14 Selección del avance para la fresadora

 

Lesson: 12/14 Ejemplo con la fresadora

 

Lesson: 13/14 Optimización de velocidades y avances

 

Lesson: 14/14 Resumen

 

Class Vocabulary

Selección de velocidad y avance 300

l Describa las relaciones entre velocidad de corte, dureza de pieza de trabajo y calor.

l Liste las variables que afectan la selección de velocidad y avance. l Describa las fuentes de información adecuadas para seleccionar velocidades y avances. l Distinga entre la selección de velocidad y avance para máquinas manuales y máquinas de CNC. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar la velocidad en el torno.

l Describa la relación entre velocidad constante de superficie y rpm. l Distinga las diversas unidades que se utilizan para determinar el avance en el torno.

l Determine el valor correcto de velocidad en el torno usando la fórmula apropiada. l Determine el valor correcto de velocidad en la fresadora usando la fórmula apropiada. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar el avance en la fresadora.

l Determine el valor correcto de avance en la fresadora usando la fórmula adecuada. l Identifique factores comunes que necesitan ajustes a los valores de velocidad y avance.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el espesor de la viruta removida poruna pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Toda operación de maquinado requiere de la selección de velocidad y avance adecuados para asegurar la mejor productividad, vida útil de la herramienta y calidad de la pieza. Las operaciones decorte generan una cantidad significativa de calor. En cada material de herramienta de corte, el exceso de calor lleva a un desgaste excesivo de herramienta, lo cual se muestra en la figura 1. Conforme se incrementa la velocidad de corte, el calor también se incrementa. Cada tipo de materialde herramienta de corte tiene su rango de calor propio y adecuado que puede soportar y aún desempeñarse efectivamente. Además de las diferencias en el material de herramienta, cada materialde pieza de trabajo ofrece su propia dureza. La figura 2 compara los valores de dureza para materiales de pieza de trabajo comunes. Un incremento en la dureza de la pieza de trabajo lleva a un incremento de calor para la herramienta de corte. Al seleccionar velocidad y avance para una operación de corte específica, usted debe considerar tanto la pieza de trabajo como el material de laherramienta. Esta clase le enseñará cómo seleccionar la velocidad y avance apropiados para las operaciones básicas de torneado y refrentado. También aprenderá cómo convertir las unidades de fuentes de referencia que seleccione a variables de velocidad y avance que pueda utilizar en la máquina.     

Figura 1. Las velocidades y los avances adecuados ayudan a controlar el desgaste de la herramienta, el cual se muestra en esta vista amplificada del filo de corte.

Figura 2. Los diversos materiales de pieza de trabajo ofrecen diferentes valores de dureza que afectan las velocidades y avances.

Como puede ver en la figura 1, múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Algunas variables son menos obvias que otras. Por ejemplo, toda operación de maquinado es afectada por:

l El tipo de material de la pieza de trabajo. Los materiales más duros son más difíciles de maquinar y típicamente requieren de velocidades y avances más conservadores.

l El tipo de material de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros pueden soportar incremento en desgaste más elevado y temperaturas elevadas.

l El acabado superficial requerido. Los acabados superficiales mejorados requieren de

velocidades más rápidas y avances menos agresivos. l El tipo de geometría de herramienta. Diferentes ángulos de inclinación y ángulos de posición 

proporcionan un intercambio entre resistencia del filo para avances aumentados y fuerzas de corte reducidas.

l El tipo de máquina herramienta. La máquina manual y la máquina de CNC proporcionan

potencia, rigidez y velocidades de husillo significativamente diferentes.

l El tipo de preparación para sujeción del trabajo. La rigidez y fuerza de sujeción mejoradas de un dispositivo de sujeción de trabajo permite velocidades de corte y avances más rápidos.

Dependiendo de la situación, puede ser que no le sea posible cambiar algunas de estas variables. Puede ser que usted solamente tenga una máquina herramienta disponible que proporcione menos rigidez o potencia. Puede que no haya tiempo o recursos para desarrollar una sujeción de trabajo hecha a la medida para una corrida pequeña de producción. Ya sea que pueda o no controlar estas variables, usted debe tomar en consideración su impacto en el maquinado al determinar sus velocidades y avances.

    

Figura 1. Múltiples factores determinan la selección de velocidad y avance adecuados.

Aunque cada operación de maquinado se ve afectada por una amplia gama de variables, lo primordial de la selección de velocidad y avance se encuentra el tipo específico de operación de maquinado y la combinación de pieza de trabajo y material de herramienta. De hecho, las fuentes de referencia proporcionan tablas organizadas con esta información. Por ejemplo, la figura 1 muestra una tabla listando velocidades y avances para tornear una pieza de trabajo de acero de bajo carbono con un grado específico de insertos de carburo. Para operaciones de rutina, las tablas de maquinado y los materiales de referencia le proporcionan un punto de partida razonable para seleccionar velocidades y avances. La mayoría de los talleres deben contar con un manual general que contenga esta información. Sin embargo, la fuente de referencia preferente es el catálogo del fabricante específico de herramientas de corte. Como puede ver en la figura 2, numerosos fabricantes ofrecen catálogos sobre sus herramientas específicas. En términos generales, usted ha de encontrar que los materiales de pieza de trabajo más duros y difíciles exigen velocidades iniciales de husillo más lentas. Los materiales de referencia simplemente le proporcionan un rango o punto de partida aceptable para las velocidades y los avances. Estas variables deben entonces ajustarse y optimizarse conforme usted continúa con la corrida de producción.

    

Figura 1. Tabla artificial para un material de pieza de trabajo específico que organiza velocidades y avances de acuerdo con el material de herramienta y tipo de corte.

Figura 2. El catálogo del fabricante de herramientas específico es la mejor referencia a utilizar para la selección de velocidad y avance.

Los enfoques tradicionales de maquinado se basan en máquinas manuales tales como el torno paralelo básico y la fresadora de columna y codo, las cuales se muestran en las figuras 1 y 2. Muchas compañías todavía usan estas máquinas en sus cuartos de herramientas para corridas cortas de producción y para trabajos sobre medida. Para máquinas manuales, la velocidad o el avance correcto implica más "arte" que "ciencia". Los operadores de máquinas se basan en su experiencia e instinto en la operación para juzgar correctamente la velocidad de husillo y el avance de herramienta. Las compañías modernas dependen cada vez más de máquinas de CNC. La figura 3 muestra un torno CNC. Las máquinas de CNC ofrecen mayor potencia, velocidades de husillo más rápidas y mayor rigidez. A diferencia de las máquinas manuales, las máquinas de CNC proporcionan un espacio cerrado que contiene las virutas y fluido de corte. En consecuencia, las velocidades y los avances de una máquina de CNC son mucho mayores que las que usted puede ver en una máquina manual. Debido a que un programa de pieza ejecuta todas las operaciones de maquinado de una máquina de CNC, usted debe programar o seleccionar un valor específico de avance y velocidad. Usted no puede actuar por "instinto" o depender de sus sentidos por que de esta manera queda fuera del proceso. Debido a que los avances de herramientas son automatizados, una variable de velocidad oavance incorrecta puede dañar la pieza de trabajo o la máquina herramienta o inclusive lesionar al operador. Las máquinas de CNC requieren de una sólida comprensión de la selección adecuada de velocidad y avance.

    

Figura 1. Esta fresadora de columna y codo manual tiene un espacio de trabajo abierto.

Figura 2. Un operador puede usar un "sentido de instinto" para operar un torno paralelo manual.

Figura 3. La mayoría de las máquinas de CNC tiene un espacio cerrado y ofrece mayor potencia que las máquinas manuales.

En un torno, la velocidad determina lo rápido que la pieza de trabajo gira en el husillo. Existen dos maneras de medir la velocidad: revoluciones por minuto (rpm) o pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Aunque ambas variables describen la razón de la rotación del husillo, cada tipo de variable de velocidad se basa en diferentes factores. Revoluciones por minuto es una medición directa de cuántas veces gira el husillo en un minuto. No está afectado por el diámetro de la pieza de trabajo opor la ubicación de la herramienta. Pies superficiales por minuto miden lo rápido que la pieza de trabajo pasa bajo la herramienta en el filo de corte. Como puede ver en la figura 1, esta velocidad depende del tamaño de la pieza de trabajo y de la ubicación de la herramienta. Si rpm permanece igual, los pies superficiales por minuto disminuyen conforme el tamaño de la pieza de trabajo tamaño disminuye. Una pieza de trabajo de diámetro menor "viaja" menos pies superficiales que una pieza de trabajo de diámetro mayor. Una fórmula sencilla le ayuda a convertir rpm a sfm. Debe conocer dos valores: rpm y diámetro de la pieza de trabajo en pulgadas. Como puede usted ver en la figura 2, para encontrar sfm, usted multiplica el diámetro por el valor rpm y luego divide la constante 3.82. La constante 3.82 representa 12 pulgadas divididas entre pi y ayuda a convertir de pulgadas a pies. Para unidades métricas, se utiliza una fórmula similar para convertir rpm a m/min. La figura 3 muestra los equivalentes métricos para conversiones de velocidad en el torno. En unidades métricas, la constante es 318.3, lo cual representa 1000 mm divididos entre pi.

    

Figura 1. Si rpm permanece igual, sfm (o m/min) disminuye conforme el diámetro disminuye y la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

El tipo de operación de corte que se realiza en el torno determina el tipo de variable de velocidad que debe conocer. Las operaciones como torneado, refrentado y mandrinado se programan en sfm (m/min) porque la herramienta se puede mover hacia la línea central y alejarse de ella. Las operaciones como taladrado y roscado requieren de velocidades a rpm constantes porque la herramienta se posiciona ya sea en el línea central del eje o permanece a igual distancia del eje. En un torno manual, la velocidad de husillo permanece relativamente constante. Sin embargo, los tornos de CNC son capaces de ajustar la velocidad de husillo durante la operación. Si la velocidad seprograma en sfm, la rotación del husillo se incrementa conforme la herramienta se acerca a la línea central. A esta función se le llama velocidad constante de superficie (CSS por sus siglas en inglés) y mantiene una constante de pies superficiales por minuto durante el corte. Las figuras 1 y 2 comparan valores de velocidad sin CSS y con CSS. Si se está ejecutando taladrado o roscado, el programa requiere de un valor de rpm constante sin CSS. Los códigos especiales del programa indican al torno de CNC qué valor de velocidad se está ejecutando. Las tablas de referencia proporcionadas por los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan velocidades en sfm y smm. Usted puede utilizar este valor de manera directa de las tablas de referencia para operaciones de torneado de rutina. Por medio de la fórmula para convertir de sfm o m/min a rpm, puede determinar la razón de rotación del husillo en rpm paraun diámetro de pieza de trabajo dado.

    

Figura 1. Si no se utiliza CSS, rpm permanece constante y sfm disminuye conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Si se utiliza CSS, sfm permanece constante y las rpm del husillo se incrementan conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Al igual que los valores de velocidad, la selección del avance para el torno es relativamente sencilla. La mayoría de las velocidades de avance se dan en pulgadas por revolución (ipr) o milímetros por revolución (mm/rev). Este valor representa hasta dónde recorre la herramienta con cada rotación completa del husillo. En términos generales, si la pieza de trabajo está girando, la velocidad de avance se mide en ipr (mm/min). Este es el caso de la operación de taladrado que se muestra en la figura 1. Si lo que estágirando es la herramienta, el avance se mide ya sea en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). Éste es el caso si usted está taladrando o fresando con herramientas motorizadas en el torno. Los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan un rango de velocidades de avance recomendadas en ipr y mm/rev para combinaciones específicas de herramientas y pieza de trabajo. Introducir este valor es muy sencillo y no requiere de conversiones. Para la mayoría de las aplicaciones, usted debe primero seleccionar la profundidad de corte más pesada posible. Después de seleccionar la profundidad del corte, la velocidad de avance preferente es tan fuerte como sea posible. Las velocidades de avance más elevadas tienen un efecto menor en el desgaste de la herramienta que las velocidades más elevadas. Sin embargo, en algún punto, una velocidad deavance demasiado fuerte estanca la máquina herramienta.

    

Figura 1. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa, ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Para comprender las variables de velocidad y avance en el torno, considere este ejemplo específico. Usted está torneando una pieza de trabajo de 1.500 pulg. de diámetro hecha de acero al carbono simple 1020. El primer corte es una operación de desbastado con una profundidad de corte de 0.16 pulg. Usted también sabe que la velocidad de husillo es 3311 rpm y que la velocidad de avancees 0.016 ipr. ¿Son éstas las variables adecuadas para su operación de torneado? El catálogo del fabricante es un recurso valioso para encontrar velocidades de corte y avances. Mediante la tabla que compara la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo, debe serle posible encontrar los avances listados en ipr y mm/rev. La tabla en particular de la figura 1 le indica que la velocidad de avance de 0.016 ipr es aceptable. Para su velocidad, usted conoce las rpm del husillo. Sin embargo, los catálogos de herramientas típicamente listan las velocidades en sfm y m/min. Si usted utiliza la fórmula que se muestra en la figura 2, puede convertir las rpm del husillo a sfm. Usted conoce el diámetro (1.5 pulg.) y rpm (3311) de la pieza de trabajo. Si multiplica el diámetro y las rpm y luego divide entre la constante 3.82, determina que la velocidad es aproximadamente 1300 sfm. Una rápida revisión al catálogo del fabricante le indica que esto se encuentra dentro del rango de velocidad recomendado para esta combinación de herramienta y material de pieza de trabajo.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra, los rangosadecuados para valores de velocidad y avance se proporcionan en sfm e ipr.

Figura 2. Muestra de cálculos para encontrar sfm y determinar velocidad de superficie.

La selección de velocidad y avance para la fresadora no es tan sencilla como lo es determinar las mismas variables en el torno. Para la fresadora, la velocidad siempre se mide en revoluciones por minuto (rpm). Esto es correcto para unidades tanto inglesas como métricas. Sin embargo, los fabricantes de herramienta de fresado proporcionan velocidades recomendadas en términos de piessuperficiales por minuto (sfm) y metros por minuto (m/min). La figura 1 compara dos herramientas con las mismas rpm, pero diferentes velocidades de superficie. Usted tiene que convertir estas velocidades en valores de rpm. Como puede usted ver en las figuras 2 y 3, las mismas fórmulas que se utilizan para convertir valores de velocidad para el torno aplican a las conversiones de velocidad en la fresadora. La diferencia clave es que usted trata con el diámetro de una herramienta en lugar del diámetro de unapieza de trabajo. Como usted utiliza típicamente herramientas de corte con diferentes diámetros, pueden requerirse de diferentes valores de rpm para herramientas que utilizan el mismo material deherramienta de corte. Como puede ver en la figura 4, si tiene un cortador con diámetro de 3.00 pulg. con una velocidad recomendada de 2200 sfm, la velocidad de husillo correcta es 2801.33 rpm. Ya sea que la herramienta se utilice para el torno o para la fresadora, los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tablas organizadas por combinaciones de material de herramientas y material de piezas de trabajo.

    

Figura 1. Dos fresadoras con diferentes diámetros girando a las mismas rpm tienen diferentes velocidades de superficie.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 4. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar la velocidad del husillo.

La selección del avance en la fresadora es más complejo que para el torno. La velocidad de avance programada en una fresadora de CNC es en pulgadas por minuto (ipm) o en milímetros por minuto (mm/min). Este valor determina la longitud que la herramienta recorre en un minuto. Sin embargo, los fabricantes de herramientas de corte típicamente proporcionan velocidades de avance como avance por diente (fpt), ya sea en pulgadas o milímetros. La figura 1 ilustra cómo se mide elavance por diente. A este valor también se le llama carga de viruta. El avance por diente permite a los fabricantes de herramientas recomendar velocidades de avance para un amplio rango de herramientas con diferentes diámetros o número de dientes de corte. Estevalor también determina el mejor grosor de viruta para asegurar que el calor sea alejado junto con la viruta y para mantener buen control de la viruta. Al determinar una velocidad de avance de fresadora para la máquina, usted debe convertir de avance por diente a avance por revolución (fpr), ya sea en pulgadas o milímetros. El avance por revolución se incrementa con el número de dientes en la cortadora. Entre más dientes tenga la cortadora, más rápido se incrementa la avance por revolución. Finalmente, usted debe convertir el valor fpr a ipm o a mm/min para determinar la velocidad final de avance que usted selecciona en la máquina. Las fórmulas que se muestran en las figuras 2 y 3 le ayudan a convertir rápidamente de fpt a ipm oa mm/min. Para determinar la velocidad de avance, usted debe conocer el avance por diente (fpt), elnúmero de dientes de la cortadora (T) y la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Multiplicando estas variables, puede determinar la velocidad de avance en ipm o en mm/min, dependiendo de si está trabajando con unidades inglesas o métricas.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el grosor de la viruta removida por una pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Para comprender cómo trabajan las velocidades y los avances en la fresadora, considere este problema de muestra. Piense que está refrentando una pieza cuadrada de aluminio de 4.000 pulg. Se le indica que la fresa de refrentado recomendada es una cortadora de 6.300 pulg. de diámetro con 8 dientes de corte. De acuerdo con la tabla del fabricante de muestra que se presenta en la figura 1, una buena velocidad de arranque es 1500 sfm, con una velocidad de avance de 0.010 ipt. ¿Cómo determina la velocidad y la avance correctas para programar en una fresadora de CNC? Para determinar la velocidad programada, debe convertir sfm a rpm. Usted sabe que la velocidad recomendada es 1500 sfm y el diámetro de la cortadora es 6.300 pulgadas. Colocando estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 2, usted determina que la velocidad de husillo es aproximadamente 909.52 rpm. Ahora que conoce las rpm, puede convertir el avance por diente al avance programable en pulgadas por minuto. El catálogo del fabricante recomienda 0.010 fpt como un buen punto de arranque. Usted también sabe que la herramienta de corte tiene 8 dientes y que la velocidad es 909.52 rpm. Si coloca estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 3, determina que el avance programable es 72.76 ipm. Tanto el valor de velocidad de 909.52 rpm y el valor de avance de 72.76 ipm aparecen como números programados que se utilizan en el programa de pieza real.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra se proporcionan rangos adecuados para velocidady avance en sfm e ipt.

Figura 2. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar velocidad de husillo.

Figura 3. Cálculos de muestra para encontrar ipm y determinar avance.

Los catálogos de fabricantes meramente le proporcionan un rango práctico de variables de velocidad y avance. Sin embargo, recuerde que numerosos factores afectan toda operación de maquinado específica. Es imposible saber con completa certeza la mejor variable de velocidad y avance desde el principio. Un adecuado maquinado implica un cuidadoso monitoreo de las operaciones de maquinado. Como puede usted ver en la figura 1, usted típicamente ajusta estas variables a través de la corrida de producción para maximizar la combinación de desgaste de la herramienta, tiempo de ciclo y acabado superficial. Si el desgaste de la herramienta es demasiado, asegúrese de inspeccionar su herramental. ¿Sus herramientas de corte están operando de manera concéntrica o están descentradas? ¿Sus brocas están desviándose y dejando agujeros ovalados? ¿La longitud de la herramienta es demasiada y lleva a vibración? Un examen del herramental puede detectar una fuente que lleva a una vida deficiente de la herramienta. La figura 2 resume sólo unos cuantos de los posibles problemas de maquinado y sus causas posibles. Recuerde que la velocidad tiene un gran impacto en el desgaste de la herramienta. Si la herramienta de corte se desgasta a una tasa excesiva, una consideración razonable es reducir la velocidad de corte. Algunas fuentes de referencia proporcionan rangos adecuados de velocidad que definen puntos de arranque razonables, con otros rangos de velocidad para optimizar un proceso de corte. Al igual que la velocidad, las fuentes de referencia recomiendan velocidades de avance como un rango adecuado. Para muchas operaciones, lo mejor es primero maximizar la velocidad de avance y luego ajustar la velocidad. Para operaciones de fresado, raras veces debe usted tener un avance por diente menor que 0.003 pulg. (.075 mm) o que exceda 0.012 pulg. (0.3 mm). Las velocidades de avance demasiado elevadas pueden llevar a una presión excesiva de la herramienta y a socavadoo a un corte en exceso.

    

Figura 1. Puede ser que los valores de velocidad y avance tengan que ser ajustados durante una corrida de producción para mejorar la vida de la herramienta o el acabado superficial.

Figura 2. Los operadores experimentados aprenden cómo ajustar velocidades y avances si observan problemas durante el maquinado.

La selección adecuada de velocidad y avance es necesaria para maximizar la vida de la herramienta, la productividad y el acabado superficial. Múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Sin embargo, estas variables son determinadas ante todo por la operación específica y por la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo. Mientras que las máquinas manuales, como el torno paralelo y la fresadora de columna y codo requieren de un sentido de "instinto" del operador, las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y avance específicos programados. En el torno, la velocidad se mide ya sea en revoluciones por minuto (rpm) o en pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Si rpmpermanece constante, sfm o m/min disminuyen conforme la herramienta se acerca a la línea central.Sin embargo, la velocidad constante de superficie (CSS) ajusta las rpm del husillo para mantener una velocidad constante de superficie. Si la pieza de trabajo está girando, el avance se mide ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev). Sin embargo, si la herramienta está girando, el avance se mide en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). En la fresadora, la velocidad una vez más se mide en rpm o ya sea en sfm o m/min. Sin embargo, lavelocidad determina la rotación de la herramienta de corte y no la pieza de trabajo. Los avances de la fresadora difieren del torno por que típicamente se miden en avance por diente. Este valor debe convertirse a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min) para programar el avance correcto en una fresadora de CNC.

    

Figura 1. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 2. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas inglesas para fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 4. Fórmulas métricas para fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Term Definition

Avance (feed) Tasa a la que la pieza de trabajo o la herramienta de corte cambian en posición durante la longitud del corte. El avance típicamente define un movimiento lineal o de contorno.

Avance Por Diente (feed per tooth) Grosor del material de viruta que cada filo de corte de la herramienta remueve con una pasada.

Avance Por Revolución (feed per revolution) Distancia lineal que una herramienta avanza durante una rotación de la pieza de trabajo o herramienta de corte. En la fresadora, el avance por revolución (fpr) puede utilizarse para convertir de avance por diente (fpt) ya sea a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min).

Carga De Viruta (chip load) Otro término para avance por diente que se refiere al grosor del material de viruta removido por el filo de corte de una herramienta.

Desbastado (roughing) Pasada de corte que enfatiza altos índices de remoción de material con el posible sacrificio del acabado superficial o de la exactitud.

Dureza (hardness) Capacidad de un material para resistir rayado, indentación o penetración. Los materiales de pieza de trabajo con dureza aumentada generan más calor y son más difíciles de maquinar.

Fresadora De Columna Y Codo (column-and-knee-mill) El tipo de fresadora original y más básico que se utiliza para maquinar piezas de trabajo planas o rectangulares.

Herramientas Motorizadas (live tooling) Herramientas de corte impulsadas mecánicamente, como fresas universales de espiga y taladros, contenidas en la torreta del torno. Las herramientas motorizadas pueden realizar operaciones de maquinado fuera de la línea central de la pieza mientras se sostenga la pieza de trabajo estacionaria en el husillo.

Máquina De CNC (CNC machine) Sofisticada máquina herramienta operada por una computadora que puede realizar múltiples operaciones de maquinado en la misma preparación inicial con una variedad de herramientas. Las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y velocidad de avance programados.

Metros Superficiales Por Minuto (surface meters per minute) Distancia en metros que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorre en un minuto. Metros superficiales por minuto (smm) es una medición métrica para la velocidad.

Milímetros Por Minuto (millimeters per minute) Distancia en milímetros que la herramienta o pieza de trabajo completa avanza en un minuto. Milímetros por minuto (mm/min) es una medición métrica para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Milímetros Por Revolución (millimeters per revolution) Distancia en milímetros que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Milímetros por revolución (mm/rev) es una medición métrica para la avance en el torno.

Pi (pi) Valor constante especial que relaciona el diámetro de un círculo a su circunferencia. Pi, aproximadamente 3.14, se usa para determinar la circunferencia y área de un círculo.

Pies Superficiales Por Minuto (surface feet per minute) Distancia en pies que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorren en un minuto. Pies superficiales por minuto (sfm) es una medición inglesa para la velocidad.

Potencia (horsepower) Unidad de energía que se usa para describir la fuerza de una máquina. Una máquina con potencias aumentadas tiene un husillo que puede ejercer una mayor cantidad de fuerza.

Profundidad De Corte (depth of cut) Espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte.

Programa De Pieza (part program) Serie de instrucciones numéricas usadas por una máquina de CNC para realizar la secuencia de operaciones necesaria para maquinar una pieza de trabajo específica. 

Pulgadas Por Minuto (inches per minute) Distancia en pulgadas que la herramienta o pieza de trabajo completa avanzan en un minuto. Pulgadas por minuto (ipm) es una medida inglesa para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Pulgadas Por Revolución (inches per revolution) Distancia en pulgadas que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Pulgadas por revolución (ipr) es una medida inglesa para el avance del torno.

Revoluciones Por Minuto (revolutions per minute) Número de revoluciones que un husillo o herramienta de corte completan en un minuto. Las revoluciones por minuto (rpm) es una medición de velocidad en los sistemas inglés y métrico.

Torno Paralelo (engine lathe) El tipo original y más básico de torno manual que se utiliza para producir piezas de trabajo cilíndricas.

Velocidad (speed) Tasa a la cual la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de corte pasan una a otra en el punto de contacto. La velocidad típicamente define un movimiento giratorio.

Velocidad Constante De Superficie (constant surface speed) Modo de un torno de CNC que ajusta las rpm del husillo conforme la herramienta se recorre hacia el eje del husillo y cuando se aleja de éste.

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Class Outline Objetivos Importancia de la velocidad y el avance Factores que determinan la velocidad y el avance Fuentes de referencia para velocidad y avance Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC Selección de la velocidad para el torno Velocidad constante de superficie Selección del avance para el torno Ejemplo con el torno Selección de la velocidad para la fresadora Selección del avance para la fresadora Ejemplo con la fresadora Optimización de velocidades y avances Resumen

 

Lesson: 1/14 Objetivos

 

Lesson: 2/14 Importancia de la velocidad y el avance

 

Lesson: 3/14 Factores que determinan la velocidad y el avance

 

Lesson: 4/14 Fuentes de referencia para velocidad y avance

 

Lesson: 5/14 Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC

 

Lesson: 6/14 Selección de la velocidad para el torno

 

Lesson: 7/14 Velocidad constante de superficie

 

Lesson: 8/14 Selección del avance para el torno

 

Lesson: 9/14 Ejemplo con el torno

 

Lesson: 10/14 Selección de la velocidad para la fresadora

 

Lesson: 11/14 Selección del avance para la fresadora

 

Lesson: 12/14 Ejemplo con la fresadora

 

Lesson: 13/14 Optimización de velocidades y avances

 

Lesson: 14/14 Resumen

 

Class Vocabulary

Selección de velocidad y avance 300

l Describa las relaciones entre velocidad de corte, dureza de pieza de trabajo y calor.

l Liste las variables que afectan la selección de velocidad y avance. l Describa las fuentes de información adecuadas para seleccionar velocidades y avances. l Distinga entre la selección de velocidad y avance para máquinas manuales y máquinas de CNC. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar la velocidad en el torno.

l Describa la relación entre velocidad constante de superficie y rpm. l Distinga las diversas unidades que se utilizan para determinar el avance en el torno.

l Determine el valor correcto de velocidad en el torno usando la fórmula apropiada. l Determine el valor correcto de velocidad en la fresadora usando la fórmula apropiada. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar el avance en la fresadora.

l Determine el valor correcto de avance en la fresadora usando la fórmula adecuada. l Identifique factores comunes que necesitan ajustes a los valores de velocidad y avance.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el espesor de la viruta removida poruna pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Toda operación de maquinado requiere de la selección de velocidad y avance adecuados para asegurar la mejor productividad, vida útil de la herramienta y calidad de la pieza. Las operaciones decorte generan una cantidad significativa de calor. En cada material de herramienta de corte, el exceso de calor lleva a un desgaste excesivo de herramienta, lo cual se muestra en la figura 1. Conforme se incrementa la velocidad de corte, el calor también se incrementa. Cada tipo de materialde herramienta de corte tiene su rango de calor propio y adecuado que puede soportar y aún desempeñarse efectivamente. Además de las diferencias en el material de herramienta, cada materialde pieza de trabajo ofrece su propia dureza. La figura 2 compara los valores de dureza para materiales de pieza de trabajo comunes. Un incremento en la dureza de la pieza de trabajo lleva a un incremento de calor para la herramienta de corte. Al seleccionar velocidad y avance para una operación de corte específica, usted debe considerar tanto la pieza de trabajo como el material de laherramienta. Esta clase le enseñará cómo seleccionar la velocidad y avance apropiados para las operaciones básicas de torneado y refrentado. También aprenderá cómo convertir las unidades de fuentes de referencia que seleccione a variables de velocidad y avance que pueda utilizar en la máquina.     

Figura 1. Las velocidades y los avances adecuados ayudan a controlar el desgaste de la herramienta, el cual se muestra en esta vista amplificada del filo de corte.

Figura 2. Los diversos materiales de pieza de trabajo ofrecen diferentes valores de dureza que afectan las velocidades y avances.

Como puede ver en la figura 1, múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Algunas variables son menos obvias que otras. Por ejemplo, toda operación de maquinado es afectada por:

l El tipo de material de la pieza de trabajo. Los materiales más duros son más difíciles de maquinar y típicamente requieren de velocidades y avances más conservadores.

l El tipo de material de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros pueden soportar incremento en desgaste más elevado y temperaturas elevadas.

l El acabado superficial requerido. Los acabados superficiales mejorados requieren de

velocidades más rápidas y avances menos agresivos. l El tipo de geometría de herramienta. Diferentes ángulos de inclinación y ángulos de posición 

proporcionan un intercambio entre resistencia del filo para avances aumentados y fuerzas de corte reducidas.

l El tipo de máquina herramienta. La máquina manual y la máquina de CNC proporcionan

potencia, rigidez y velocidades de husillo significativamente diferentes.

l El tipo de preparación para sujeción del trabajo. La rigidez y fuerza de sujeción mejoradas de un dispositivo de sujeción de trabajo permite velocidades de corte y avances más rápidos.

Dependiendo de la situación, puede ser que no le sea posible cambiar algunas de estas variables. Puede ser que usted solamente tenga una máquina herramienta disponible que proporcione menos rigidez o potencia. Puede que no haya tiempo o recursos para desarrollar una sujeción de trabajo hecha a la medida para una corrida pequeña de producción. Ya sea que pueda o no controlar estas variables, usted debe tomar en consideración su impacto en el maquinado al determinar sus velocidades y avances.

    

Figura 1. Múltiples factores determinan la selección de velocidad y avance adecuados.

Aunque cada operación de maquinado se ve afectada por una amplia gama de variables, lo primordial de la selección de velocidad y avance se encuentra el tipo específico de operación de maquinado y la combinación de pieza de trabajo y material de herramienta. De hecho, las fuentes de referencia proporcionan tablas organizadas con esta información. Por ejemplo, la figura 1 muestra una tabla listando velocidades y avances para tornear una pieza de trabajo de acero de bajo carbono con un grado específico de insertos de carburo. Para operaciones de rutina, las tablas de maquinado y los materiales de referencia le proporcionan un punto de partida razonable para seleccionar velocidades y avances. La mayoría de los talleres deben contar con un manual general que contenga esta información. Sin embargo, la fuente de referencia preferente es el catálogo del fabricante específico de herramientas de corte. Como puede ver en la figura 2, numerosos fabricantes ofrecen catálogos sobre sus herramientas específicas. En términos generales, usted ha de encontrar que los materiales de pieza de trabajo más duros y difíciles exigen velocidades iniciales de husillo más lentas. Los materiales de referencia simplemente le proporcionan un rango o punto de partida aceptable para las velocidades y los avances. Estas variables deben entonces ajustarse y optimizarse conforme usted continúa con la corrida de producción.

    

Figura 1. Tabla artificial para un material de pieza de trabajo específico que organiza velocidades y avances de acuerdo con el material de herramienta y tipo de corte.

Figura 2. El catálogo del fabricante de herramientas específico es la mejor referencia a utilizar para la selección de velocidad y avance.

Los enfoques tradicionales de maquinado se basan en máquinas manuales tales como el torno paralelo básico y la fresadora de columna y codo, las cuales se muestran en las figuras 1 y 2. Muchas compañías todavía usan estas máquinas en sus cuartos de herramientas para corridas cortas de producción y para trabajos sobre medida. Para máquinas manuales, la velocidad o el avance correcto implica más "arte" que "ciencia". Los operadores de máquinas se basan en su experiencia e instinto en la operación para juzgar correctamente la velocidad de husillo y el avance de herramienta. Las compañías modernas dependen cada vez más de máquinas de CNC. La figura 3 muestra un torno CNC. Las máquinas de CNC ofrecen mayor potencia, velocidades de husillo más rápidas y mayor rigidez. A diferencia de las máquinas manuales, las máquinas de CNC proporcionan un espacio cerrado que contiene las virutas y fluido de corte. En consecuencia, las velocidades y los avances de una máquina de CNC son mucho mayores que las que usted puede ver en una máquina manual. Debido a que un programa de pieza ejecuta todas las operaciones de maquinado de una máquina de CNC, usted debe programar o seleccionar un valor específico de avance y velocidad. Usted no puede actuar por "instinto" o depender de sus sentidos por que de esta manera queda fuera del proceso. Debido a que los avances de herramientas son automatizados, una variable de velocidad oavance incorrecta puede dañar la pieza de trabajo o la máquina herramienta o inclusive lesionar al operador. Las máquinas de CNC requieren de una sólida comprensión de la selección adecuada de velocidad y avance.

    

Figura 1. Esta fresadora de columna y codo manual tiene un espacio de trabajo abierto.

Figura 2. Un operador puede usar un "sentido de instinto" para operar un torno paralelo manual.

Figura 3. La mayoría de las máquinas de CNC tiene un espacio cerrado y ofrece mayor potencia que las máquinas manuales.

En un torno, la velocidad determina lo rápido que la pieza de trabajo gira en el husillo. Existen dos maneras de medir la velocidad: revoluciones por minuto (rpm) o pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Aunque ambas variables describen la razón de la rotación del husillo, cada tipo de variable de velocidad se basa en diferentes factores. Revoluciones por minuto es una medición directa de cuántas veces gira el husillo en un minuto. No está afectado por el diámetro de la pieza de trabajo opor la ubicación de la herramienta. Pies superficiales por minuto miden lo rápido que la pieza de trabajo pasa bajo la herramienta en el filo de corte. Como puede ver en la figura 1, esta velocidad depende del tamaño de la pieza de trabajo y de la ubicación de la herramienta. Si rpm permanece igual, los pies superficiales por minuto disminuyen conforme el tamaño de la pieza de trabajo tamaño disminuye. Una pieza de trabajo de diámetro menor "viaja" menos pies superficiales que una pieza de trabajo de diámetro mayor. Una fórmula sencilla le ayuda a convertir rpm a sfm. Debe conocer dos valores: rpm y diámetro de la pieza de trabajo en pulgadas. Como puede usted ver en la figura 2, para encontrar sfm, usted multiplica el diámetro por el valor rpm y luego divide la constante 3.82. La constante 3.82 representa 12 pulgadas divididas entre pi y ayuda a convertir de pulgadas a pies. Para unidades métricas, se utiliza una fórmula similar para convertir rpm a m/min. La figura 3 muestra los equivalentes métricos para conversiones de velocidad en el torno. En unidades métricas, la constante es 318.3, lo cual representa 1000 mm divididos entre pi.

    

Figura 1. Si rpm permanece igual, sfm (o m/min) disminuye conforme el diámetro disminuye y la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

El tipo de operación de corte que se realiza en el torno determina el tipo de variable de velocidad que debe conocer. Las operaciones como torneado, refrentado y mandrinado se programan en sfm (m/min) porque la herramienta se puede mover hacia la línea central y alejarse de ella. Las operaciones como taladrado y roscado requieren de velocidades a rpm constantes porque la herramienta se posiciona ya sea en el línea central del eje o permanece a igual distancia del eje. En un torno manual, la velocidad de husillo permanece relativamente constante. Sin embargo, los tornos de CNC son capaces de ajustar la velocidad de husillo durante la operación. Si la velocidad seprograma en sfm, la rotación del husillo se incrementa conforme la herramienta se acerca a la línea central. A esta función se le llama velocidad constante de superficie (CSS por sus siglas en inglés) y mantiene una constante de pies superficiales por minuto durante el corte. Las figuras 1 y 2 comparan valores de velocidad sin CSS y con CSS. Si se está ejecutando taladrado o roscado, el programa requiere de un valor de rpm constante sin CSS. Los códigos especiales del programa indican al torno de CNC qué valor de velocidad se está ejecutando. Las tablas de referencia proporcionadas por los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan velocidades en sfm y smm. Usted puede utilizar este valor de manera directa de las tablas de referencia para operaciones de torneado de rutina. Por medio de la fórmula para convertir de sfm o m/min a rpm, puede determinar la razón de rotación del husillo en rpm paraun diámetro de pieza de trabajo dado.

    

Figura 1. Si no se utiliza CSS, rpm permanece constante y sfm disminuye conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Si se utiliza CSS, sfm permanece constante y las rpm del husillo se incrementan conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Al igual que los valores de velocidad, la selección del avance para el torno es relativamente sencilla. La mayoría de las velocidades de avance se dan en pulgadas por revolución (ipr) o milímetros por revolución (mm/rev). Este valor representa hasta dónde recorre la herramienta con cada rotación completa del husillo. En términos generales, si la pieza de trabajo está girando, la velocidad de avance se mide en ipr (mm/min). Este es el caso de la operación de taladrado que se muestra en la figura 1. Si lo que estágirando es la herramienta, el avance se mide ya sea en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). Éste es el caso si usted está taladrando o fresando con herramientas motorizadas en el torno. Los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan un rango de velocidades de avance recomendadas en ipr y mm/rev para combinaciones específicas de herramientas y pieza de trabajo. Introducir este valor es muy sencillo y no requiere de conversiones. Para la mayoría de las aplicaciones, usted debe primero seleccionar la profundidad de corte más pesada posible. Después de seleccionar la profundidad del corte, la velocidad de avance preferente es tan fuerte como sea posible. Las velocidades de avance más elevadas tienen un efecto menor en el desgaste de la herramienta que las velocidades más elevadas. Sin embargo, en algún punto, una velocidad deavance demasiado fuerte estanca la máquina herramienta.

    

Figura 1. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa, ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Para comprender las variables de velocidad y avance en el torno, considere este ejemplo específico. Usted está torneando una pieza de trabajo de 1.500 pulg. de diámetro hecha de acero al carbono simple 1020. El primer corte es una operación de desbastado con una profundidad de corte de 0.16 pulg. Usted también sabe que la velocidad de husillo es 3311 rpm y que la velocidad de avancees 0.016 ipr. ¿Son éstas las variables adecuadas para su operación de torneado? El catálogo del fabricante es un recurso valioso para encontrar velocidades de corte y avances. Mediante la tabla que compara la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo, debe serle posible encontrar los avances listados en ipr y mm/rev. La tabla en particular de la figura 1 le indica que la velocidad de avance de 0.016 ipr es aceptable. Para su velocidad, usted conoce las rpm del husillo. Sin embargo, los catálogos de herramientas típicamente listan las velocidades en sfm y m/min. Si usted utiliza la fórmula que se muestra en la figura 2, puede convertir las rpm del husillo a sfm. Usted conoce el diámetro (1.5 pulg.) y rpm (3311) de la pieza de trabajo. Si multiplica el diámetro y las rpm y luego divide entre la constante 3.82, determina que la velocidad es aproximadamente 1300 sfm. Una rápida revisión al catálogo del fabricante le indica que esto se encuentra dentro del rango de velocidad recomendado para esta combinación de herramienta y material de pieza de trabajo.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra, los rangosadecuados para valores de velocidad y avance se proporcionan en sfm e ipr.

Figura 2. Muestra de cálculos para encontrar sfm y determinar velocidad de superficie.

La selección de velocidad y avance para la fresadora no es tan sencilla como lo es determinar las mismas variables en el torno. Para la fresadora, la velocidad siempre se mide en revoluciones por minuto (rpm). Esto es correcto para unidades tanto inglesas como métricas. Sin embargo, los fabricantes de herramienta de fresado proporcionan velocidades recomendadas en términos de piessuperficiales por minuto (sfm) y metros por minuto (m/min). La figura 1 compara dos herramientas con las mismas rpm, pero diferentes velocidades de superficie. Usted tiene que convertir estas velocidades en valores de rpm. Como puede usted ver en las figuras 2 y 3, las mismas fórmulas que se utilizan para convertir valores de velocidad para el torno aplican a las conversiones de velocidad en la fresadora. La diferencia clave es que usted trata con el diámetro de una herramienta en lugar del diámetro de unapieza de trabajo. Como usted utiliza típicamente herramientas de corte con diferentes diámetros, pueden requerirse de diferentes valores de rpm para herramientas que utilizan el mismo material deherramienta de corte. Como puede ver en la figura 4, si tiene un cortador con diámetro de 3.00 pulg. con una velocidad recomendada de 2200 sfm, la velocidad de husillo correcta es 2801.33 rpm. Ya sea que la herramienta se utilice para el torno o para la fresadora, los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tablas organizadas por combinaciones de material de herramientas y material de piezas de trabajo.

    

Figura 1. Dos fresadoras con diferentes diámetros girando a las mismas rpm tienen diferentes velocidades de superficie.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 4. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar la velocidad del husillo.

La selección del avance en la fresadora es más complejo que para el torno. La velocidad de avance programada en una fresadora de CNC es en pulgadas por minuto (ipm) o en milímetros por minuto (mm/min). Este valor determina la longitud que la herramienta recorre en un minuto. Sin embargo, los fabricantes de herramientas de corte típicamente proporcionan velocidades de avance como avance por diente (fpt), ya sea en pulgadas o milímetros. La figura 1 ilustra cómo se mide elavance por diente. A este valor también se le llama carga de viruta. El avance por diente permite a los fabricantes de herramientas recomendar velocidades de avance para un amplio rango de herramientas con diferentes diámetros o número de dientes de corte. Estevalor también determina el mejor grosor de viruta para asegurar que el calor sea alejado junto con la viruta y para mantener buen control de la viruta. Al determinar una velocidad de avance de fresadora para la máquina, usted debe convertir de avance por diente a avance por revolución (fpr), ya sea en pulgadas o milímetros. El avance por revolución se incrementa con el número de dientes en la cortadora. Entre más dientes tenga la cortadora, más rápido se incrementa la avance por revolución. Finalmente, usted debe convertir el valor fpr a ipm o a mm/min para determinar la velocidad final de avance que usted selecciona en la máquina. Las fórmulas que se muestran en las figuras 2 y 3 le ayudan a convertir rápidamente de fpt a ipm oa mm/min. Para determinar la velocidad de avance, usted debe conocer el avance por diente (fpt), elnúmero de dientes de la cortadora (T) y la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Multiplicando estas variables, puede determinar la velocidad de avance en ipm o en mm/min, dependiendo de si está trabajando con unidades inglesas o métricas.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el grosor de la viruta removida por una pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Para comprender cómo trabajan las velocidades y los avances en la fresadora, considere este problema de muestra. Piense que está refrentando una pieza cuadrada de aluminio de 4.000 pulg. Se le indica que la fresa de refrentado recomendada es una cortadora de 6.300 pulg. de diámetro con 8 dientes de corte. De acuerdo con la tabla del fabricante de muestra que se presenta en la figura 1, una buena velocidad de arranque es 1500 sfm, con una velocidad de avance de 0.010 ipt. ¿Cómo determina la velocidad y la avance correctas para programar en una fresadora de CNC? Para determinar la velocidad programada, debe convertir sfm a rpm. Usted sabe que la velocidad recomendada es 1500 sfm y el diámetro de la cortadora es 6.300 pulgadas. Colocando estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 2, usted determina que la velocidad de husillo es aproximadamente 909.52 rpm. Ahora que conoce las rpm, puede convertir el avance por diente al avance programable en pulgadas por minuto. El catálogo del fabricante recomienda 0.010 fpt como un buen punto de arranque. Usted también sabe que la herramienta de corte tiene 8 dientes y que la velocidad es 909.52 rpm. Si coloca estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 3, determina que el avance programable es 72.76 ipm. Tanto el valor de velocidad de 909.52 rpm y el valor de avance de 72.76 ipm aparecen como números programados que se utilizan en el programa de pieza real.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra se proporcionan rangos adecuados para velocidady avance en sfm e ipt.

Figura 2. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar velocidad de husillo.

Figura 3. Cálculos de muestra para encontrar ipm y determinar avance.

Los catálogos de fabricantes meramente le proporcionan un rango práctico de variables de velocidad y avance. Sin embargo, recuerde que numerosos factores afectan toda operación de maquinado específica. Es imposible saber con completa certeza la mejor variable de velocidad y avance desde el principio. Un adecuado maquinado implica un cuidadoso monitoreo de las operaciones de maquinado. Como puede usted ver en la figura 1, usted típicamente ajusta estas variables a través de la corrida de producción para maximizar la combinación de desgaste de la herramienta, tiempo de ciclo y acabado superficial. Si el desgaste de la herramienta es demasiado, asegúrese de inspeccionar su herramental. ¿Sus herramientas de corte están operando de manera concéntrica o están descentradas? ¿Sus brocas están desviándose y dejando agujeros ovalados? ¿La longitud de la herramienta es demasiada y lleva a vibración? Un examen del herramental puede detectar una fuente que lleva a una vida deficiente de la herramienta. La figura 2 resume sólo unos cuantos de los posibles problemas de maquinado y sus causas posibles. Recuerde que la velocidad tiene un gran impacto en el desgaste de la herramienta. Si la herramienta de corte se desgasta a una tasa excesiva, una consideración razonable es reducir la velocidad de corte. Algunas fuentes de referencia proporcionan rangos adecuados de velocidad que definen puntos de arranque razonables, con otros rangos de velocidad para optimizar un proceso de corte. Al igual que la velocidad, las fuentes de referencia recomiendan velocidades de avance como un rango adecuado. Para muchas operaciones, lo mejor es primero maximizar la velocidad de avance y luego ajustar la velocidad. Para operaciones de fresado, raras veces debe usted tener un avance por diente menor que 0.003 pulg. (.075 mm) o que exceda 0.012 pulg. (0.3 mm). Las velocidades de avance demasiado elevadas pueden llevar a una presión excesiva de la herramienta y a socavadoo a un corte en exceso.

    

Figura 1. Puede ser que los valores de velocidad y avance tengan que ser ajustados durante una corrida de producción para mejorar la vida de la herramienta o el acabado superficial.

Figura 2. Los operadores experimentados aprenden cómo ajustar velocidades y avances si observan problemas durante el maquinado.

La selección adecuada de velocidad y avance es necesaria para maximizar la vida de la herramienta, la productividad y el acabado superficial. Múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Sin embargo, estas variables son determinadas ante todo por la operación específica y por la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo. Mientras que las máquinas manuales, como el torno paralelo y la fresadora de columna y codo requieren de un sentido de "instinto" del operador, las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y avance específicos programados. En el torno, la velocidad se mide ya sea en revoluciones por minuto (rpm) o en pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Si rpmpermanece constante, sfm o m/min disminuyen conforme la herramienta se acerca a la línea central.Sin embargo, la velocidad constante de superficie (CSS) ajusta las rpm del husillo para mantener una velocidad constante de superficie. Si la pieza de trabajo está girando, el avance se mide ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev). Sin embargo, si la herramienta está girando, el avance se mide en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). En la fresadora, la velocidad una vez más se mide en rpm o ya sea en sfm o m/min. Sin embargo, lavelocidad determina la rotación de la herramienta de corte y no la pieza de trabajo. Los avances de la fresadora difieren del torno por que típicamente se miden en avance por diente. Este valor debe convertirse a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min) para programar el avance correcto en una fresadora de CNC.

    

Figura 1. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 2. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas inglesas para fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 4. Fórmulas métricas para fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Term Definition

Avance (feed) Tasa a la que la pieza de trabajo o la herramienta de corte cambian en posición durante la longitud del corte. El avance típicamente define un movimiento lineal o de contorno.

Avance Por Diente (feed per tooth) Grosor del material de viruta que cada filo de corte de la herramienta remueve con una pasada.

Avance Por Revolución (feed per revolution) Distancia lineal que una herramienta avanza durante una rotación de la pieza de trabajo o herramienta de corte. En la fresadora, el avance por revolución (fpr) puede utilizarse para convertir de avance por diente (fpt) ya sea a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min).

Carga De Viruta (chip load) Otro término para avance por diente que se refiere al grosor del material de viruta removido por el filo de corte de una herramienta.

Desbastado (roughing) Pasada de corte que enfatiza altos índices de remoción de material con el posible sacrificio del acabado superficial o de la exactitud.

Dureza (hardness) Capacidad de un material para resistir rayado, indentación o penetración. Los materiales de pieza de trabajo con dureza aumentada generan más calor y son más difíciles de maquinar.

Fresadora De Columna Y Codo (column-and-knee-mill) El tipo de fresadora original y más básico que se utiliza para maquinar piezas de trabajo planas o rectangulares.

Herramientas Motorizadas (live tooling) Herramientas de corte impulsadas mecánicamente, como fresas universales de espiga y taladros, contenidas en la torreta del torno. Las herramientas motorizadas pueden realizar operaciones de maquinado fuera de la línea central de la pieza mientras se sostenga la pieza de trabajo estacionaria en el husillo.

Máquina De CNC (CNC machine) Sofisticada máquina herramienta operada por una computadora que puede realizar múltiples operaciones de maquinado en la misma preparación inicial con una variedad de herramientas. Las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y velocidad de avance programados.

Metros Superficiales Por Minuto (surface meters per minute) Distancia en metros que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorre en un minuto. Metros superficiales por minuto (smm) es una medición métrica para la velocidad.

Milímetros Por Minuto (millimeters per minute) Distancia en milímetros que la herramienta o pieza de trabajo completa avanza en un minuto. Milímetros por minuto (mm/min) es una medición métrica para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Milímetros Por Revolución (millimeters per revolution) Distancia en milímetros que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Milímetros por revolución (mm/rev) es una medición métrica para la avance en el torno.

Pi (pi) Valor constante especial que relaciona el diámetro de un círculo a su circunferencia. Pi, aproximadamente 3.14, se usa para determinar la circunferencia y área de un círculo.

Pies Superficiales Por Minuto (surface feet per minute) Distancia en pies que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorren en un minuto. Pies superficiales por minuto (sfm) es una medición inglesa para la velocidad.

Potencia (horsepower) Unidad de energía que se usa para describir la fuerza de una máquina. Una máquina con potencias aumentadas tiene un husillo que puede ejercer una mayor cantidad de fuerza.

Profundidad De Corte (depth of cut) Espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte.

Programa De Pieza (part program) Serie de instrucciones numéricas usadas por una máquina de CNC para realizar la secuencia de operaciones necesaria para maquinar una pieza de trabajo específica. 

Pulgadas Por Minuto (inches per minute) Distancia en pulgadas que la herramienta o pieza de trabajo completa avanzan en un minuto. Pulgadas por minuto (ipm) es una medida inglesa para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Pulgadas Por Revolución (inches per revolution) Distancia en pulgadas que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Pulgadas por revolución (ipr) es una medida inglesa para el avance del torno.

Revoluciones Por Minuto (revolutions per minute) Número de revoluciones que un husillo o herramienta de corte completan en un minuto. Las revoluciones por minuto (rpm) es una medición de velocidad en los sistemas inglés y métrico.

Torno Paralelo (engine lathe) El tipo original y más básico de torno manual que se utiliza para producir piezas de trabajo cilíndricas.

Velocidad (speed) Tasa a la cual la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de corte pasan una a otra en el punto de contacto. La velocidad típicamente define un movimiento giratorio.

Velocidad Constante De Superficie (constant surface speed) Modo de un torno de CNC que ajusta las rpm del husillo conforme la herramienta se recorre hacia el eje del husillo y cuando se aleja de éste.

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Class Outline Objetivos Importancia de la velocidad y el avance Factores que determinan la velocidad y el avance Fuentes de referencia para velocidad y avance Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC Selección de la velocidad para el torno Velocidad constante de superficie Selección del avance para el torno Ejemplo con el torno Selección de la velocidad para la fresadora Selección del avance para la fresadora Ejemplo con la fresadora Optimización de velocidades y avances Resumen

 

Lesson: 1/14 Objetivos

 

Lesson: 2/14 Importancia de la velocidad y el avance

 

Lesson: 3/14 Factores que determinan la velocidad y el avance

 

Lesson: 4/14 Fuentes de referencia para velocidad y avance

 

Lesson: 5/14 Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC

 

Lesson: 6/14 Selección de la velocidad para el torno

 

Lesson: 7/14 Velocidad constante de superficie

 

Lesson: 8/14 Selección del avance para el torno

 

Lesson: 9/14 Ejemplo con el torno

 

Lesson: 10/14 Selección de la velocidad para la fresadora

 

Lesson: 11/14 Selección del avance para la fresadora

 

Lesson: 12/14 Ejemplo con la fresadora

 

Lesson: 13/14 Optimización de velocidades y avances

 

Lesson: 14/14 Resumen

 

Class Vocabulary

Selección de velocidad y avance 300

l Describa las relaciones entre velocidad de corte, dureza de pieza de trabajo y calor.

l Liste las variables que afectan la selección de velocidad y avance. l Describa las fuentes de información adecuadas para seleccionar velocidades y avances. l Distinga entre la selección de velocidad y avance para máquinas manuales y máquinas de CNC. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar la velocidad en el torno.

l Describa la relación entre velocidad constante de superficie y rpm. l Distinga las diversas unidades que se utilizan para determinar el avance en el torno.

l Determine el valor correcto de velocidad en el torno usando la fórmula apropiada. l Determine el valor correcto de velocidad en la fresadora usando la fórmula apropiada. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar el avance en la fresadora.

l Determine el valor correcto de avance en la fresadora usando la fórmula adecuada. l Identifique factores comunes que necesitan ajustes a los valores de velocidad y avance.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el espesor de la viruta removida poruna pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Toda operación de maquinado requiere de la selección de velocidad y avance adecuados para asegurar la mejor productividad, vida útil de la herramienta y calidad de la pieza. Las operaciones decorte generan una cantidad significativa de calor. En cada material de herramienta de corte, el exceso de calor lleva a un desgaste excesivo de herramienta, lo cual se muestra en la figura 1. Conforme se incrementa la velocidad de corte, el calor también se incrementa. Cada tipo de materialde herramienta de corte tiene su rango de calor propio y adecuado que puede soportar y aún desempeñarse efectivamente. Además de las diferencias en el material de herramienta, cada materialde pieza de trabajo ofrece su propia dureza. La figura 2 compara los valores de dureza para materiales de pieza de trabajo comunes. Un incremento en la dureza de la pieza de trabajo lleva a un incremento de calor para la herramienta de corte. Al seleccionar velocidad y avance para una operación de corte específica, usted debe considerar tanto la pieza de trabajo como el material de laherramienta. Esta clase le enseñará cómo seleccionar la velocidad y avance apropiados para las operaciones básicas de torneado y refrentado. También aprenderá cómo convertir las unidades de fuentes de referencia que seleccione a variables de velocidad y avance que pueda utilizar en la máquina.     

Figura 1. Las velocidades y los avances adecuados ayudan a controlar el desgaste de la herramienta, el cual se muestra en esta vista amplificada del filo de corte.

Figura 2. Los diversos materiales de pieza de trabajo ofrecen diferentes valores de dureza que afectan las velocidades y avances.

Como puede ver en la figura 1, múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Algunas variables son menos obvias que otras. Por ejemplo, toda operación de maquinado es afectada por:

l El tipo de material de la pieza de trabajo. Los materiales más duros son más difíciles de maquinar y típicamente requieren de velocidades y avances más conservadores.

l El tipo de material de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros pueden soportar incremento en desgaste más elevado y temperaturas elevadas.

l El acabado superficial requerido. Los acabados superficiales mejorados requieren de

velocidades más rápidas y avances menos agresivos. l El tipo de geometría de herramienta. Diferentes ángulos de inclinación y ángulos de posición 

proporcionan un intercambio entre resistencia del filo para avances aumentados y fuerzas de corte reducidas.

l El tipo de máquina herramienta. La máquina manual y la máquina de CNC proporcionan

potencia, rigidez y velocidades de husillo significativamente diferentes.

l El tipo de preparación para sujeción del trabajo. La rigidez y fuerza de sujeción mejoradas de un dispositivo de sujeción de trabajo permite velocidades de corte y avances más rápidos.

Dependiendo de la situación, puede ser que no le sea posible cambiar algunas de estas variables. Puede ser que usted solamente tenga una máquina herramienta disponible que proporcione menos rigidez o potencia. Puede que no haya tiempo o recursos para desarrollar una sujeción de trabajo hecha a la medida para una corrida pequeña de producción. Ya sea que pueda o no controlar estas variables, usted debe tomar en consideración su impacto en el maquinado al determinar sus velocidades y avances.

    

Figura 1. Múltiples factores determinan la selección de velocidad y avance adecuados.

Aunque cada operación de maquinado se ve afectada por una amplia gama de variables, lo primordial de la selección de velocidad y avance se encuentra el tipo específico de operación de maquinado y la combinación de pieza de trabajo y material de herramienta. De hecho, las fuentes de referencia proporcionan tablas organizadas con esta información. Por ejemplo, la figura 1 muestra una tabla listando velocidades y avances para tornear una pieza de trabajo de acero de bajo carbono con un grado específico de insertos de carburo. Para operaciones de rutina, las tablas de maquinado y los materiales de referencia le proporcionan un punto de partida razonable para seleccionar velocidades y avances. La mayoría de los talleres deben contar con un manual general que contenga esta información. Sin embargo, la fuente de referencia preferente es el catálogo del fabricante específico de herramientas de corte. Como puede ver en la figura 2, numerosos fabricantes ofrecen catálogos sobre sus herramientas específicas. En términos generales, usted ha de encontrar que los materiales de pieza de trabajo más duros y difíciles exigen velocidades iniciales de husillo más lentas. Los materiales de referencia simplemente le proporcionan un rango o punto de partida aceptable para las velocidades y los avances. Estas variables deben entonces ajustarse y optimizarse conforme usted continúa con la corrida de producción.

    

Figura 1. Tabla artificial para un material de pieza de trabajo específico que organiza velocidades y avances de acuerdo con el material de herramienta y tipo de corte.

Figura 2. El catálogo del fabricante de herramientas específico es la mejor referencia a utilizar para la selección de velocidad y avance.

Los enfoques tradicionales de maquinado se basan en máquinas manuales tales como el torno paralelo básico y la fresadora de columna y codo, las cuales se muestran en las figuras 1 y 2. Muchas compañías todavía usan estas máquinas en sus cuartos de herramientas para corridas cortas de producción y para trabajos sobre medida. Para máquinas manuales, la velocidad o el avance correcto implica más "arte" que "ciencia". Los operadores de máquinas se basan en su experiencia e instinto en la operación para juzgar correctamente la velocidad de husillo y el avance de herramienta. Las compañías modernas dependen cada vez más de máquinas de CNC. La figura 3 muestra un torno CNC. Las máquinas de CNC ofrecen mayor potencia, velocidades de husillo más rápidas y mayor rigidez. A diferencia de las máquinas manuales, las máquinas de CNC proporcionan un espacio cerrado que contiene las virutas y fluido de corte. En consecuencia, las velocidades y los avances de una máquina de CNC son mucho mayores que las que usted puede ver en una máquina manual. Debido a que un programa de pieza ejecuta todas las operaciones de maquinado de una máquina de CNC, usted debe programar o seleccionar un valor específico de avance y velocidad. Usted no puede actuar por "instinto" o depender de sus sentidos por que de esta manera queda fuera del proceso. Debido a que los avances de herramientas son automatizados, una variable de velocidad oavance incorrecta puede dañar la pieza de trabajo o la máquina herramienta o inclusive lesionar al operador. Las máquinas de CNC requieren de una sólida comprensión de la selección adecuada de velocidad y avance.

    

Figura 1. Esta fresadora de columna y codo manual tiene un espacio de trabajo abierto.

Figura 2. Un operador puede usar un "sentido de instinto" para operar un torno paralelo manual.

Figura 3. La mayoría de las máquinas de CNC tiene un espacio cerrado y ofrece mayor potencia que las máquinas manuales.

En un torno, la velocidad determina lo rápido que la pieza de trabajo gira en el husillo. Existen dos maneras de medir la velocidad: revoluciones por minuto (rpm) o pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Aunque ambas variables describen la razón de la rotación del husillo, cada tipo de variable de velocidad se basa en diferentes factores. Revoluciones por minuto es una medición directa de cuántas veces gira el husillo en un minuto. No está afectado por el diámetro de la pieza de trabajo opor la ubicación de la herramienta. Pies superficiales por minuto miden lo rápido que la pieza de trabajo pasa bajo la herramienta en el filo de corte. Como puede ver en la figura 1, esta velocidad depende del tamaño de la pieza de trabajo y de la ubicación de la herramienta. Si rpm permanece igual, los pies superficiales por minuto disminuyen conforme el tamaño de la pieza de trabajo tamaño disminuye. Una pieza de trabajo de diámetro menor "viaja" menos pies superficiales que una pieza de trabajo de diámetro mayor. Una fórmula sencilla le ayuda a convertir rpm a sfm. Debe conocer dos valores: rpm y diámetro de la pieza de trabajo en pulgadas. Como puede usted ver en la figura 2, para encontrar sfm, usted multiplica el diámetro por el valor rpm y luego divide la constante 3.82. La constante 3.82 representa 12 pulgadas divididas entre pi y ayuda a convertir de pulgadas a pies. Para unidades métricas, se utiliza una fórmula similar para convertir rpm a m/min. La figura 3 muestra los equivalentes métricos para conversiones de velocidad en el torno. En unidades métricas, la constante es 318.3, lo cual representa 1000 mm divididos entre pi.

    

Figura 1. Si rpm permanece igual, sfm (o m/min) disminuye conforme el diámetro disminuye y la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

El tipo de operación de corte que se realiza en el torno determina el tipo de variable de velocidad que debe conocer. Las operaciones como torneado, refrentado y mandrinado se programan en sfm (m/min) porque la herramienta se puede mover hacia la línea central y alejarse de ella. Las operaciones como taladrado y roscado requieren de velocidades a rpm constantes porque la herramienta se posiciona ya sea en el línea central del eje o permanece a igual distancia del eje. En un torno manual, la velocidad de husillo permanece relativamente constante. Sin embargo, los tornos de CNC son capaces de ajustar la velocidad de husillo durante la operación. Si la velocidad seprograma en sfm, la rotación del husillo se incrementa conforme la herramienta se acerca a la línea central. A esta función se le llama velocidad constante de superficie (CSS por sus siglas en inglés) y mantiene una constante de pies superficiales por minuto durante el corte. Las figuras 1 y 2 comparan valores de velocidad sin CSS y con CSS. Si se está ejecutando taladrado o roscado, el programa requiere de un valor de rpm constante sin CSS. Los códigos especiales del programa indican al torno de CNC qué valor de velocidad se está ejecutando. Las tablas de referencia proporcionadas por los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan velocidades en sfm y smm. Usted puede utilizar este valor de manera directa de las tablas de referencia para operaciones de torneado de rutina. Por medio de la fórmula para convertir de sfm o m/min a rpm, puede determinar la razón de rotación del husillo en rpm paraun diámetro de pieza de trabajo dado.

    

Figura 1. Si no se utiliza CSS, rpm permanece constante y sfm disminuye conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Si se utiliza CSS, sfm permanece constante y las rpm del husillo se incrementan conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Al igual que los valores de velocidad, la selección del avance para el torno es relativamente sencilla. La mayoría de las velocidades de avance se dan en pulgadas por revolución (ipr) o milímetros por revolución (mm/rev). Este valor representa hasta dónde recorre la herramienta con cada rotación completa del husillo. En términos generales, si la pieza de trabajo está girando, la velocidad de avance se mide en ipr (mm/min). Este es el caso de la operación de taladrado que se muestra en la figura 1. Si lo que estágirando es la herramienta, el avance se mide ya sea en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). Éste es el caso si usted está taladrando o fresando con herramientas motorizadas en el torno. Los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan un rango de velocidades de avance recomendadas en ipr y mm/rev para combinaciones específicas de herramientas y pieza de trabajo. Introducir este valor es muy sencillo y no requiere de conversiones. Para la mayoría de las aplicaciones, usted debe primero seleccionar la profundidad de corte más pesada posible. Después de seleccionar la profundidad del corte, la velocidad de avance preferente es tan fuerte como sea posible. Las velocidades de avance más elevadas tienen un efecto menor en el desgaste de la herramienta que las velocidades más elevadas. Sin embargo, en algún punto, una velocidad deavance demasiado fuerte estanca la máquina herramienta.

    

Figura 1. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa, ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Para comprender las variables de velocidad y avance en el torno, considere este ejemplo específico. Usted está torneando una pieza de trabajo de 1.500 pulg. de diámetro hecha de acero al carbono simple 1020. El primer corte es una operación de desbastado con una profundidad de corte de 0.16 pulg. Usted también sabe que la velocidad de husillo es 3311 rpm y que la velocidad de avancees 0.016 ipr. ¿Son éstas las variables adecuadas para su operación de torneado? El catálogo del fabricante es un recurso valioso para encontrar velocidades de corte y avances. Mediante la tabla que compara la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo, debe serle posible encontrar los avances listados en ipr y mm/rev. La tabla en particular de la figura 1 le indica que la velocidad de avance de 0.016 ipr es aceptable. Para su velocidad, usted conoce las rpm del husillo. Sin embargo, los catálogos de herramientas típicamente listan las velocidades en sfm y m/min. Si usted utiliza la fórmula que se muestra en la figura 2, puede convertir las rpm del husillo a sfm. Usted conoce el diámetro (1.5 pulg.) y rpm (3311) de la pieza de trabajo. Si multiplica el diámetro y las rpm y luego divide entre la constante 3.82, determina que la velocidad es aproximadamente 1300 sfm. Una rápida revisión al catálogo del fabricante le indica que esto se encuentra dentro del rango de velocidad recomendado para esta combinación de herramienta y material de pieza de trabajo.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra, los rangosadecuados para valores de velocidad y avance se proporcionan en sfm e ipr.

Figura 2. Muestra de cálculos para encontrar sfm y determinar velocidad de superficie.

La selección de velocidad y avance para la fresadora no es tan sencilla como lo es determinar las mismas variables en el torno. Para la fresadora, la velocidad siempre se mide en revoluciones por minuto (rpm). Esto es correcto para unidades tanto inglesas como métricas. Sin embargo, los fabricantes de herramienta de fresado proporcionan velocidades recomendadas en términos de piessuperficiales por minuto (sfm) y metros por minuto (m/min). La figura 1 compara dos herramientas con las mismas rpm, pero diferentes velocidades de superficie. Usted tiene que convertir estas velocidades en valores de rpm. Como puede usted ver en las figuras 2 y 3, las mismas fórmulas que se utilizan para convertir valores de velocidad para el torno aplican a las conversiones de velocidad en la fresadora. La diferencia clave es que usted trata con el diámetro de una herramienta en lugar del diámetro de unapieza de trabajo. Como usted utiliza típicamente herramientas de corte con diferentes diámetros, pueden requerirse de diferentes valores de rpm para herramientas que utilizan el mismo material deherramienta de corte. Como puede ver en la figura 4, si tiene un cortador con diámetro de 3.00 pulg. con una velocidad recomendada de 2200 sfm, la velocidad de husillo correcta es 2801.33 rpm. Ya sea que la herramienta se utilice para el torno o para la fresadora, los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tablas organizadas por combinaciones de material de herramientas y material de piezas de trabajo.

    

Figura 1. Dos fresadoras con diferentes diámetros girando a las mismas rpm tienen diferentes velocidades de superficie.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 4. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar la velocidad del husillo.

La selección del avance en la fresadora es más complejo que para el torno. La velocidad de avance programada en una fresadora de CNC es en pulgadas por minuto (ipm) o en milímetros por minuto (mm/min). Este valor determina la longitud que la herramienta recorre en un minuto. Sin embargo, los fabricantes de herramientas de corte típicamente proporcionan velocidades de avance como avance por diente (fpt), ya sea en pulgadas o milímetros. La figura 1 ilustra cómo se mide elavance por diente. A este valor también se le llama carga de viruta. El avance por diente permite a los fabricantes de herramientas recomendar velocidades de avance para un amplio rango de herramientas con diferentes diámetros o número de dientes de corte. Estevalor también determina el mejor grosor de viruta para asegurar que el calor sea alejado junto con la viruta y para mantener buen control de la viruta. Al determinar una velocidad de avance de fresadora para la máquina, usted debe convertir de avance por diente a avance por revolución (fpr), ya sea en pulgadas o milímetros. El avance por revolución se incrementa con el número de dientes en la cortadora. Entre más dientes tenga la cortadora, más rápido se incrementa la avance por revolución. Finalmente, usted debe convertir el valor fpr a ipm o a mm/min para determinar la velocidad final de avance que usted selecciona en la máquina. Las fórmulas que se muestran en las figuras 2 y 3 le ayudan a convertir rápidamente de fpt a ipm oa mm/min. Para determinar la velocidad de avance, usted debe conocer el avance por diente (fpt), elnúmero de dientes de la cortadora (T) y la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Multiplicando estas variables, puede determinar la velocidad de avance en ipm o en mm/min, dependiendo de si está trabajando con unidades inglesas o métricas.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el grosor de la viruta removida por una pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Para comprender cómo trabajan las velocidades y los avances en la fresadora, considere este problema de muestra. Piense que está refrentando una pieza cuadrada de aluminio de 4.000 pulg. Se le indica que la fresa de refrentado recomendada es una cortadora de 6.300 pulg. de diámetro con 8 dientes de corte. De acuerdo con la tabla del fabricante de muestra que se presenta en la figura 1, una buena velocidad de arranque es 1500 sfm, con una velocidad de avance de 0.010 ipt. ¿Cómo determina la velocidad y la avance correctas para programar en una fresadora de CNC? Para determinar la velocidad programada, debe convertir sfm a rpm. Usted sabe que la velocidad recomendada es 1500 sfm y el diámetro de la cortadora es 6.300 pulgadas. Colocando estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 2, usted determina que la velocidad de husillo es aproximadamente 909.52 rpm. Ahora que conoce las rpm, puede convertir el avance por diente al avance programable en pulgadas por minuto. El catálogo del fabricante recomienda 0.010 fpt como un buen punto de arranque. Usted también sabe que la herramienta de corte tiene 8 dientes y que la velocidad es 909.52 rpm. Si coloca estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 3, determina que el avance programable es 72.76 ipm. Tanto el valor de velocidad de 909.52 rpm y el valor de avance de 72.76 ipm aparecen como números programados que se utilizan en el programa de pieza real.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra se proporcionan rangos adecuados para velocidady avance en sfm e ipt.

Figura 2. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar velocidad de husillo.

Figura 3. Cálculos de muestra para encontrar ipm y determinar avance.

Los catálogos de fabricantes meramente le proporcionan un rango práctico de variables de velocidad y avance. Sin embargo, recuerde que numerosos factores afectan toda operación de maquinado específica. Es imposible saber con completa certeza la mejor variable de velocidad y avance desde el principio. Un adecuado maquinado implica un cuidadoso monitoreo de las operaciones de maquinado. Como puede usted ver en la figura 1, usted típicamente ajusta estas variables a través de la corrida de producción para maximizar la combinación de desgaste de la herramienta, tiempo de ciclo y acabado superficial. Si el desgaste de la herramienta es demasiado, asegúrese de inspeccionar su herramental. ¿Sus herramientas de corte están operando de manera concéntrica o están descentradas? ¿Sus brocas están desviándose y dejando agujeros ovalados? ¿La longitud de la herramienta es demasiada y lleva a vibración? Un examen del herramental puede detectar una fuente que lleva a una vida deficiente de la herramienta. La figura 2 resume sólo unos cuantos de los posibles problemas de maquinado y sus causas posibles. Recuerde que la velocidad tiene un gran impacto en el desgaste de la herramienta. Si la herramienta de corte se desgasta a una tasa excesiva, una consideración razonable es reducir la velocidad de corte. Algunas fuentes de referencia proporcionan rangos adecuados de velocidad que definen puntos de arranque razonables, con otros rangos de velocidad para optimizar un proceso de corte. Al igual que la velocidad, las fuentes de referencia recomiendan velocidades de avance como un rango adecuado. Para muchas operaciones, lo mejor es primero maximizar la velocidad de avance y luego ajustar la velocidad. Para operaciones de fresado, raras veces debe usted tener un avance por diente menor que 0.003 pulg. (.075 mm) o que exceda 0.012 pulg. (0.3 mm). Las velocidades de avance demasiado elevadas pueden llevar a una presión excesiva de la herramienta y a socavadoo a un corte en exceso.

    

Figura 1. Puede ser que los valores de velocidad y avance tengan que ser ajustados durante una corrida de producción para mejorar la vida de la herramienta o el acabado superficial.

Figura 2. Los operadores experimentados aprenden cómo ajustar velocidades y avances si observan problemas durante el maquinado.

La selección adecuada de velocidad y avance es necesaria para maximizar la vida de la herramienta, la productividad y el acabado superficial. Múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Sin embargo, estas variables son determinadas ante todo por la operación específica y por la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo. Mientras que las máquinas manuales, como el torno paralelo y la fresadora de columna y codo requieren de un sentido de "instinto" del operador, las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y avance específicos programados. En el torno, la velocidad se mide ya sea en revoluciones por minuto (rpm) o en pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Si rpmpermanece constante, sfm o m/min disminuyen conforme la herramienta se acerca a la línea central.Sin embargo, la velocidad constante de superficie (CSS) ajusta las rpm del husillo para mantener una velocidad constante de superficie. Si la pieza de trabajo está girando, el avance se mide ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev). Sin embargo, si la herramienta está girando, el avance se mide en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). En la fresadora, la velocidad una vez más se mide en rpm o ya sea en sfm o m/min. Sin embargo, lavelocidad determina la rotación de la herramienta de corte y no la pieza de trabajo. Los avances de la fresadora difieren del torno por que típicamente se miden en avance por diente. Este valor debe convertirse a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min) para programar el avance correcto en una fresadora de CNC.

    

Figura 1. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 2. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas inglesas para fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 4. Fórmulas métricas para fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Term Definition

Avance (feed) Tasa a la que la pieza de trabajo o la herramienta de corte cambian en posición durante la longitud del corte. El avance típicamente define un movimiento lineal o de contorno.

Avance Por Diente (feed per tooth) Grosor del material de viruta que cada filo de corte de la herramienta remueve con una pasada.

Avance Por Revolución (feed per revolution) Distancia lineal que una herramienta avanza durante una rotación de la pieza de trabajo o herramienta de corte. En la fresadora, el avance por revolución (fpr) puede utilizarse para convertir de avance por diente (fpt) ya sea a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min).

Carga De Viruta (chip load) Otro término para avance por diente que se refiere al grosor del material de viruta removido por el filo de corte de una herramienta.

Desbastado (roughing) Pasada de corte que enfatiza altos índices de remoción de material con el posible sacrificio del acabado superficial o de la exactitud.

Dureza (hardness) Capacidad de un material para resistir rayado, indentación o penetración. Los materiales de pieza de trabajo con dureza aumentada generan más calor y son más difíciles de maquinar.

Fresadora De Columna Y Codo (column-and-knee-mill) El tipo de fresadora original y más básico que se utiliza para maquinar piezas de trabajo planas o rectangulares.

Herramientas Motorizadas (live tooling) Herramientas de corte impulsadas mecánicamente, como fresas universales de espiga y taladros, contenidas en la torreta del torno. Las herramientas motorizadas pueden realizar operaciones de maquinado fuera de la línea central de la pieza mientras se sostenga la pieza de trabajo estacionaria en el husillo.

Máquina De CNC (CNC machine) Sofisticada máquina herramienta operada por una computadora que puede realizar múltiples operaciones de maquinado en la misma preparación inicial con una variedad de herramientas. Las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y velocidad de avance programados.

Metros Superficiales Por Minuto (surface meters per minute) Distancia en metros que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorre en un minuto. Metros superficiales por minuto (smm) es una medición métrica para la velocidad.

Milímetros Por Minuto (millimeters per minute) Distancia en milímetros que la herramienta o pieza de trabajo completa avanza en un minuto. Milímetros por minuto (mm/min) es una medición métrica para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Milímetros Por Revolución (millimeters per revolution) Distancia en milímetros que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Milímetros por revolución (mm/rev) es una medición métrica para la avance en el torno.

Pi (pi) Valor constante especial que relaciona el diámetro de un círculo a su circunferencia. Pi, aproximadamente 3.14, se usa para determinar la circunferencia y área de un círculo.

Pies Superficiales Por Minuto (surface feet per minute) Distancia en pies que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorren en un minuto. Pies superficiales por minuto (sfm) es una medición inglesa para la velocidad.

Potencia (horsepower) Unidad de energía que se usa para describir la fuerza de una máquina. Una máquina con potencias aumentadas tiene un husillo que puede ejercer una mayor cantidad de fuerza.

Profundidad De Corte (depth of cut) Espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte.

Programa De Pieza (part program) Serie de instrucciones numéricas usadas por una máquina de CNC para realizar la secuencia de operaciones necesaria para maquinar una pieza de trabajo específica. 

Pulgadas Por Minuto (inches per minute) Distancia en pulgadas que la herramienta o pieza de trabajo completa avanzan en un minuto. Pulgadas por minuto (ipm) es una medida inglesa para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Pulgadas Por Revolución (inches per revolution) Distancia en pulgadas que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Pulgadas por revolución (ipr) es una medida inglesa para el avance del torno.

Revoluciones Por Minuto (revolutions per minute) Número de revoluciones que un husillo o herramienta de corte completan en un minuto. Las revoluciones por minuto (rpm) es una medición de velocidad en los sistemas inglés y métrico.

Torno Paralelo (engine lathe) El tipo original y más básico de torno manual que se utiliza para producir piezas de trabajo cilíndricas.

Velocidad (speed) Tasa a la cual la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de corte pasan una a otra en el punto de contacto. La velocidad típicamente define un movimiento giratorio.

Velocidad Constante De Superficie (constant surface speed) Modo de un torno de CNC que ajusta las rpm del husillo conforme la herramienta se recorre hacia el eje del husillo y cuando se aleja de éste.

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Class Outline Objetivos Importancia de la velocidad y el avance Factores que determinan la velocidad y el avance Fuentes de referencia para velocidad y avance Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC Selección de la velocidad para el torno Velocidad constante de superficie Selección del avance para el torno Ejemplo con el torno Selección de la velocidad para la fresadora Selección del avance para la fresadora Ejemplo con la fresadora Optimización de velocidades y avances Resumen

 

Lesson: 1/14 Objetivos

 

Lesson: 2/14 Importancia de la velocidad y el avance

 

Lesson: 3/14 Factores que determinan la velocidad y el avance

 

Lesson: 4/14 Fuentes de referencia para velocidad y avance

 

Lesson: 5/14 Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC

 

Lesson: 6/14 Selección de la velocidad para el torno

 

Lesson: 7/14 Velocidad constante de superficie

 

Lesson: 8/14 Selección del avance para el torno

 

Lesson: 9/14 Ejemplo con el torno

 

Lesson: 10/14 Selección de la velocidad para la fresadora

 

Lesson: 11/14 Selección del avance para la fresadora

 

Lesson: 12/14 Ejemplo con la fresadora

 

Lesson: 13/14 Optimización de velocidades y avances

 

Lesson: 14/14 Resumen

 

Class Vocabulary

Selección de velocidad y avance 300

l Describa las relaciones entre velocidad de corte, dureza de pieza de trabajo y calor.

l Liste las variables que afectan la selección de velocidad y avance. l Describa las fuentes de información adecuadas para seleccionar velocidades y avances. l Distinga entre la selección de velocidad y avance para máquinas manuales y máquinas de CNC. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar la velocidad en el torno.

l Describa la relación entre velocidad constante de superficie y rpm. l Distinga las diversas unidades que se utilizan para determinar el avance en el torno.

l Determine el valor correcto de velocidad en el torno usando la fórmula apropiada. l Determine el valor correcto de velocidad en la fresadora usando la fórmula apropiada. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar el avance en la fresadora.

l Determine el valor correcto de avance en la fresadora usando la fórmula adecuada. l Identifique factores comunes que necesitan ajustes a los valores de velocidad y avance.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el espesor de la viruta removida poruna pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Toda operación de maquinado requiere de la selección de velocidad y avance adecuados para asegurar la mejor productividad, vida útil de la herramienta y calidad de la pieza. Las operaciones decorte generan una cantidad significativa de calor. En cada material de herramienta de corte, el exceso de calor lleva a un desgaste excesivo de herramienta, lo cual se muestra en la figura 1. Conforme se incrementa la velocidad de corte, el calor también se incrementa. Cada tipo de materialde herramienta de corte tiene su rango de calor propio y adecuado que puede soportar y aún desempeñarse efectivamente. Además de las diferencias en el material de herramienta, cada materialde pieza de trabajo ofrece su propia dureza. La figura 2 compara los valores de dureza para materiales de pieza de trabajo comunes. Un incremento en la dureza de la pieza de trabajo lleva a un incremento de calor para la herramienta de corte. Al seleccionar velocidad y avance para una operación de corte específica, usted debe considerar tanto la pieza de trabajo como el material de laherramienta. Esta clase le enseñará cómo seleccionar la velocidad y avance apropiados para las operaciones básicas de torneado y refrentado. También aprenderá cómo convertir las unidades de fuentes de referencia que seleccione a variables de velocidad y avance que pueda utilizar en la máquina.     

Figura 1. Las velocidades y los avances adecuados ayudan a controlar el desgaste de la herramienta, el cual se muestra en esta vista amplificada del filo de corte.

Figura 2. Los diversos materiales de pieza de trabajo ofrecen diferentes valores de dureza que afectan las velocidades y avances.

Como puede ver en la figura 1, múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Algunas variables son menos obvias que otras. Por ejemplo, toda operación de maquinado es afectada por:

l El tipo de material de la pieza de trabajo. Los materiales más duros son más difíciles de maquinar y típicamente requieren de velocidades y avances más conservadores.

l El tipo de material de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros pueden soportar incremento en desgaste más elevado y temperaturas elevadas.

l El acabado superficial requerido. Los acabados superficiales mejorados requieren de

velocidades más rápidas y avances menos agresivos. l El tipo de geometría de herramienta. Diferentes ángulos de inclinación y ángulos de posición 

proporcionan un intercambio entre resistencia del filo para avances aumentados y fuerzas de corte reducidas.

l El tipo de máquina herramienta. La máquina manual y la máquina de CNC proporcionan

potencia, rigidez y velocidades de husillo significativamente diferentes.

l El tipo de preparación para sujeción del trabajo. La rigidez y fuerza de sujeción mejoradas de un dispositivo de sujeción de trabajo permite velocidades de corte y avances más rápidos.

Dependiendo de la situación, puede ser que no le sea posible cambiar algunas de estas variables. Puede ser que usted solamente tenga una máquina herramienta disponible que proporcione menos rigidez o potencia. Puede que no haya tiempo o recursos para desarrollar una sujeción de trabajo hecha a la medida para una corrida pequeña de producción. Ya sea que pueda o no controlar estas variables, usted debe tomar en consideración su impacto en el maquinado al determinar sus velocidades y avances.

    

Figura 1. Múltiples factores determinan la selección de velocidad y avance adecuados.

Aunque cada operación de maquinado se ve afectada por una amplia gama de variables, lo primordial de la selección de velocidad y avance se encuentra el tipo específico de operación de maquinado y la combinación de pieza de trabajo y material de herramienta. De hecho, las fuentes de referencia proporcionan tablas organizadas con esta información. Por ejemplo, la figura 1 muestra una tabla listando velocidades y avances para tornear una pieza de trabajo de acero de bajo carbono con un grado específico de insertos de carburo. Para operaciones de rutina, las tablas de maquinado y los materiales de referencia le proporcionan un punto de partida razonable para seleccionar velocidades y avances. La mayoría de los talleres deben contar con un manual general que contenga esta información. Sin embargo, la fuente de referencia preferente es el catálogo del fabricante específico de herramientas de corte. Como puede ver en la figura 2, numerosos fabricantes ofrecen catálogos sobre sus herramientas específicas. En términos generales, usted ha de encontrar que los materiales de pieza de trabajo más duros y difíciles exigen velocidades iniciales de husillo más lentas. Los materiales de referencia simplemente le proporcionan un rango o punto de partida aceptable para las velocidades y los avances. Estas variables deben entonces ajustarse y optimizarse conforme usted continúa con la corrida de producción.

    

Figura 1. Tabla artificial para un material de pieza de trabajo específico que organiza velocidades y avances de acuerdo con el material de herramienta y tipo de corte.

Figura 2. El catálogo del fabricante de herramientas específico es la mejor referencia a utilizar para la selección de velocidad y avance.

Los enfoques tradicionales de maquinado se basan en máquinas manuales tales como el torno paralelo básico y la fresadora de columna y codo, las cuales se muestran en las figuras 1 y 2. Muchas compañías todavía usan estas máquinas en sus cuartos de herramientas para corridas cortas de producción y para trabajos sobre medida. Para máquinas manuales, la velocidad o el avance correcto implica más "arte" que "ciencia". Los operadores de máquinas se basan en su experiencia e instinto en la operación para juzgar correctamente la velocidad de husillo y el avance de herramienta. Las compañías modernas dependen cada vez más de máquinas de CNC. La figura 3 muestra un torno CNC. Las máquinas de CNC ofrecen mayor potencia, velocidades de husillo más rápidas y mayor rigidez. A diferencia de las máquinas manuales, las máquinas de CNC proporcionan un espacio cerrado que contiene las virutas y fluido de corte. En consecuencia, las velocidades y los avances de una máquina de CNC son mucho mayores que las que usted puede ver en una máquina manual. Debido a que un programa de pieza ejecuta todas las operaciones de maquinado de una máquina de CNC, usted debe programar o seleccionar un valor específico de avance y velocidad. Usted no puede actuar por "instinto" o depender de sus sentidos por que de esta manera queda fuera del proceso. Debido a que los avances de herramientas son automatizados, una variable de velocidad oavance incorrecta puede dañar la pieza de trabajo o la máquina herramienta o inclusive lesionar al operador. Las máquinas de CNC requieren de una sólida comprensión de la selección adecuada de velocidad y avance.

    

Figura 1. Esta fresadora de columna y codo manual tiene un espacio de trabajo abierto.

Figura 2. Un operador puede usar un "sentido de instinto" para operar un torno paralelo manual.

Figura 3. La mayoría de las máquinas de CNC tiene un espacio cerrado y ofrece mayor potencia que las máquinas manuales.

En un torno, la velocidad determina lo rápido que la pieza de trabajo gira en el husillo. Existen dos maneras de medir la velocidad: revoluciones por minuto (rpm) o pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Aunque ambas variables describen la razón de la rotación del husillo, cada tipo de variable de velocidad se basa en diferentes factores. Revoluciones por minuto es una medición directa de cuántas veces gira el husillo en un minuto. No está afectado por el diámetro de la pieza de trabajo opor la ubicación de la herramienta. Pies superficiales por minuto miden lo rápido que la pieza de trabajo pasa bajo la herramienta en el filo de corte. Como puede ver en la figura 1, esta velocidad depende del tamaño de la pieza de trabajo y de la ubicación de la herramienta. Si rpm permanece igual, los pies superficiales por minuto disminuyen conforme el tamaño de la pieza de trabajo tamaño disminuye. Una pieza de trabajo de diámetro menor "viaja" menos pies superficiales que una pieza de trabajo de diámetro mayor. Una fórmula sencilla le ayuda a convertir rpm a sfm. Debe conocer dos valores: rpm y diámetro de la pieza de trabajo en pulgadas. Como puede usted ver en la figura 2, para encontrar sfm, usted multiplica el diámetro por el valor rpm y luego divide la constante 3.82. La constante 3.82 representa 12 pulgadas divididas entre pi y ayuda a convertir de pulgadas a pies. Para unidades métricas, se utiliza una fórmula similar para convertir rpm a m/min. La figura 3 muestra los equivalentes métricos para conversiones de velocidad en el torno. En unidades métricas, la constante es 318.3, lo cual representa 1000 mm divididos entre pi.

    

Figura 1. Si rpm permanece igual, sfm (o m/min) disminuye conforme el diámetro disminuye y la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

El tipo de operación de corte que se realiza en el torno determina el tipo de variable de velocidad que debe conocer. Las operaciones como torneado, refrentado y mandrinado se programan en sfm (m/min) porque la herramienta se puede mover hacia la línea central y alejarse de ella. Las operaciones como taladrado y roscado requieren de velocidades a rpm constantes porque la herramienta se posiciona ya sea en el línea central del eje o permanece a igual distancia del eje. En un torno manual, la velocidad de husillo permanece relativamente constante. Sin embargo, los tornos de CNC son capaces de ajustar la velocidad de husillo durante la operación. Si la velocidad seprograma en sfm, la rotación del husillo se incrementa conforme la herramienta se acerca a la línea central. A esta función se le llama velocidad constante de superficie (CSS por sus siglas en inglés) y mantiene una constante de pies superficiales por minuto durante el corte. Las figuras 1 y 2 comparan valores de velocidad sin CSS y con CSS. Si se está ejecutando taladrado o roscado, el programa requiere de un valor de rpm constante sin CSS. Los códigos especiales del programa indican al torno de CNC qué valor de velocidad se está ejecutando. Las tablas de referencia proporcionadas por los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan velocidades en sfm y smm. Usted puede utilizar este valor de manera directa de las tablas de referencia para operaciones de torneado de rutina. Por medio de la fórmula para convertir de sfm o m/min a rpm, puede determinar la razón de rotación del husillo en rpm paraun diámetro de pieza de trabajo dado.

    

Figura 1. Si no se utiliza CSS, rpm permanece constante y sfm disminuye conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Si se utiliza CSS, sfm permanece constante y las rpm del husillo se incrementan conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Al igual que los valores de velocidad, la selección del avance para el torno es relativamente sencilla. La mayoría de las velocidades de avance se dan en pulgadas por revolución (ipr) o milímetros por revolución (mm/rev). Este valor representa hasta dónde recorre la herramienta con cada rotación completa del husillo. En términos generales, si la pieza de trabajo está girando, la velocidad de avance se mide en ipr (mm/min). Este es el caso de la operación de taladrado que se muestra en la figura 1. Si lo que estágirando es la herramienta, el avance se mide ya sea en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). Éste es el caso si usted está taladrando o fresando con herramientas motorizadas en el torno. Los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan un rango de velocidades de avance recomendadas en ipr y mm/rev para combinaciones específicas de herramientas y pieza de trabajo. Introducir este valor es muy sencillo y no requiere de conversiones. Para la mayoría de las aplicaciones, usted debe primero seleccionar la profundidad de corte más pesada posible. Después de seleccionar la profundidad del corte, la velocidad de avance preferente es tan fuerte como sea posible. Las velocidades de avance más elevadas tienen un efecto menor en el desgaste de la herramienta que las velocidades más elevadas. Sin embargo, en algún punto, una velocidad deavance demasiado fuerte estanca la máquina herramienta.

    

Figura 1. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa, ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Para comprender las variables de velocidad y avance en el torno, considere este ejemplo específico. Usted está torneando una pieza de trabajo de 1.500 pulg. de diámetro hecha de acero al carbono simple 1020. El primer corte es una operación de desbastado con una profundidad de corte de 0.16 pulg. Usted también sabe que la velocidad de husillo es 3311 rpm y que la velocidad de avancees 0.016 ipr. ¿Son éstas las variables adecuadas para su operación de torneado? El catálogo del fabricante es un recurso valioso para encontrar velocidades de corte y avances. Mediante la tabla que compara la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo, debe serle posible encontrar los avances listados en ipr y mm/rev. La tabla en particular de la figura 1 le indica que la velocidad de avance de 0.016 ipr es aceptable. Para su velocidad, usted conoce las rpm del husillo. Sin embargo, los catálogos de herramientas típicamente listan las velocidades en sfm y m/min. Si usted utiliza la fórmula que se muestra en la figura 2, puede convertir las rpm del husillo a sfm. Usted conoce el diámetro (1.5 pulg.) y rpm (3311) de la pieza de trabajo. Si multiplica el diámetro y las rpm y luego divide entre la constante 3.82, determina que la velocidad es aproximadamente 1300 sfm. Una rápida revisión al catálogo del fabricante le indica que esto se encuentra dentro del rango de velocidad recomendado para esta combinación de herramienta y material de pieza de trabajo.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra, los rangosadecuados para valores de velocidad y avance se proporcionan en sfm e ipr.

Figura 2. Muestra de cálculos para encontrar sfm y determinar velocidad de superficie.

La selección de velocidad y avance para la fresadora no es tan sencilla como lo es determinar las mismas variables en el torno. Para la fresadora, la velocidad siempre se mide en revoluciones por minuto (rpm). Esto es correcto para unidades tanto inglesas como métricas. Sin embargo, los fabricantes de herramienta de fresado proporcionan velocidades recomendadas en términos de piessuperficiales por minuto (sfm) y metros por minuto (m/min). La figura 1 compara dos herramientas con las mismas rpm, pero diferentes velocidades de superficie. Usted tiene que convertir estas velocidades en valores de rpm. Como puede usted ver en las figuras 2 y 3, las mismas fórmulas que se utilizan para convertir valores de velocidad para el torno aplican a las conversiones de velocidad en la fresadora. La diferencia clave es que usted trata con el diámetro de una herramienta en lugar del diámetro de unapieza de trabajo. Como usted utiliza típicamente herramientas de corte con diferentes diámetros, pueden requerirse de diferentes valores de rpm para herramientas que utilizan el mismo material deherramienta de corte. Como puede ver en la figura 4, si tiene un cortador con diámetro de 3.00 pulg. con una velocidad recomendada de 2200 sfm, la velocidad de husillo correcta es 2801.33 rpm. Ya sea que la herramienta se utilice para el torno o para la fresadora, los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tablas organizadas por combinaciones de material de herramientas y material de piezas de trabajo.

    

Figura 1. Dos fresadoras con diferentes diámetros girando a las mismas rpm tienen diferentes velocidades de superficie.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 4. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar la velocidad del husillo.

La selección del avance en la fresadora es más complejo que para el torno. La velocidad de avance programada en una fresadora de CNC es en pulgadas por minuto (ipm) o en milímetros por minuto (mm/min). Este valor determina la longitud que la herramienta recorre en un minuto. Sin embargo, los fabricantes de herramientas de corte típicamente proporcionan velocidades de avance como avance por diente (fpt), ya sea en pulgadas o milímetros. La figura 1 ilustra cómo se mide elavance por diente. A este valor también se le llama carga de viruta. El avance por diente permite a los fabricantes de herramientas recomendar velocidades de avance para un amplio rango de herramientas con diferentes diámetros o número de dientes de corte. Estevalor también determina el mejor grosor de viruta para asegurar que el calor sea alejado junto con la viruta y para mantener buen control de la viruta. Al determinar una velocidad de avance de fresadora para la máquina, usted debe convertir de avance por diente a avance por revolución (fpr), ya sea en pulgadas o milímetros. El avance por revolución se incrementa con el número de dientes en la cortadora. Entre más dientes tenga la cortadora, más rápido se incrementa la avance por revolución. Finalmente, usted debe convertir el valor fpr a ipm o a mm/min para determinar la velocidad final de avance que usted selecciona en la máquina. Las fórmulas que se muestran en las figuras 2 y 3 le ayudan a convertir rápidamente de fpt a ipm oa mm/min. Para determinar la velocidad de avance, usted debe conocer el avance por diente (fpt), elnúmero de dientes de la cortadora (T) y la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Multiplicando estas variables, puede determinar la velocidad de avance en ipm o en mm/min, dependiendo de si está trabajando con unidades inglesas o métricas.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el grosor de la viruta removida por una pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Para comprender cómo trabajan las velocidades y los avances en la fresadora, considere este problema de muestra. Piense que está refrentando una pieza cuadrada de aluminio de 4.000 pulg. Se le indica que la fresa de refrentado recomendada es una cortadora de 6.300 pulg. de diámetro con 8 dientes de corte. De acuerdo con la tabla del fabricante de muestra que se presenta en la figura 1, una buena velocidad de arranque es 1500 sfm, con una velocidad de avance de 0.010 ipt. ¿Cómo determina la velocidad y la avance correctas para programar en una fresadora de CNC? Para determinar la velocidad programada, debe convertir sfm a rpm. Usted sabe que la velocidad recomendada es 1500 sfm y el diámetro de la cortadora es 6.300 pulgadas. Colocando estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 2, usted determina que la velocidad de husillo es aproximadamente 909.52 rpm. Ahora que conoce las rpm, puede convertir el avance por diente al avance programable en pulgadas por minuto. El catálogo del fabricante recomienda 0.010 fpt como un buen punto de arranque. Usted también sabe que la herramienta de corte tiene 8 dientes y que la velocidad es 909.52 rpm. Si coloca estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 3, determina que el avance programable es 72.76 ipm. Tanto el valor de velocidad de 909.52 rpm y el valor de avance de 72.76 ipm aparecen como números programados que se utilizan en el programa de pieza real.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra se proporcionan rangos adecuados para velocidady avance en sfm e ipt.

Figura 2. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar velocidad de husillo.

Figura 3. Cálculos de muestra para encontrar ipm y determinar avance.

Los catálogos de fabricantes meramente le proporcionan un rango práctico de variables de velocidad y avance. Sin embargo, recuerde que numerosos factores afectan toda operación de maquinado específica. Es imposible saber con completa certeza la mejor variable de velocidad y avance desde el principio. Un adecuado maquinado implica un cuidadoso monitoreo de las operaciones de maquinado. Como puede usted ver en la figura 1, usted típicamente ajusta estas variables a través de la corrida de producción para maximizar la combinación de desgaste de la herramienta, tiempo de ciclo y acabado superficial. Si el desgaste de la herramienta es demasiado, asegúrese de inspeccionar su herramental. ¿Sus herramientas de corte están operando de manera concéntrica o están descentradas? ¿Sus brocas están desviándose y dejando agujeros ovalados? ¿La longitud de la herramienta es demasiada y lleva a vibración? Un examen del herramental puede detectar una fuente que lleva a una vida deficiente de la herramienta. La figura 2 resume sólo unos cuantos de los posibles problemas de maquinado y sus causas posibles. Recuerde que la velocidad tiene un gran impacto en el desgaste de la herramienta. Si la herramienta de corte se desgasta a una tasa excesiva, una consideración razonable es reducir la velocidad de corte. Algunas fuentes de referencia proporcionan rangos adecuados de velocidad que definen puntos de arranque razonables, con otros rangos de velocidad para optimizar un proceso de corte. Al igual que la velocidad, las fuentes de referencia recomiendan velocidades de avance como un rango adecuado. Para muchas operaciones, lo mejor es primero maximizar la velocidad de avance y luego ajustar la velocidad. Para operaciones de fresado, raras veces debe usted tener un avance por diente menor que 0.003 pulg. (.075 mm) o que exceda 0.012 pulg. (0.3 mm). Las velocidades de avance demasiado elevadas pueden llevar a una presión excesiva de la herramienta y a socavadoo a un corte en exceso.

    

Figura 1. Puede ser que los valores de velocidad y avance tengan que ser ajustados durante una corrida de producción para mejorar la vida de la herramienta o el acabado superficial.

Figura 2. Los operadores experimentados aprenden cómo ajustar velocidades y avances si observan problemas durante el maquinado.

La selección adecuada de velocidad y avance es necesaria para maximizar la vida de la herramienta, la productividad y el acabado superficial. Múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Sin embargo, estas variables son determinadas ante todo por la operación específica y por la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo. Mientras que las máquinas manuales, como el torno paralelo y la fresadora de columna y codo requieren de un sentido de "instinto" del operador, las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y avance específicos programados. En el torno, la velocidad se mide ya sea en revoluciones por minuto (rpm) o en pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Si rpmpermanece constante, sfm o m/min disminuyen conforme la herramienta se acerca a la línea central.Sin embargo, la velocidad constante de superficie (CSS) ajusta las rpm del husillo para mantener una velocidad constante de superficie. Si la pieza de trabajo está girando, el avance se mide ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev). Sin embargo, si la herramienta está girando, el avance se mide en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). En la fresadora, la velocidad una vez más se mide en rpm o ya sea en sfm o m/min. Sin embargo, lavelocidad determina la rotación de la herramienta de corte y no la pieza de trabajo. Los avances de la fresadora difieren del torno por que típicamente se miden en avance por diente. Este valor debe convertirse a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min) para programar el avance correcto en una fresadora de CNC.

    

Figura 1. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 2. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas inglesas para fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 4. Fórmulas métricas para fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Term Definition

Avance (feed) Tasa a la que la pieza de trabajo o la herramienta de corte cambian en posición durante la longitud del corte. El avance típicamente define un movimiento lineal o de contorno.

Avance Por Diente (feed per tooth) Grosor del material de viruta que cada filo de corte de la herramienta remueve con una pasada.

Avance Por Revolución (feed per revolution) Distancia lineal que una herramienta avanza durante una rotación de la pieza de trabajo o herramienta de corte. En la fresadora, el avance por revolución (fpr) puede utilizarse para convertir de avance por diente (fpt) ya sea a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min).

Carga De Viruta (chip load) Otro término para avance por diente que se refiere al grosor del material de viruta removido por el filo de corte de una herramienta.

Desbastado (roughing) Pasada de corte que enfatiza altos índices de remoción de material con el posible sacrificio del acabado superficial o de la exactitud.

Dureza (hardness) Capacidad de un material para resistir rayado, indentación o penetración. Los materiales de pieza de trabajo con dureza aumentada generan más calor y son más difíciles de maquinar.

Fresadora De Columna Y Codo (column-and-knee-mill) El tipo de fresadora original y más básico que se utiliza para maquinar piezas de trabajo planas o rectangulares.

Herramientas Motorizadas (live tooling) Herramientas de corte impulsadas mecánicamente, como fresas universales de espiga y taladros, contenidas en la torreta del torno. Las herramientas motorizadas pueden realizar operaciones de maquinado fuera de la línea central de la pieza mientras se sostenga la pieza de trabajo estacionaria en el husillo.

Máquina De CNC (CNC machine) Sofisticada máquina herramienta operada por una computadora que puede realizar múltiples operaciones de maquinado en la misma preparación inicial con una variedad de herramientas. Las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y velocidad de avance programados.

Metros Superficiales Por Minuto (surface meters per minute) Distancia en metros que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorre en un minuto. Metros superficiales por minuto (smm) es una medición métrica para la velocidad.

Milímetros Por Minuto (millimeters per minute) Distancia en milímetros que la herramienta o pieza de trabajo completa avanza en un minuto. Milímetros por minuto (mm/min) es una medición métrica para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Milímetros Por Revolución (millimeters per revolution) Distancia en milímetros que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Milímetros por revolución (mm/rev) es una medición métrica para la avance en el torno.

Pi (pi) Valor constante especial que relaciona el diámetro de un círculo a su circunferencia. Pi, aproximadamente 3.14, se usa para determinar la circunferencia y área de un círculo.

Pies Superficiales Por Minuto (surface feet per minute) Distancia en pies que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorren en un minuto. Pies superficiales por minuto (sfm) es una medición inglesa para la velocidad.

Potencia (horsepower) Unidad de energía que se usa para describir la fuerza de una máquina. Una máquina con potencias aumentadas tiene un husillo que puede ejercer una mayor cantidad de fuerza.

Profundidad De Corte (depth of cut) Espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte.

Programa De Pieza (part program) Serie de instrucciones numéricas usadas por una máquina de CNC para realizar la secuencia de operaciones necesaria para maquinar una pieza de trabajo específica. 

Pulgadas Por Minuto (inches per minute) Distancia en pulgadas que la herramienta o pieza de trabajo completa avanzan en un minuto. Pulgadas por minuto (ipm) es una medida inglesa para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Pulgadas Por Revolución (inches per revolution) Distancia en pulgadas que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Pulgadas por revolución (ipr) es una medida inglesa para el avance del torno.

Revoluciones Por Minuto (revolutions per minute) Número de revoluciones que un husillo o herramienta de corte completan en un minuto. Las revoluciones por minuto (rpm) es una medición de velocidad en los sistemas inglés y métrico.

Torno Paralelo (engine lathe) El tipo original y más básico de torno manual que se utiliza para producir piezas de trabajo cilíndricas.

Velocidad (speed) Tasa a la cual la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de corte pasan una a otra en el punto de contacto. La velocidad típicamente define un movimiento giratorio.

Velocidad Constante De Superficie (constant surface speed) Modo de un torno de CNC que ajusta las rpm del husillo conforme la herramienta se recorre hacia el eje del husillo y cuando se aleja de éste.

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Class Outline Objetivos Importancia de la velocidad y el avance Factores que determinan la velocidad y el avance Fuentes de referencia para velocidad y avance Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC Selección de la velocidad para el torno Velocidad constante de superficie Selección del avance para el torno Ejemplo con el torno Selección de la velocidad para la fresadora Selección del avance para la fresadora Ejemplo con la fresadora Optimización de velocidades y avances Resumen

 

Lesson: 1/14 Objetivos

 

Lesson: 2/14 Importancia de la velocidad y el avance

 

Lesson: 3/14 Factores que determinan la velocidad y el avance

 

Lesson: 4/14 Fuentes de referencia para velocidad y avance

 

Lesson: 5/14 Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC

 

Lesson: 6/14 Selección de la velocidad para el torno

 

Lesson: 7/14 Velocidad constante de superficie

 

Lesson: 8/14 Selección del avance para el torno

 

Lesson: 9/14 Ejemplo con el torno

 

Lesson: 10/14 Selección de la velocidad para la fresadora

 

Lesson: 11/14 Selección del avance para la fresadora

 

Lesson: 12/14 Ejemplo con la fresadora

 

Lesson: 13/14 Optimización de velocidades y avances

 

Lesson: 14/14 Resumen

 

Class Vocabulary

Selección de velocidad y avance 300

l Describa las relaciones entre velocidad de corte, dureza de pieza de trabajo y calor.

l Liste las variables que afectan la selección de velocidad y avance. l Describa las fuentes de información adecuadas para seleccionar velocidades y avances. l Distinga entre la selección de velocidad y avance para máquinas manuales y máquinas de CNC. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar la velocidad en el torno.

l Describa la relación entre velocidad constante de superficie y rpm. l Distinga las diversas unidades que se utilizan para determinar el avance en el torno.

l Determine el valor correcto de velocidad en el torno usando la fórmula apropiada. l Determine el valor correcto de velocidad en la fresadora usando la fórmula apropiada. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar el avance en la fresadora.

l Determine el valor correcto de avance en la fresadora usando la fórmula adecuada. l Identifique factores comunes que necesitan ajustes a los valores de velocidad y avance.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el espesor de la viruta removida poruna pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Toda operación de maquinado requiere de la selección de velocidad y avance adecuados para asegurar la mejor productividad, vida útil de la herramienta y calidad de la pieza. Las operaciones decorte generan una cantidad significativa de calor. En cada material de herramienta de corte, el exceso de calor lleva a un desgaste excesivo de herramienta, lo cual se muestra en la figura 1. Conforme se incrementa la velocidad de corte, el calor también se incrementa. Cada tipo de materialde herramienta de corte tiene su rango de calor propio y adecuado que puede soportar y aún desempeñarse efectivamente. Además de las diferencias en el material de herramienta, cada materialde pieza de trabajo ofrece su propia dureza. La figura 2 compara los valores de dureza para materiales de pieza de trabajo comunes. Un incremento en la dureza de la pieza de trabajo lleva a un incremento de calor para la herramienta de corte. Al seleccionar velocidad y avance para una operación de corte específica, usted debe considerar tanto la pieza de trabajo como el material de laherramienta. Esta clase le enseñará cómo seleccionar la velocidad y avance apropiados para las operaciones básicas de torneado y refrentado. También aprenderá cómo convertir las unidades de fuentes de referencia que seleccione a variables de velocidad y avance que pueda utilizar en la máquina.     

Figura 1. Las velocidades y los avances adecuados ayudan a controlar el desgaste de la herramienta, el cual se muestra en esta vista amplificada del filo de corte.

Figura 2. Los diversos materiales de pieza de trabajo ofrecen diferentes valores de dureza que afectan las velocidades y avances.

Como puede ver en la figura 1, múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Algunas variables son menos obvias que otras. Por ejemplo, toda operación de maquinado es afectada por:

l El tipo de material de la pieza de trabajo. Los materiales más duros son más difíciles de maquinar y típicamente requieren de velocidades y avances más conservadores.

l El tipo de material de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros pueden soportar incremento en desgaste más elevado y temperaturas elevadas.

l El acabado superficial requerido. Los acabados superficiales mejorados requieren de

velocidades más rápidas y avances menos agresivos. l El tipo de geometría de herramienta. Diferentes ángulos de inclinación y ángulos de posición 

proporcionan un intercambio entre resistencia del filo para avances aumentados y fuerzas de corte reducidas.

l El tipo de máquina herramienta. La máquina manual y la máquina de CNC proporcionan

potencia, rigidez y velocidades de husillo significativamente diferentes.

l El tipo de preparación para sujeción del trabajo. La rigidez y fuerza de sujeción mejoradas de un dispositivo de sujeción de trabajo permite velocidades de corte y avances más rápidos.

Dependiendo de la situación, puede ser que no le sea posible cambiar algunas de estas variables. Puede ser que usted solamente tenga una máquina herramienta disponible que proporcione menos rigidez o potencia. Puede que no haya tiempo o recursos para desarrollar una sujeción de trabajo hecha a la medida para una corrida pequeña de producción. Ya sea que pueda o no controlar estas variables, usted debe tomar en consideración su impacto en el maquinado al determinar sus velocidades y avances.

    

Figura 1. Múltiples factores determinan la selección de velocidad y avance adecuados.

Aunque cada operación de maquinado se ve afectada por una amplia gama de variables, lo primordial de la selección de velocidad y avance se encuentra el tipo específico de operación de maquinado y la combinación de pieza de trabajo y material de herramienta. De hecho, las fuentes de referencia proporcionan tablas organizadas con esta información. Por ejemplo, la figura 1 muestra una tabla listando velocidades y avances para tornear una pieza de trabajo de acero de bajo carbono con un grado específico de insertos de carburo. Para operaciones de rutina, las tablas de maquinado y los materiales de referencia le proporcionan un punto de partida razonable para seleccionar velocidades y avances. La mayoría de los talleres deben contar con un manual general que contenga esta información. Sin embargo, la fuente de referencia preferente es el catálogo del fabricante específico de herramientas de corte. Como puede ver en la figura 2, numerosos fabricantes ofrecen catálogos sobre sus herramientas específicas. En términos generales, usted ha de encontrar que los materiales de pieza de trabajo más duros y difíciles exigen velocidades iniciales de husillo más lentas. Los materiales de referencia simplemente le proporcionan un rango o punto de partida aceptable para las velocidades y los avances. Estas variables deben entonces ajustarse y optimizarse conforme usted continúa con la corrida de producción.

    

Figura 1. Tabla artificial para un material de pieza de trabajo específico que organiza velocidades y avances de acuerdo con el material de herramienta y tipo de corte.

Figura 2. El catálogo del fabricante de herramientas específico es la mejor referencia a utilizar para la selección de velocidad y avance.

Los enfoques tradicionales de maquinado se basan en máquinas manuales tales como el torno paralelo básico y la fresadora de columna y codo, las cuales se muestran en las figuras 1 y 2. Muchas compañías todavía usan estas máquinas en sus cuartos de herramientas para corridas cortas de producción y para trabajos sobre medida. Para máquinas manuales, la velocidad o el avance correcto implica más "arte" que "ciencia". Los operadores de máquinas se basan en su experiencia e instinto en la operación para juzgar correctamente la velocidad de husillo y el avance de herramienta. Las compañías modernas dependen cada vez más de máquinas de CNC. La figura 3 muestra un torno CNC. Las máquinas de CNC ofrecen mayor potencia, velocidades de husillo más rápidas y mayor rigidez. A diferencia de las máquinas manuales, las máquinas de CNC proporcionan un espacio cerrado que contiene las virutas y fluido de corte. En consecuencia, las velocidades y los avances de una máquina de CNC son mucho mayores que las que usted puede ver en una máquina manual. Debido a que un programa de pieza ejecuta todas las operaciones de maquinado de una máquina de CNC, usted debe programar o seleccionar un valor específico de avance y velocidad. Usted no puede actuar por "instinto" o depender de sus sentidos por que de esta manera queda fuera del proceso. Debido a que los avances de herramientas son automatizados, una variable de velocidad oavance incorrecta puede dañar la pieza de trabajo o la máquina herramienta o inclusive lesionar al operador. Las máquinas de CNC requieren de una sólida comprensión de la selección adecuada de velocidad y avance.

    

Figura 1. Esta fresadora de columna y codo manual tiene un espacio de trabajo abierto.

Figura 2. Un operador puede usar un "sentido de instinto" para operar un torno paralelo manual.

Figura 3. La mayoría de las máquinas de CNC tiene un espacio cerrado y ofrece mayor potencia que las máquinas manuales.

En un torno, la velocidad determina lo rápido que la pieza de trabajo gira en el husillo. Existen dos maneras de medir la velocidad: revoluciones por minuto (rpm) o pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Aunque ambas variables describen la razón de la rotación del husillo, cada tipo de variable de velocidad se basa en diferentes factores. Revoluciones por minuto es una medición directa de cuántas veces gira el husillo en un minuto. No está afectado por el diámetro de la pieza de trabajo opor la ubicación de la herramienta. Pies superficiales por minuto miden lo rápido que la pieza de trabajo pasa bajo la herramienta en el filo de corte. Como puede ver en la figura 1, esta velocidad depende del tamaño de la pieza de trabajo y de la ubicación de la herramienta. Si rpm permanece igual, los pies superficiales por minuto disminuyen conforme el tamaño de la pieza de trabajo tamaño disminuye. Una pieza de trabajo de diámetro menor "viaja" menos pies superficiales que una pieza de trabajo de diámetro mayor. Una fórmula sencilla le ayuda a convertir rpm a sfm. Debe conocer dos valores: rpm y diámetro de la pieza de trabajo en pulgadas. Como puede usted ver en la figura 2, para encontrar sfm, usted multiplica el diámetro por el valor rpm y luego divide la constante 3.82. La constante 3.82 representa 12 pulgadas divididas entre pi y ayuda a convertir de pulgadas a pies. Para unidades métricas, se utiliza una fórmula similar para convertir rpm a m/min. La figura 3 muestra los equivalentes métricos para conversiones de velocidad en el torno. En unidades métricas, la constante es 318.3, lo cual representa 1000 mm divididos entre pi.

    

Figura 1. Si rpm permanece igual, sfm (o m/min) disminuye conforme el diámetro disminuye y la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

El tipo de operación de corte que se realiza en el torno determina el tipo de variable de velocidad que debe conocer. Las operaciones como torneado, refrentado y mandrinado se programan en sfm (m/min) porque la herramienta se puede mover hacia la línea central y alejarse de ella. Las operaciones como taladrado y roscado requieren de velocidades a rpm constantes porque la herramienta se posiciona ya sea en el línea central del eje o permanece a igual distancia del eje. En un torno manual, la velocidad de husillo permanece relativamente constante. Sin embargo, los tornos de CNC son capaces de ajustar la velocidad de husillo durante la operación. Si la velocidad seprograma en sfm, la rotación del husillo se incrementa conforme la herramienta se acerca a la línea central. A esta función se le llama velocidad constante de superficie (CSS por sus siglas en inglés) y mantiene una constante de pies superficiales por minuto durante el corte. Las figuras 1 y 2 comparan valores de velocidad sin CSS y con CSS. Si se está ejecutando taladrado o roscado, el programa requiere de un valor de rpm constante sin CSS. Los códigos especiales del programa indican al torno de CNC qué valor de velocidad se está ejecutando. Las tablas de referencia proporcionadas por los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan velocidades en sfm y smm. Usted puede utilizar este valor de manera directa de las tablas de referencia para operaciones de torneado de rutina. Por medio de la fórmula para convertir de sfm o m/min a rpm, puede determinar la razón de rotación del husillo en rpm paraun diámetro de pieza de trabajo dado.

    

Figura 1. Si no se utiliza CSS, rpm permanece constante y sfm disminuye conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Si se utiliza CSS, sfm permanece constante y las rpm del husillo se incrementan conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Al igual que los valores de velocidad, la selección del avance para el torno es relativamente sencilla. La mayoría de las velocidades de avance se dan en pulgadas por revolución (ipr) o milímetros por revolución (mm/rev). Este valor representa hasta dónde recorre la herramienta con cada rotación completa del husillo. En términos generales, si la pieza de trabajo está girando, la velocidad de avance se mide en ipr (mm/min). Este es el caso de la operación de taladrado que se muestra en la figura 1. Si lo que estágirando es la herramienta, el avance se mide ya sea en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). Éste es el caso si usted está taladrando o fresando con herramientas motorizadas en el torno. Los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan un rango de velocidades de avance recomendadas en ipr y mm/rev para combinaciones específicas de herramientas y pieza de trabajo. Introducir este valor es muy sencillo y no requiere de conversiones. Para la mayoría de las aplicaciones, usted debe primero seleccionar la profundidad de corte más pesada posible. Después de seleccionar la profundidad del corte, la velocidad de avance preferente es tan fuerte como sea posible. Las velocidades de avance más elevadas tienen un efecto menor en el desgaste de la herramienta que las velocidades más elevadas. Sin embargo, en algún punto, una velocidad deavance demasiado fuerte estanca la máquina herramienta.

    

Figura 1. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa, ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Para comprender las variables de velocidad y avance en el torno, considere este ejemplo específico. Usted está torneando una pieza de trabajo de 1.500 pulg. de diámetro hecha de acero al carbono simple 1020. El primer corte es una operación de desbastado con una profundidad de corte de 0.16 pulg. Usted también sabe que la velocidad de husillo es 3311 rpm y que la velocidad de avancees 0.016 ipr. ¿Son éstas las variables adecuadas para su operación de torneado? El catálogo del fabricante es un recurso valioso para encontrar velocidades de corte y avances. Mediante la tabla que compara la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo, debe serle posible encontrar los avances listados en ipr y mm/rev. La tabla en particular de la figura 1 le indica que la velocidad de avance de 0.016 ipr es aceptable. Para su velocidad, usted conoce las rpm del husillo. Sin embargo, los catálogos de herramientas típicamente listan las velocidades en sfm y m/min. Si usted utiliza la fórmula que se muestra en la figura 2, puede convertir las rpm del husillo a sfm. Usted conoce el diámetro (1.5 pulg.) y rpm (3311) de la pieza de trabajo. Si multiplica el diámetro y las rpm y luego divide entre la constante 3.82, determina que la velocidad es aproximadamente 1300 sfm. Una rápida revisión al catálogo del fabricante le indica que esto se encuentra dentro del rango de velocidad recomendado para esta combinación de herramienta y material de pieza de trabajo.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra, los rangosadecuados para valores de velocidad y avance se proporcionan en sfm e ipr.

Figura 2. Muestra de cálculos para encontrar sfm y determinar velocidad de superficie.

La selección de velocidad y avance para la fresadora no es tan sencilla como lo es determinar las mismas variables en el torno. Para la fresadora, la velocidad siempre se mide en revoluciones por minuto (rpm). Esto es correcto para unidades tanto inglesas como métricas. Sin embargo, los fabricantes de herramienta de fresado proporcionan velocidades recomendadas en términos de piessuperficiales por minuto (sfm) y metros por minuto (m/min). La figura 1 compara dos herramientas con las mismas rpm, pero diferentes velocidades de superficie. Usted tiene que convertir estas velocidades en valores de rpm. Como puede usted ver en las figuras 2 y 3, las mismas fórmulas que se utilizan para convertir valores de velocidad para el torno aplican a las conversiones de velocidad en la fresadora. La diferencia clave es que usted trata con el diámetro de una herramienta en lugar del diámetro de unapieza de trabajo. Como usted utiliza típicamente herramientas de corte con diferentes diámetros, pueden requerirse de diferentes valores de rpm para herramientas que utilizan el mismo material deherramienta de corte. Como puede ver en la figura 4, si tiene un cortador con diámetro de 3.00 pulg. con una velocidad recomendada de 2200 sfm, la velocidad de husillo correcta es 2801.33 rpm. Ya sea que la herramienta se utilice para el torno o para la fresadora, los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tablas organizadas por combinaciones de material de herramientas y material de piezas de trabajo.

    

Figura 1. Dos fresadoras con diferentes diámetros girando a las mismas rpm tienen diferentes velocidades de superficie.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 4. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar la velocidad del husillo.

La selección del avance en la fresadora es más complejo que para el torno. La velocidad de avance programada en una fresadora de CNC es en pulgadas por minuto (ipm) o en milímetros por minuto (mm/min). Este valor determina la longitud que la herramienta recorre en un minuto. Sin embargo, los fabricantes de herramientas de corte típicamente proporcionan velocidades de avance como avance por diente (fpt), ya sea en pulgadas o milímetros. La figura 1 ilustra cómo se mide elavance por diente. A este valor también se le llama carga de viruta. El avance por diente permite a los fabricantes de herramientas recomendar velocidades de avance para un amplio rango de herramientas con diferentes diámetros o número de dientes de corte. Estevalor también determina el mejor grosor de viruta para asegurar que el calor sea alejado junto con la viruta y para mantener buen control de la viruta. Al determinar una velocidad de avance de fresadora para la máquina, usted debe convertir de avance por diente a avance por revolución (fpr), ya sea en pulgadas o milímetros. El avance por revolución se incrementa con el número de dientes en la cortadora. Entre más dientes tenga la cortadora, más rápido se incrementa la avance por revolución. Finalmente, usted debe convertir el valor fpr a ipm o a mm/min para determinar la velocidad final de avance que usted selecciona en la máquina. Las fórmulas que se muestran en las figuras 2 y 3 le ayudan a convertir rápidamente de fpt a ipm oa mm/min. Para determinar la velocidad de avance, usted debe conocer el avance por diente (fpt), elnúmero de dientes de la cortadora (T) y la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Multiplicando estas variables, puede determinar la velocidad de avance en ipm o en mm/min, dependiendo de si está trabajando con unidades inglesas o métricas.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el grosor de la viruta removida por una pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Para comprender cómo trabajan las velocidades y los avances en la fresadora, considere este problema de muestra. Piense que está refrentando una pieza cuadrada de aluminio de 4.000 pulg. Se le indica que la fresa de refrentado recomendada es una cortadora de 6.300 pulg. de diámetro con 8 dientes de corte. De acuerdo con la tabla del fabricante de muestra que se presenta en la figura 1, una buena velocidad de arranque es 1500 sfm, con una velocidad de avance de 0.010 ipt. ¿Cómo determina la velocidad y la avance correctas para programar en una fresadora de CNC? Para determinar la velocidad programada, debe convertir sfm a rpm. Usted sabe que la velocidad recomendada es 1500 sfm y el diámetro de la cortadora es 6.300 pulgadas. Colocando estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 2, usted determina que la velocidad de husillo es aproximadamente 909.52 rpm. Ahora que conoce las rpm, puede convertir el avance por diente al avance programable en pulgadas por minuto. El catálogo del fabricante recomienda 0.010 fpt como un buen punto de arranque. Usted también sabe que la herramienta de corte tiene 8 dientes y que la velocidad es 909.52 rpm. Si coloca estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 3, determina que el avance programable es 72.76 ipm. Tanto el valor de velocidad de 909.52 rpm y el valor de avance de 72.76 ipm aparecen como números programados que se utilizan en el programa de pieza real.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra se proporcionan rangos adecuados para velocidady avance en sfm e ipt.

Figura 2. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar velocidad de husillo.

Figura 3. Cálculos de muestra para encontrar ipm y determinar avance.

Los catálogos de fabricantes meramente le proporcionan un rango práctico de variables de velocidad y avance. Sin embargo, recuerde que numerosos factores afectan toda operación de maquinado específica. Es imposible saber con completa certeza la mejor variable de velocidad y avance desde el principio. Un adecuado maquinado implica un cuidadoso monitoreo de las operaciones de maquinado. Como puede usted ver en la figura 1, usted típicamente ajusta estas variables a través de la corrida de producción para maximizar la combinación de desgaste de la herramienta, tiempo de ciclo y acabado superficial. Si el desgaste de la herramienta es demasiado, asegúrese de inspeccionar su herramental. ¿Sus herramientas de corte están operando de manera concéntrica o están descentradas? ¿Sus brocas están desviándose y dejando agujeros ovalados? ¿La longitud de la herramienta es demasiada y lleva a vibración? Un examen del herramental puede detectar una fuente que lleva a una vida deficiente de la herramienta. La figura 2 resume sólo unos cuantos de los posibles problemas de maquinado y sus causas posibles. Recuerde que la velocidad tiene un gran impacto en el desgaste de la herramienta. Si la herramienta de corte se desgasta a una tasa excesiva, una consideración razonable es reducir la velocidad de corte. Algunas fuentes de referencia proporcionan rangos adecuados de velocidad que definen puntos de arranque razonables, con otros rangos de velocidad para optimizar un proceso de corte. Al igual que la velocidad, las fuentes de referencia recomiendan velocidades de avance como un rango adecuado. Para muchas operaciones, lo mejor es primero maximizar la velocidad de avance y luego ajustar la velocidad. Para operaciones de fresado, raras veces debe usted tener un avance por diente menor que 0.003 pulg. (.075 mm) o que exceda 0.012 pulg. (0.3 mm). Las velocidades de avance demasiado elevadas pueden llevar a una presión excesiva de la herramienta y a socavadoo a un corte en exceso.

    

Figura 1. Puede ser que los valores de velocidad y avance tengan que ser ajustados durante una corrida de producción para mejorar la vida de la herramienta o el acabado superficial.

Figura 2. Los operadores experimentados aprenden cómo ajustar velocidades y avances si observan problemas durante el maquinado.

La selección adecuada de velocidad y avance es necesaria para maximizar la vida de la herramienta, la productividad y el acabado superficial. Múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Sin embargo, estas variables son determinadas ante todo por la operación específica y por la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo. Mientras que las máquinas manuales, como el torno paralelo y la fresadora de columna y codo requieren de un sentido de "instinto" del operador, las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y avance específicos programados. En el torno, la velocidad se mide ya sea en revoluciones por minuto (rpm) o en pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Si rpmpermanece constante, sfm o m/min disminuyen conforme la herramienta se acerca a la línea central.Sin embargo, la velocidad constante de superficie (CSS) ajusta las rpm del husillo para mantener una velocidad constante de superficie. Si la pieza de trabajo está girando, el avance se mide ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev). Sin embargo, si la herramienta está girando, el avance se mide en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). En la fresadora, la velocidad una vez más se mide en rpm o ya sea en sfm o m/min. Sin embargo, lavelocidad determina la rotación de la herramienta de corte y no la pieza de trabajo. Los avances de la fresadora difieren del torno por que típicamente se miden en avance por diente. Este valor debe convertirse a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min) para programar el avance correcto en una fresadora de CNC.

    

Figura 1. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 2. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas inglesas para fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 4. Fórmulas métricas para fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Term Definition

Avance (feed) Tasa a la que la pieza de trabajo o la herramienta de corte cambian en posición durante la longitud del corte. El avance típicamente define un movimiento lineal o de contorno.

Avance Por Diente (feed per tooth) Grosor del material de viruta que cada filo de corte de la herramienta remueve con una pasada.

Avance Por Revolución (feed per revolution) Distancia lineal que una herramienta avanza durante una rotación de la pieza de trabajo o herramienta de corte. En la fresadora, el avance por revolución (fpr) puede utilizarse para convertir de avance por diente (fpt) ya sea a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min).

Carga De Viruta (chip load) Otro término para avance por diente que se refiere al grosor del material de viruta removido por el filo de corte de una herramienta.

Desbastado (roughing) Pasada de corte que enfatiza altos índices de remoción de material con el posible sacrificio del acabado superficial o de la exactitud.

Dureza (hardness) Capacidad de un material para resistir rayado, indentación o penetración. Los materiales de pieza de trabajo con dureza aumentada generan más calor y son más difíciles de maquinar.

Fresadora De Columna Y Codo (column-and-knee-mill) El tipo de fresadora original y más básico que se utiliza para maquinar piezas de trabajo planas o rectangulares.

Herramientas Motorizadas (live tooling) Herramientas de corte impulsadas mecánicamente, como fresas universales de espiga y taladros, contenidas en la torreta del torno. Las herramientas motorizadas pueden realizar operaciones de maquinado fuera de la línea central de la pieza mientras se sostenga la pieza de trabajo estacionaria en el husillo.

Máquina De CNC (CNC machine) Sofisticada máquina herramienta operada por una computadora que puede realizar múltiples operaciones de maquinado en la misma preparación inicial con una variedad de herramientas. Las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y velocidad de avance programados.

Metros Superficiales Por Minuto (surface meters per minute) Distancia en metros que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorre en un minuto. Metros superficiales por minuto (smm) es una medición métrica para la velocidad.

Milímetros Por Minuto (millimeters per minute) Distancia en milímetros que la herramienta o pieza de trabajo completa avanza en un minuto. Milímetros por minuto (mm/min) es una medición métrica para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Milímetros Por Revolución (millimeters per revolution) Distancia en milímetros que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Milímetros por revolución (mm/rev) es una medición métrica para la avance en el torno.

Pi (pi) Valor constante especial que relaciona el diámetro de un círculo a su circunferencia. Pi, aproximadamente 3.14, se usa para determinar la circunferencia y área de un círculo.

Pies Superficiales Por Minuto (surface feet per minute) Distancia en pies que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorren en un minuto. Pies superficiales por minuto (sfm) es una medición inglesa para la velocidad.

Potencia (horsepower) Unidad de energía que se usa para describir la fuerza de una máquina. Una máquina con potencias aumentadas tiene un husillo que puede ejercer una mayor cantidad de fuerza.

Profundidad De Corte (depth of cut) Espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte.

Programa De Pieza (part program) Serie de instrucciones numéricas usadas por una máquina de CNC para realizar la secuencia de operaciones necesaria para maquinar una pieza de trabajo específica. 

Pulgadas Por Minuto (inches per minute) Distancia en pulgadas que la herramienta o pieza de trabajo completa avanzan en un minuto. Pulgadas por minuto (ipm) es una medida inglesa para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Pulgadas Por Revolución (inches per revolution) Distancia en pulgadas que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Pulgadas por revolución (ipr) es una medida inglesa para el avance del torno.

Revoluciones Por Minuto (revolutions per minute) Número de revoluciones que un husillo o herramienta de corte completan en un minuto. Las revoluciones por minuto (rpm) es una medición de velocidad en los sistemas inglés y métrico.

Torno Paralelo (engine lathe) El tipo original y más básico de torno manual que se utiliza para producir piezas de trabajo cilíndricas.

Velocidad (speed) Tasa a la cual la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de corte pasan una a otra en el punto de contacto. La velocidad típicamente define un movimiento giratorio.

Velocidad Constante De Superficie (constant surface speed) Modo de un torno de CNC que ajusta las rpm del husillo conforme la herramienta se recorre hacia el eje del husillo y cuando se aleja de éste.

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Class Outline Objetivos Importancia de la velocidad y el avance Factores que determinan la velocidad y el avance Fuentes de referencia para velocidad y avance Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC Selección de la velocidad para el torno Velocidad constante de superficie Selección del avance para el torno Ejemplo con el torno Selección de la velocidad para la fresadora Selección del avance para la fresadora Ejemplo con la fresadora Optimización de velocidades y avances Resumen

 

Lesson: 1/14 Objetivos

 

Lesson: 2/14 Importancia de la velocidad y el avance

 

Lesson: 3/14 Factores que determinan la velocidad y el avance

 

Lesson: 4/14 Fuentes de referencia para velocidad y avance

 

Lesson: 5/14 Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC

 

Lesson: 6/14 Selección de la velocidad para el torno

 

Lesson: 7/14 Velocidad constante de superficie

 

Lesson: 8/14 Selección del avance para el torno

 

Lesson: 9/14 Ejemplo con el torno

 

Lesson: 10/14 Selección de la velocidad para la fresadora

 

Lesson: 11/14 Selección del avance para la fresadora

 

Lesson: 12/14 Ejemplo con la fresadora

 

Lesson: 13/14 Optimización de velocidades y avances

 

Lesson: 14/14 Resumen

 

Class Vocabulary

Selección de velocidad y avance 300

l Describa las relaciones entre velocidad de corte, dureza de pieza de trabajo y calor.

l Liste las variables que afectan la selección de velocidad y avance. l Describa las fuentes de información adecuadas para seleccionar velocidades y avances. l Distinga entre la selección de velocidad y avance para máquinas manuales y máquinas de CNC. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar la velocidad en el torno.

l Describa la relación entre velocidad constante de superficie y rpm. l Distinga las diversas unidades que se utilizan para determinar el avance en el torno.

l Determine el valor correcto de velocidad en el torno usando la fórmula apropiada. l Determine el valor correcto de velocidad en la fresadora usando la fórmula apropiada. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar el avance en la fresadora.

l Determine el valor correcto de avance en la fresadora usando la fórmula adecuada. l Identifique factores comunes que necesitan ajustes a los valores de velocidad y avance.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el espesor de la viruta removida poruna pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Toda operación de maquinado requiere de la selección de velocidad y avance adecuados para asegurar la mejor productividad, vida útil de la herramienta y calidad de la pieza. Las operaciones decorte generan una cantidad significativa de calor. En cada material de herramienta de corte, el exceso de calor lleva a un desgaste excesivo de herramienta, lo cual se muestra en la figura 1. Conforme se incrementa la velocidad de corte, el calor también se incrementa. Cada tipo de materialde herramienta de corte tiene su rango de calor propio y adecuado que puede soportar y aún desempeñarse efectivamente. Además de las diferencias en el material de herramienta, cada materialde pieza de trabajo ofrece su propia dureza. La figura 2 compara los valores de dureza para materiales de pieza de trabajo comunes. Un incremento en la dureza de la pieza de trabajo lleva a un incremento de calor para la herramienta de corte. Al seleccionar velocidad y avance para una operación de corte específica, usted debe considerar tanto la pieza de trabajo como el material de laherramienta. Esta clase le enseñará cómo seleccionar la velocidad y avance apropiados para las operaciones básicas de torneado y refrentado. También aprenderá cómo convertir las unidades de fuentes de referencia que seleccione a variables de velocidad y avance que pueda utilizar en la máquina.     

Figura 1. Las velocidades y los avances adecuados ayudan a controlar el desgaste de la herramienta, el cual se muestra en esta vista amplificada del filo de corte.

Figura 2. Los diversos materiales de pieza de trabajo ofrecen diferentes valores de dureza que afectan las velocidades y avances.

Como puede ver en la figura 1, múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Algunas variables son menos obvias que otras. Por ejemplo, toda operación de maquinado es afectada por:

l El tipo de material de la pieza de trabajo. Los materiales más duros son más difíciles de maquinar y típicamente requieren de velocidades y avances más conservadores.

l El tipo de material de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros pueden soportar incremento en desgaste más elevado y temperaturas elevadas.

l El acabado superficial requerido. Los acabados superficiales mejorados requieren de

velocidades más rápidas y avances menos agresivos. l El tipo de geometría de herramienta. Diferentes ángulos de inclinación y ángulos de posición 

proporcionan un intercambio entre resistencia del filo para avances aumentados y fuerzas de corte reducidas.

l El tipo de máquina herramienta. La máquina manual y la máquina de CNC proporcionan

potencia, rigidez y velocidades de husillo significativamente diferentes.

l El tipo de preparación para sujeción del trabajo. La rigidez y fuerza de sujeción mejoradas de un dispositivo de sujeción de trabajo permite velocidades de corte y avances más rápidos.

Dependiendo de la situación, puede ser que no le sea posible cambiar algunas de estas variables. Puede ser que usted solamente tenga una máquina herramienta disponible que proporcione menos rigidez o potencia. Puede que no haya tiempo o recursos para desarrollar una sujeción de trabajo hecha a la medida para una corrida pequeña de producción. Ya sea que pueda o no controlar estas variables, usted debe tomar en consideración su impacto en el maquinado al determinar sus velocidades y avances.

    

Figura 1. Múltiples factores determinan la selección de velocidad y avance adecuados.

Aunque cada operación de maquinado se ve afectada por una amplia gama de variables, lo primordial de la selección de velocidad y avance se encuentra el tipo específico de operación de maquinado y la combinación de pieza de trabajo y material de herramienta. De hecho, las fuentes de referencia proporcionan tablas organizadas con esta información. Por ejemplo, la figura 1 muestra una tabla listando velocidades y avances para tornear una pieza de trabajo de acero de bajo carbono con un grado específico de insertos de carburo. Para operaciones de rutina, las tablas de maquinado y los materiales de referencia le proporcionan un punto de partida razonable para seleccionar velocidades y avances. La mayoría de los talleres deben contar con un manual general que contenga esta información. Sin embargo, la fuente de referencia preferente es el catálogo del fabricante específico de herramientas de corte. Como puede ver en la figura 2, numerosos fabricantes ofrecen catálogos sobre sus herramientas específicas. En términos generales, usted ha de encontrar que los materiales de pieza de trabajo más duros y difíciles exigen velocidades iniciales de husillo más lentas. Los materiales de referencia simplemente le proporcionan un rango o punto de partida aceptable para las velocidades y los avances. Estas variables deben entonces ajustarse y optimizarse conforme usted continúa con la corrida de producción.

    

Figura 1. Tabla artificial para un material de pieza de trabajo específico que organiza velocidades y avances de acuerdo con el material de herramienta y tipo de corte.

Figura 2. El catálogo del fabricante de herramientas específico es la mejor referencia a utilizar para la selección de velocidad y avance.

Los enfoques tradicionales de maquinado se basan en máquinas manuales tales como el torno paralelo básico y la fresadora de columna y codo, las cuales se muestran en las figuras 1 y 2. Muchas compañías todavía usan estas máquinas en sus cuartos de herramientas para corridas cortas de producción y para trabajos sobre medida. Para máquinas manuales, la velocidad o el avance correcto implica más "arte" que "ciencia". Los operadores de máquinas se basan en su experiencia e instinto en la operación para juzgar correctamente la velocidad de husillo y el avance de herramienta. Las compañías modernas dependen cada vez más de máquinas de CNC. La figura 3 muestra un torno CNC. Las máquinas de CNC ofrecen mayor potencia, velocidades de husillo más rápidas y mayor rigidez. A diferencia de las máquinas manuales, las máquinas de CNC proporcionan un espacio cerrado que contiene las virutas y fluido de corte. En consecuencia, las velocidades y los avances de una máquina de CNC son mucho mayores que las que usted puede ver en una máquina manual. Debido a que un programa de pieza ejecuta todas las operaciones de maquinado de una máquina de CNC, usted debe programar o seleccionar un valor específico de avance y velocidad. Usted no puede actuar por "instinto" o depender de sus sentidos por que de esta manera queda fuera del proceso. Debido a que los avances de herramientas son automatizados, una variable de velocidad oavance incorrecta puede dañar la pieza de trabajo o la máquina herramienta o inclusive lesionar al operador. Las máquinas de CNC requieren de una sólida comprensión de la selección adecuada de velocidad y avance.

    

Figura 1. Esta fresadora de columna y codo manual tiene un espacio de trabajo abierto.

Figura 2. Un operador puede usar un "sentido de instinto" para operar un torno paralelo manual.

Figura 3. La mayoría de las máquinas de CNC tiene un espacio cerrado y ofrece mayor potencia que las máquinas manuales.

En un torno, la velocidad determina lo rápido que la pieza de trabajo gira en el husillo. Existen dos maneras de medir la velocidad: revoluciones por minuto (rpm) o pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Aunque ambas variables describen la razón de la rotación del husillo, cada tipo de variable de velocidad se basa en diferentes factores. Revoluciones por minuto es una medición directa de cuántas veces gira el husillo en un minuto. No está afectado por el diámetro de la pieza de trabajo opor la ubicación de la herramienta. Pies superficiales por minuto miden lo rápido que la pieza de trabajo pasa bajo la herramienta en el filo de corte. Como puede ver en la figura 1, esta velocidad depende del tamaño de la pieza de trabajo y de la ubicación de la herramienta. Si rpm permanece igual, los pies superficiales por minuto disminuyen conforme el tamaño de la pieza de trabajo tamaño disminuye. Una pieza de trabajo de diámetro menor "viaja" menos pies superficiales que una pieza de trabajo de diámetro mayor. Una fórmula sencilla le ayuda a convertir rpm a sfm. Debe conocer dos valores: rpm y diámetro de la pieza de trabajo en pulgadas. Como puede usted ver en la figura 2, para encontrar sfm, usted multiplica el diámetro por el valor rpm y luego divide la constante 3.82. La constante 3.82 representa 12 pulgadas divididas entre pi y ayuda a convertir de pulgadas a pies. Para unidades métricas, se utiliza una fórmula similar para convertir rpm a m/min. La figura 3 muestra los equivalentes métricos para conversiones de velocidad en el torno. En unidades métricas, la constante es 318.3, lo cual representa 1000 mm divididos entre pi.

    

Figura 1. Si rpm permanece igual, sfm (o m/min) disminuye conforme el diámetro disminuye y la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

El tipo de operación de corte que se realiza en el torno determina el tipo de variable de velocidad que debe conocer. Las operaciones como torneado, refrentado y mandrinado se programan en sfm (m/min) porque la herramienta se puede mover hacia la línea central y alejarse de ella. Las operaciones como taladrado y roscado requieren de velocidades a rpm constantes porque la herramienta se posiciona ya sea en el línea central del eje o permanece a igual distancia del eje. En un torno manual, la velocidad de husillo permanece relativamente constante. Sin embargo, los tornos de CNC son capaces de ajustar la velocidad de husillo durante la operación. Si la velocidad seprograma en sfm, la rotación del husillo se incrementa conforme la herramienta se acerca a la línea central. A esta función se le llama velocidad constante de superficie (CSS por sus siglas en inglés) y mantiene una constante de pies superficiales por minuto durante el corte. Las figuras 1 y 2 comparan valores de velocidad sin CSS y con CSS. Si se está ejecutando taladrado o roscado, el programa requiere de un valor de rpm constante sin CSS. Los códigos especiales del programa indican al torno de CNC qué valor de velocidad se está ejecutando. Las tablas de referencia proporcionadas por los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan velocidades en sfm y smm. Usted puede utilizar este valor de manera directa de las tablas de referencia para operaciones de torneado de rutina. Por medio de la fórmula para convertir de sfm o m/min a rpm, puede determinar la razón de rotación del husillo en rpm paraun diámetro de pieza de trabajo dado.

    

Figura 1. Si no se utiliza CSS, rpm permanece constante y sfm disminuye conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Si se utiliza CSS, sfm permanece constante y las rpm del husillo se incrementan conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Al igual que los valores de velocidad, la selección del avance para el torno es relativamente sencilla. La mayoría de las velocidades de avance se dan en pulgadas por revolución (ipr) o milímetros por revolución (mm/rev). Este valor representa hasta dónde recorre la herramienta con cada rotación completa del husillo. En términos generales, si la pieza de trabajo está girando, la velocidad de avance se mide en ipr (mm/min). Este es el caso de la operación de taladrado que se muestra en la figura 1. Si lo que estágirando es la herramienta, el avance se mide ya sea en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). Éste es el caso si usted está taladrando o fresando con herramientas motorizadas en el torno. Los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan un rango de velocidades de avance recomendadas en ipr y mm/rev para combinaciones específicas de herramientas y pieza de trabajo. Introducir este valor es muy sencillo y no requiere de conversiones. Para la mayoría de las aplicaciones, usted debe primero seleccionar la profundidad de corte más pesada posible. Después de seleccionar la profundidad del corte, la velocidad de avance preferente es tan fuerte como sea posible. Las velocidades de avance más elevadas tienen un efecto menor en el desgaste de la herramienta que las velocidades más elevadas. Sin embargo, en algún punto, una velocidad deavance demasiado fuerte estanca la máquina herramienta.

    

Figura 1. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa, ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Para comprender las variables de velocidad y avance en el torno, considere este ejemplo específico. Usted está torneando una pieza de trabajo de 1.500 pulg. de diámetro hecha de acero al carbono simple 1020. El primer corte es una operación de desbastado con una profundidad de corte de 0.16 pulg. Usted también sabe que la velocidad de husillo es 3311 rpm y que la velocidad de avancees 0.016 ipr. ¿Son éstas las variables adecuadas para su operación de torneado? El catálogo del fabricante es un recurso valioso para encontrar velocidades de corte y avances. Mediante la tabla que compara la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo, debe serle posible encontrar los avances listados en ipr y mm/rev. La tabla en particular de la figura 1 le indica que la velocidad de avance de 0.016 ipr es aceptable. Para su velocidad, usted conoce las rpm del husillo. Sin embargo, los catálogos de herramientas típicamente listan las velocidades en sfm y m/min. Si usted utiliza la fórmula que se muestra en la figura 2, puede convertir las rpm del husillo a sfm. Usted conoce el diámetro (1.5 pulg.) y rpm (3311) de la pieza de trabajo. Si multiplica el diámetro y las rpm y luego divide entre la constante 3.82, determina que la velocidad es aproximadamente 1300 sfm. Una rápida revisión al catálogo del fabricante le indica que esto se encuentra dentro del rango de velocidad recomendado para esta combinación de herramienta y material de pieza de trabajo.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra, los rangosadecuados para valores de velocidad y avance se proporcionan en sfm e ipr.

Figura 2. Muestra de cálculos para encontrar sfm y determinar velocidad de superficie.

La selección de velocidad y avance para la fresadora no es tan sencilla como lo es determinar las mismas variables en el torno. Para la fresadora, la velocidad siempre se mide en revoluciones por minuto (rpm). Esto es correcto para unidades tanto inglesas como métricas. Sin embargo, los fabricantes de herramienta de fresado proporcionan velocidades recomendadas en términos de piessuperficiales por minuto (sfm) y metros por minuto (m/min). La figura 1 compara dos herramientas con las mismas rpm, pero diferentes velocidades de superficie. Usted tiene que convertir estas velocidades en valores de rpm. Como puede usted ver en las figuras 2 y 3, las mismas fórmulas que se utilizan para convertir valores de velocidad para el torno aplican a las conversiones de velocidad en la fresadora. La diferencia clave es que usted trata con el diámetro de una herramienta en lugar del diámetro de unapieza de trabajo. Como usted utiliza típicamente herramientas de corte con diferentes diámetros, pueden requerirse de diferentes valores de rpm para herramientas que utilizan el mismo material deherramienta de corte. Como puede ver en la figura 4, si tiene un cortador con diámetro de 3.00 pulg. con una velocidad recomendada de 2200 sfm, la velocidad de husillo correcta es 2801.33 rpm. Ya sea que la herramienta se utilice para el torno o para la fresadora, los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tablas organizadas por combinaciones de material de herramientas y material de piezas de trabajo.

    

Figura 1. Dos fresadoras con diferentes diámetros girando a las mismas rpm tienen diferentes velocidades de superficie.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 4. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar la velocidad del husillo.

La selección del avance en la fresadora es más complejo que para el torno. La velocidad de avance programada en una fresadora de CNC es en pulgadas por minuto (ipm) o en milímetros por minuto (mm/min). Este valor determina la longitud que la herramienta recorre en un minuto. Sin embargo, los fabricantes de herramientas de corte típicamente proporcionan velocidades de avance como avance por diente (fpt), ya sea en pulgadas o milímetros. La figura 1 ilustra cómo se mide elavance por diente. A este valor también se le llama carga de viruta. El avance por diente permite a los fabricantes de herramientas recomendar velocidades de avance para un amplio rango de herramientas con diferentes diámetros o número de dientes de corte. Estevalor también determina el mejor grosor de viruta para asegurar que el calor sea alejado junto con la viruta y para mantener buen control de la viruta. Al determinar una velocidad de avance de fresadora para la máquina, usted debe convertir de avance por diente a avance por revolución (fpr), ya sea en pulgadas o milímetros. El avance por revolución se incrementa con el número de dientes en la cortadora. Entre más dientes tenga la cortadora, más rápido se incrementa la avance por revolución. Finalmente, usted debe convertir el valor fpr a ipm o a mm/min para determinar la velocidad final de avance que usted selecciona en la máquina. Las fórmulas que se muestran en las figuras 2 y 3 le ayudan a convertir rápidamente de fpt a ipm oa mm/min. Para determinar la velocidad de avance, usted debe conocer el avance por diente (fpt), elnúmero de dientes de la cortadora (T) y la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Multiplicando estas variables, puede determinar la velocidad de avance en ipm o en mm/min, dependiendo de si está trabajando con unidades inglesas o métricas.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el grosor de la viruta removida por una pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Para comprender cómo trabajan las velocidades y los avances en la fresadora, considere este problema de muestra. Piense que está refrentando una pieza cuadrada de aluminio de 4.000 pulg. Se le indica que la fresa de refrentado recomendada es una cortadora de 6.300 pulg. de diámetro con 8 dientes de corte. De acuerdo con la tabla del fabricante de muestra que se presenta en la figura 1, una buena velocidad de arranque es 1500 sfm, con una velocidad de avance de 0.010 ipt. ¿Cómo determina la velocidad y la avance correctas para programar en una fresadora de CNC? Para determinar la velocidad programada, debe convertir sfm a rpm. Usted sabe que la velocidad recomendada es 1500 sfm y el diámetro de la cortadora es 6.300 pulgadas. Colocando estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 2, usted determina que la velocidad de husillo es aproximadamente 909.52 rpm. Ahora que conoce las rpm, puede convertir el avance por diente al avance programable en pulgadas por minuto. El catálogo del fabricante recomienda 0.010 fpt como un buen punto de arranque. Usted también sabe que la herramienta de corte tiene 8 dientes y que la velocidad es 909.52 rpm. Si coloca estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 3, determina que el avance programable es 72.76 ipm. Tanto el valor de velocidad de 909.52 rpm y el valor de avance de 72.76 ipm aparecen como números programados que se utilizan en el programa de pieza real.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra se proporcionan rangos adecuados para velocidady avance en sfm e ipt.

Figura 2. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar velocidad de husillo.

Figura 3. Cálculos de muestra para encontrar ipm y determinar avance.

Los catálogos de fabricantes meramente le proporcionan un rango práctico de variables de velocidad y avance. Sin embargo, recuerde que numerosos factores afectan toda operación de maquinado específica. Es imposible saber con completa certeza la mejor variable de velocidad y avance desde el principio. Un adecuado maquinado implica un cuidadoso monitoreo de las operaciones de maquinado. Como puede usted ver en la figura 1, usted típicamente ajusta estas variables a través de la corrida de producción para maximizar la combinación de desgaste de la herramienta, tiempo de ciclo y acabado superficial. Si el desgaste de la herramienta es demasiado, asegúrese de inspeccionar su herramental. ¿Sus herramientas de corte están operando de manera concéntrica o están descentradas? ¿Sus brocas están desviándose y dejando agujeros ovalados? ¿La longitud de la herramienta es demasiada y lleva a vibración? Un examen del herramental puede detectar una fuente que lleva a una vida deficiente de la herramienta. La figura 2 resume sólo unos cuantos de los posibles problemas de maquinado y sus causas posibles. Recuerde que la velocidad tiene un gran impacto en el desgaste de la herramienta. Si la herramienta de corte se desgasta a una tasa excesiva, una consideración razonable es reducir la velocidad de corte. Algunas fuentes de referencia proporcionan rangos adecuados de velocidad que definen puntos de arranque razonables, con otros rangos de velocidad para optimizar un proceso de corte. Al igual que la velocidad, las fuentes de referencia recomiendan velocidades de avance como un rango adecuado. Para muchas operaciones, lo mejor es primero maximizar la velocidad de avance y luego ajustar la velocidad. Para operaciones de fresado, raras veces debe usted tener un avance por diente menor que 0.003 pulg. (.075 mm) o que exceda 0.012 pulg. (0.3 mm). Las velocidades de avance demasiado elevadas pueden llevar a una presión excesiva de la herramienta y a socavadoo a un corte en exceso.

    

Figura 1. Puede ser que los valores de velocidad y avance tengan que ser ajustados durante una corrida de producción para mejorar la vida de la herramienta o el acabado superficial.

Figura 2. Los operadores experimentados aprenden cómo ajustar velocidades y avances si observan problemas durante el maquinado.

La selección adecuada de velocidad y avance es necesaria para maximizar la vida de la herramienta, la productividad y el acabado superficial. Múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Sin embargo, estas variables son determinadas ante todo por la operación específica y por la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo. Mientras que las máquinas manuales, como el torno paralelo y la fresadora de columna y codo requieren de un sentido de "instinto" del operador, las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y avance específicos programados. En el torno, la velocidad se mide ya sea en revoluciones por minuto (rpm) o en pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Si rpmpermanece constante, sfm o m/min disminuyen conforme la herramienta se acerca a la línea central.Sin embargo, la velocidad constante de superficie (CSS) ajusta las rpm del husillo para mantener una velocidad constante de superficie. Si la pieza de trabajo está girando, el avance se mide ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev). Sin embargo, si la herramienta está girando, el avance se mide en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). En la fresadora, la velocidad una vez más se mide en rpm o ya sea en sfm o m/min. Sin embargo, lavelocidad determina la rotación de la herramienta de corte y no la pieza de trabajo. Los avances de la fresadora difieren del torno por que típicamente se miden en avance por diente. Este valor debe convertirse a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min) para programar el avance correcto en una fresadora de CNC.

    

Figura 1. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 2. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas inglesas para fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 4. Fórmulas métricas para fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Term Definition

Avance (feed) Tasa a la que la pieza de trabajo o la herramienta de corte cambian en posición durante la longitud del corte. El avance típicamente define un movimiento lineal o de contorno.

Avance Por Diente (feed per tooth) Grosor del material de viruta que cada filo de corte de la herramienta remueve con una pasada.

Avance Por Revolución (feed per revolution) Distancia lineal que una herramienta avanza durante una rotación de la pieza de trabajo o herramienta de corte. En la fresadora, el avance por revolución (fpr) puede utilizarse para convertir de avance por diente (fpt) ya sea a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min).

Carga De Viruta (chip load) Otro término para avance por diente que se refiere al grosor del material de viruta removido por el filo de corte de una herramienta.

Desbastado (roughing) Pasada de corte que enfatiza altos índices de remoción de material con el posible sacrificio del acabado superficial o de la exactitud.

Dureza (hardness) Capacidad de un material para resistir rayado, indentación o penetración. Los materiales de pieza de trabajo con dureza aumentada generan más calor y son más difíciles de maquinar.

Fresadora De Columna Y Codo (column-and-knee-mill) El tipo de fresadora original y más básico que se utiliza para maquinar piezas de trabajo planas o rectangulares.

Herramientas Motorizadas (live tooling) Herramientas de corte impulsadas mecánicamente, como fresas universales de espiga y taladros, contenidas en la torreta del torno. Las herramientas motorizadas pueden realizar operaciones de maquinado fuera de la línea central de la pieza mientras se sostenga la pieza de trabajo estacionaria en el husillo.

Máquina De CNC (CNC machine) Sofisticada máquina herramienta operada por una computadora que puede realizar múltiples operaciones de maquinado en la misma preparación inicial con una variedad de herramientas. Las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y velocidad de avance programados.

Metros Superficiales Por Minuto (surface meters per minute) Distancia en metros que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorre en un minuto. Metros superficiales por minuto (smm) es una medición métrica para la velocidad.

Milímetros Por Minuto (millimeters per minute) Distancia en milímetros que la herramienta o pieza de trabajo completa avanza en un minuto. Milímetros por minuto (mm/min) es una medición métrica para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Milímetros Por Revolución (millimeters per revolution) Distancia en milímetros que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Milímetros por revolución (mm/rev) es una medición métrica para la avance en el torno.

Pi (pi) Valor constante especial que relaciona el diámetro de un círculo a su circunferencia. Pi, aproximadamente 3.14, se usa para determinar la circunferencia y área de un círculo.

Pies Superficiales Por Minuto (surface feet per minute) Distancia en pies que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorren en un minuto. Pies superficiales por minuto (sfm) es una medición inglesa para la velocidad.

Potencia (horsepower) Unidad de energía que se usa para describir la fuerza de una máquina. Una máquina con potencias aumentadas tiene un husillo que puede ejercer una mayor cantidad de fuerza.

Profundidad De Corte (depth of cut) Espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte.

Programa De Pieza (part program) Serie de instrucciones numéricas usadas por una máquina de CNC para realizar la secuencia de operaciones necesaria para maquinar una pieza de trabajo específica. 

Pulgadas Por Minuto (inches per minute) Distancia en pulgadas que la herramienta o pieza de trabajo completa avanzan en un minuto. Pulgadas por minuto (ipm) es una medida inglesa para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Pulgadas Por Revolución (inches per revolution) Distancia en pulgadas que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Pulgadas por revolución (ipr) es una medida inglesa para el avance del torno.

Revoluciones Por Minuto (revolutions per minute) Número de revoluciones que un husillo o herramienta de corte completan en un minuto. Las revoluciones por minuto (rpm) es una medición de velocidad en los sistemas inglés y métrico.

Torno Paralelo (engine lathe) El tipo original y más básico de torno manual que se utiliza para producir piezas de trabajo cilíndricas.

Velocidad (speed) Tasa a la cual la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de corte pasan una a otra en el punto de contacto. La velocidad típicamente define un movimiento giratorio.

Velocidad Constante De Superficie (constant surface speed) Modo de un torno de CNC que ajusta las rpm del husillo conforme la herramienta se recorre hacia el eje del husillo y cuando se aleja de éste.

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Class Outline Objetivos Importancia de la velocidad y el avance Factores que determinan la velocidad y el avance Fuentes de referencia para velocidad y avance Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC Selección de la velocidad para el torno Velocidad constante de superficie Selección del avance para el torno Ejemplo con el torno Selección de la velocidad para la fresadora Selección del avance para la fresadora Ejemplo con la fresadora Optimización de velocidades y avances Resumen

 

Lesson: 1/14 Objetivos

 

Lesson: 2/14 Importancia de la velocidad y el avance

 

Lesson: 3/14 Factores que determinan la velocidad y el avance

 

Lesson: 4/14 Fuentes de referencia para velocidad y avance

 

Lesson: 5/14 Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC

 

Lesson: 6/14 Selección de la velocidad para el torno

 

Lesson: 7/14 Velocidad constante de superficie

 

Lesson: 8/14 Selección del avance para el torno

 

Lesson: 9/14 Ejemplo con el torno

 

Lesson: 10/14 Selección de la velocidad para la fresadora

 

Lesson: 11/14 Selección del avance para la fresadora

 

Lesson: 12/14 Ejemplo con la fresadora

 

Lesson: 13/14 Optimización de velocidades y avances

 

Lesson: 14/14 Resumen

 

Class Vocabulary

Selección de velocidad y avance 300

l Describa las relaciones entre velocidad de corte, dureza de pieza de trabajo y calor.

l Liste las variables que afectan la selección de velocidad y avance. l Describa las fuentes de información adecuadas para seleccionar velocidades y avances. l Distinga entre la selección de velocidad y avance para máquinas manuales y máquinas de CNC. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar la velocidad en el torno.

l Describa la relación entre velocidad constante de superficie y rpm. l Distinga las diversas unidades que se utilizan para determinar el avance en el torno.

l Determine el valor correcto de velocidad en el torno usando la fórmula apropiada. l Determine el valor correcto de velocidad en la fresadora usando la fórmula apropiada. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar el avance en la fresadora.

l Determine el valor correcto de avance en la fresadora usando la fórmula adecuada. l Identifique factores comunes que necesitan ajustes a los valores de velocidad y avance.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el espesor de la viruta removida poruna pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Toda operación de maquinado requiere de la selección de velocidad y avance adecuados para asegurar la mejor productividad, vida útil de la herramienta y calidad de la pieza. Las operaciones decorte generan una cantidad significativa de calor. En cada material de herramienta de corte, el exceso de calor lleva a un desgaste excesivo de herramienta, lo cual se muestra en la figura 1. Conforme se incrementa la velocidad de corte, el calor también se incrementa. Cada tipo de materialde herramienta de corte tiene su rango de calor propio y adecuado que puede soportar y aún desempeñarse efectivamente. Además de las diferencias en el material de herramienta, cada materialde pieza de trabajo ofrece su propia dureza. La figura 2 compara los valores de dureza para materiales de pieza de trabajo comunes. Un incremento en la dureza de la pieza de trabajo lleva a un incremento de calor para la herramienta de corte. Al seleccionar velocidad y avance para una operación de corte específica, usted debe considerar tanto la pieza de trabajo como el material de laherramienta. Esta clase le enseñará cómo seleccionar la velocidad y avance apropiados para las operaciones básicas de torneado y refrentado. También aprenderá cómo convertir las unidades de fuentes de referencia que seleccione a variables de velocidad y avance que pueda utilizar en la máquina.     

Figura 1. Las velocidades y los avances adecuados ayudan a controlar el desgaste de la herramienta, el cual se muestra en esta vista amplificada del filo de corte.

Figura 2. Los diversos materiales de pieza de trabajo ofrecen diferentes valores de dureza que afectan las velocidades y avances.

Como puede ver en la figura 1, múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Algunas variables son menos obvias que otras. Por ejemplo, toda operación de maquinado es afectada por:

l El tipo de material de la pieza de trabajo. Los materiales más duros son más difíciles de maquinar y típicamente requieren de velocidades y avances más conservadores.

l El tipo de material de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros pueden soportar incremento en desgaste más elevado y temperaturas elevadas.

l El acabado superficial requerido. Los acabados superficiales mejorados requieren de

velocidades más rápidas y avances menos agresivos. l El tipo de geometría de herramienta. Diferentes ángulos de inclinación y ángulos de posición 

proporcionan un intercambio entre resistencia del filo para avances aumentados y fuerzas de corte reducidas.

l El tipo de máquina herramienta. La máquina manual y la máquina de CNC proporcionan

potencia, rigidez y velocidades de husillo significativamente diferentes.

l El tipo de preparación para sujeción del trabajo. La rigidez y fuerza de sujeción mejoradas de un dispositivo de sujeción de trabajo permite velocidades de corte y avances más rápidos.

Dependiendo de la situación, puede ser que no le sea posible cambiar algunas de estas variables. Puede ser que usted solamente tenga una máquina herramienta disponible que proporcione menos rigidez o potencia. Puede que no haya tiempo o recursos para desarrollar una sujeción de trabajo hecha a la medida para una corrida pequeña de producción. Ya sea que pueda o no controlar estas variables, usted debe tomar en consideración su impacto en el maquinado al determinar sus velocidades y avances.

    

Figura 1. Múltiples factores determinan la selección de velocidad y avance adecuados.

Aunque cada operación de maquinado se ve afectada por una amplia gama de variables, lo primordial de la selección de velocidad y avance se encuentra el tipo específico de operación de maquinado y la combinación de pieza de trabajo y material de herramienta. De hecho, las fuentes de referencia proporcionan tablas organizadas con esta información. Por ejemplo, la figura 1 muestra una tabla listando velocidades y avances para tornear una pieza de trabajo de acero de bajo carbono con un grado específico de insertos de carburo. Para operaciones de rutina, las tablas de maquinado y los materiales de referencia le proporcionan un punto de partida razonable para seleccionar velocidades y avances. La mayoría de los talleres deben contar con un manual general que contenga esta información. Sin embargo, la fuente de referencia preferente es el catálogo del fabricante específico de herramientas de corte. Como puede ver en la figura 2, numerosos fabricantes ofrecen catálogos sobre sus herramientas específicas. En términos generales, usted ha de encontrar que los materiales de pieza de trabajo más duros y difíciles exigen velocidades iniciales de husillo más lentas. Los materiales de referencia simplemente le proporcionan un rango o punto de partida aceptable para las velocidades y los avances. Estas variables deben entonces ajustarse y optimizarse conforme usted continúa con la corrida de producción.

    

Figura 1. Tabla artificial para un material de pieza de trabajo específico que organiza velocidades y avances de acuerdo con el material de herramienta y tipo de corte.

Figura 2. El catálogo del fabricante de herramientas específico es la mejor referencia a utilizar para la selección de velocidad y avance.

Los enfoques tradicionales de maquinado se basan en máquinas manuales tales como el torno paralelo básico y la fresadora de columna y codo, las cuales se muestran en las figuras 1 y 2. Muchas compañías todavía usan estas máquinas en sus cuartos de herramientas para corridas cortas de producción y para trabajos sobre medida. Para máquinas manuales, la velocidad o el avance correcto implica más "arte" que "ciencia". Los operadores de máquinas se basan en su experiencia e instinto en la operación para juzgar correctamente la velocidad de husillo y el avance de herramienta. Las compañías modernas dependen cada vez más de máquinas de CNC. La figura 3 muestra un torno CNC. Las máquinas de CNC ofrecen mayor potencia, velocidades de husillo más rápidas y mayor rigidez. A diferencia de las máquinas manuales, las máquinas de CNC proporcionan un espacio cerrado que contiene las virutas y fluido de corte. En consecuencia, las velocidades y los avances de una máquina de CNC son mucho mayores que las que usted puede ver en una máquina manual. Debido a que un programa de pieza ejecuta todas las operaciones de maquinado de una máquina de CNC, usted debe programar o seleccionar un valor específico de avance y velocidad. Usted no puede actuar por "instinto" o depender de sus sentidos por que de esta manera queda fuera del proceso. Debido a que los avances de herramientas son automatizados, una variable de velocidad oavance incorrecta puede dañar la pieza de trabajo o la máquina herramienta o inclusive lesionar al operador. Las máquinas de CNC requieren de una sólida comprensión de la selección adecuada de velocidad y avance.

    

Figura 1. Esta fresadora de columna y codo manual tiene un espacio de trabajo abierto.

Figura 2. Un operador puede usar un "sentido de instinto" para operar un torno paralelo manual.

Figura 3. La mayoría de las máquinas de CNC tiene un espacio cerrado y ofrece mayor potencia que las máquinas manuales.

En un torno, la velocidad determina lo rápido que la pieza de trabajo gira en el husillo. Existen dos maneras de medir la velocidad: revoluciones por minuto (rpm) o pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Aunque ambas variables describen la razón de la rotación del husillo, cada tipo de variable de velocidad se basa en diferentes factores. Revoluciones por minuto es una medición directa de cuántas veces gira el husillo en un minuto. No está afectado por el diámetro de la pieza de trabajo opor la ubicación de la herramienta. Pies superficiales por minuto miden lo rápido que la pieza de trabajo pasa bajo la herramienta en el filo de corte. Como puede ver en la figura 1, esta velocidad depende del tamaño de la pieza de trabajo y de la ubicación de la herramienta. Si rpm permanece igual, los pies superficiales por minuto disminuyen conforme el tamaño de la pieza de trabajo tamaño disminuye. Una pieza de trabajo de diámetro menor "viaja" menos pies superficiales que una pieza de trabajo de diámetro mayor. Una fórmula sencilla le ayuda a convertir rpm a sfm. Debe conocer dos valores: rpm y diámetro de la pieza de trabajo en pulgadas. Como puede usted ver en la figura 2, para encontrar sfm, usted multiplica el diámetro por el valor rpm y luego divide la constante 3.82. La constante 3.82 representa 12 pulgadas divididas entre pi y ayuda a convertir de pulgadas a pies. Para unidades métricas, se utiliza una fórmula similar para convertir rpm a m/min. La figura 3 muestra los equivalentes métricos para conversiones de velocidad en el torno. En unidades métricas, la constante es 318.3, lo cual representa 1000 mm divididos entre pi.

    

Figura 1. Si rpm permanece igual, sfm (o m/min) disminuye conforme el diámetro disminuye y la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

El tipo de operación de corte que se realiza en el torno determina el tipo de variable de velocidad que debe conocer. Las operaciones como torneado, refrentado y mandrinado se programan en sfm (m/min) porque la herramienta se puede mover hacia la línea central y alejarse de ella. Las operaciones como taladrado y roscado requieren de velocidades a rpm constantes porque la herramienta se posiciona ya sea en el línea central del eje o permanece a igual distancia del eje. En un torno manual, la velocidad de husillo permanece relativamente constante. Sin embargo, los tornos de CNC son capaces de ajustar la velocidad de husillo durante la operación. Si la velocidad seprograma en sfm, la rotación del husillo se incrementa conforme la herramienta se acerca a la línea central. A esta función se le llama velocidad constante de superficie (CSS por sus siglas en inglés) y mantiene una constante de pies superficiales por minuto durante el corte. Las figuras 1 y 2 comparan valores de velocidad sin CSS y con CSS. Si se está ejecutando taladrado o roscado, el programa requiere de un valor de rpm constante sin CSS. Los códigos especiales del programa indican al torno de CNC qué valor de velocidad se está ejecutando. Las tablas de referencia proporcionadas por los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan velocidades en sfm y smm. Usted puede utilizar este valor de manera directa de las tablas de referencia para operaciones de torneado de rutina. Por medio de la fórmula para convertir de sfm o m/min a rpm, puede determinar la razón de rotación del husillo en rpm paraun diámetro de pieza de trabajo dado.

    

Figura 1. Si no se utiliza CSS, rpm permanece constante y sfm disminuye conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Si se utiliza CSS, sfm permanece constante y las rpm del husillo se incrementan conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Al igual que los valores de velocidad, la selección del avance para el torno es relativamente sencilla. La mayoría de las velocidades de avance se dan en pulgadas por revolución (ipr) o milímetros por revolución (mm/rev). Este valor representa hasta dónde recorre la herramienta con cada rotación completa del husillo. En términos generales, si la pieza de trabajo está girando, la velocidad de avance se mide en ipr (mm/min). Este es el caso de la operación de taladrado que se muestra en la figura 1. Si lo que estágirando es la herramienta, el avance se mide ya sea en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). Éste es el caso si usted está taladrando o fresando con herramientas motorizadas en el torno. Los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan un rango de velocidades de avance recomendadas en ipr y mm/rev para combinaciones específicas de herramientas y pieza de trabajo. Introducir este valor es muy sencillo y no requiere de conversiones. Para la mayoría de las aplicaciones, usted debe primero seleccionar la profundidad de corte más pesada posible. Después de seleccionar la profundidad del corte, la velocidad de avance preferente es tan fuerte como sea posible. Las velocidades de avance más elevadas tienen un efecto menor en el desgaste de la herramienta que las velocidades más elevadas. Sin embargo, en algún punto, una velocidad deavance demasiado fuerte estanca la máquina herramienta.

    

Figura 1. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa, ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Para comprender las variables de velocidad y avance en el torno, considere este ejemplo específico. Usted está torneando una pieza de trabajo de 1.500 pulg. de diámetro hecha de acero al carbono simple 1020. El primer corte es una operación de desbastado con una profundidad de corte de 0.16 pulg. Usted también sabe que la velocidad de husillo es 3311 rpm y que la velocidad de avancees 0.016 ipr. ¿Son éstas las variables adecuadas para su operación de torneado? El catálogo del fabricante es un recurso valioso para encontrar velocidades de corte y avances. Mediante la tabla que compara la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo, debe serle posible encontrar los avances listados en ipr y mm/rev. La tabla en particular de la figura 1 le indica que la velocidad de avance de 0.016 ipr es aceptable. Para su velocidad, usted conoce las rpm del husillo. Sin embargo, los catálogos de herramientas típicamente listan las velocidades en sfm y m/min. Si usted utiliza la fórmula que se muestra en la figura 2, puede convertir las rpm del husillo a sfm. Usted conoce el diámetro (1.5 pulg.) y rpm (3311) de la pieza de trabajo. Si multiplica el diámetro y las rpm y luego divide entre la constante 3.82, determina que la velocidad es aproximadamente 1300 sfm. Una rápida revisión al catálogo del fabricante le indica que esto se encuentra dentro del rango de velocidad recomendado para esta combinación de herramienta y material de pieza de trabajo.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra, los rangosadecuados para valores de velocidad y avance se proporcionan en sfm e ipr.

Figura 2. Muestra de cálculos para encontrar sfm y determinar velocidad de superficie.

La selección de velocidad y avance para la fresadora no es tan sencilla como lo es determinar las mismas variables en el torno. Para la fresadora, la velocidad siempre se mide en revoluciones por minuto (rpm). Esto es correcto para unidades tanto inglesas como métricas. Sin embargo, los fabricantes de herramienta de fresado proporcionan velocidades recomendadas en términos de piessuperficiales por minuto (sfm) y metros por minuto (m/min). La figura 1 compara dos herramientas con las mismas rpm, pero diferentes velocidades de superficie. Usted tiene que convertir estas velocidades en valores de rpm. Como puede usted ver en las figuras 2 y 3, las mismas fórmulas que se utilizan para convertir valores de velocidad para el torno aplican a las conversiones de velocidad en la fresadora. La diferencia clave es que usted trata con el diámetro de una herramienta en lugar del diámetro de unapieza de trabajo. Como usted utiliza típicamente herramientas de corte con diferentes diámetros, pueden requerirse de diferentes valores de rpm para herramientas que utilizan el mismo material deherramienta de corte. Como puede ver en la figura 4, si tiene un cortador con diámetro de 3.00 pulg. con una velocidad recomendada de 2200 sfm, la velocidad de husillo correcta es 2801.33 rpm. Ya sea que la herramienta se utilice para el torno o para la fresadora, los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tablas organizadas por combinaciones de material de herramientas y material de piezas de trabajo.

    

Figura 1. Dos fresadoras con diferentes diámetros girando a las mismas rpm tienen diferentes velocidades de superficie.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 4. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar la velocidad del husillo.

La selección del avance en la fresadora es más complejo que para el torno. La velocidad de avance programada en una fresadora de CNC es en pulgadas por minuto (ipm) o en milímetros por minuto (mm/min). Este valor determina la longitud que la herramienta recorre en un minuto. Sin embargo, los fabricantes de herramientas de corte típicamente proporcionan velocidades de avance como avance por diente (fpt), ya sea en pulgadas o milímetros. La figura 1 ilustra cómo se mide elavance por diente. A este valor también se le llama carga de viruta. El avance por diente permite a los fabricantes de herramientas recomendar velocidades de avance para un amplio rango de herramientas con diferentes diámetros o número de dientes de corte. Estevalor también determina el mejor grosor de viruta para asegurar que el calor sea alejado junto con la viruta y para mantener buen control de la viruta. Al determinar una velocidad de avance de fresadora para la máquina, usted debe convertir de avance por diente a avance por revolución (fpr), ya sea en pulgadas o milímetros. El avance por revolución se incrementa con el número de dientes en la cortadora. Entre más dientes tenga la cortadora, más rápido se incrementa la avance por revolución. Finalmente, usted debe convertir el valor fpr a ipm o a mm/min para determinar la velocidad final de avance que usted selecciona en la máquina. Las fórmulas que se muestran en las figuras 2 y 3 le ayudan a convertir rápidamente de fpt a ipm oa mm/min. Para determinar la velocidad de avance, usted debe conocer el avance por diente (fpt), elnúmero de dientes de la cortadora (T) y la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Multiplicando estas variables, puede determinar la velocidad de avance en ipm o en mm/min, dependiendo de si está trabajando con unidades inglesas o métricas.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el grosor de la viruta removida por una pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Para comprender cómo trabajan las velocidades y los avances en la fresadora, considere este problema de muestra. Piense que está refrentando una pieza cuadrada de aluminio de 4.000 pulg. Se le indica que la fresa de refrentado recomendada es una cortadora de 6.300 pulg. de diámetro con 8 dientes de corte. De acuerdo con la tabla del fabricante de muestra que se presenta en la figura 1, una buena velocidad de arranque es 1500 sfm, con una velocidad de avance de 0.010 ipt. ¿Cómo determina la velocidad y la avance correctas para programar en una fresadora de CNC? Para determinar la velocidad programada, debe convertir sfm a rpm. Usted sabe que la velocidad recomendada es 1500 sfm y el diámetro de la cortadora es 6.300 pulgadas. Colocando estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 2, usted determina que la velocidad de husillo es aproximadamente 909.52 rpm. Ahora que conoce las rpm, puede convertir el avance por diente al avance programable en pulgadas por minuto. El catálogo del fabricante recomienda 0.010 fpt como un buen punto de arranque. Usted también sabe que la herramienta de corte tiene 8 dientes y que la velocidad es 909.52 rpm. Si coloca estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 3, determina que el avance programable es 72.76 ipm. Tanto el valor de velocidad de 909.52 rpm y el valor de avance de 72.76 ipm aparecen como números programados que se utilizan en el programa de pieza real.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra se proporcionan rangos adecuados para velocidady avance en sfm e ipt.

Figura 2. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar velocidad de husillo.

Figura 3. Cálculos de muestra para encontrar ipm y determinar avance.

Los catálogos de fabricantes meramente le proporcionan un rango práctico de variables de velocidad y avance. Sin embargo, recuerde que numerosos factores afectan toda operación de maquinado específica. Es imposible saber con completa certeza la mejor variable de velocidad y avance desde el principio. Un adecuado maquinado implica un cuidadoso monitoreo de las operaciones de maquinado. Como puede usted ver en la figura 1, usted típicamente ajusta estas variables a través de la corrida de producción para maximizar la combinación de desgaste de la herramienta, tiempo de ciclo y acabado superficial. Si el desgaste de la herramienta es demasiado, asegúrese de inspeccionar su herramental. ¿Sus herramientas de corte están operando de manera concéntrica o están descentradas? ¿Sus brocas están desviándose y dejando agujeros ovalados? ¿La longitud de la herramienta es demasiada y lleva a vibración? Un examen del herramental puede detectar una fuente que lleva a una vida deficiente de la herramienta. La figura 2 resume sólo unos cuantos de los posibles problemas de maquinado y sus causas posibles. Recuerde que la velocidad tiene un gran impacto en el desgaste de la herramienta. Si la herramienta de corte se desgasta a una tasa excesiva, una consideración razonable es reducir la velocidad de corte. Algunas fuentes de referencia proporcionan rangos adecuados de velocidad que definen puntos de arranque razonables, con otros rangos de velocidad para optimizar un proceso de corte. Al igual que la velocidad, las fuentes de referencia recomiendan velocidades de avance como un rango adecuado. Para muchas operaciones, lo mejor es primero maximizar la velocidad de avance y luego ajustar la velocidad. Para operaciones de fresado, raras veces debe usted tener un avance por diente menor que 0.003 pulg. (.075 mm) o que exceda 0.012 pulg. (0.3 mm). Las velocidades de avance demasiado elevadas pueden llevar a una presión excesiva de la herramienta y a socavadoo a un corte en exceso.

    

Figura 1. Puede ser que los valores de velocidad y avance tengan que ser ajustados durante una corrida de producción para mejorar la vida de la herramienta o el acabado superficial.

Figura 2. Los operadores experimentados aprenden cómo ajustar velocidades y avances si observan problemas durante el maquinado.

La selección adecuada de velocidad y avance es necesaria para maximizar la vida de la herramienta, la productividad y el acabado superficial. Múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Sin embargo, estas variables son determinadas ante todo por la operación específica y por la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo. Mientras que las máquinas manuales, como el torno paralelo y la fresadora de columna y codo requieren de un sentido de "instinto" del operador, las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y avance específicos programados. En el torno, la velocidad se mide ya sea en revoluciones por minuto (rpm) o en pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Si rpmpermanece constante, sfm o m/min disminuyen conforme la herramienta se acerca a la línea central.Sin embargo, la velocidad constante de superficie (CSS) ajusta las rpm del husillo para mantener una velocidad constante de superficie. Si la pieza de trabajo está girando, el avance se mide ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev). Sin embargo, si la herramienta está girando, el avance se mide en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). En la fresadora, la velocidad una vez más se mide en rpm o ya sea en sfm o m/min. Sin embargo, lavelocidad determina la rotación de la herramienta de corte y no la pieza de trabajo. Los avances de la fresadora difieren del torno por que típicamente se miden en avance por diente. Este valor debe convertirse a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min) para programar el avance correcto en una fresadora de CNC.

    

Figura 1. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 2. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas inglesas para fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 4. Fórmulas métricas para fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Term Definition

Avance (feed) Tasa a la que la pieza de trabajo o la herramienta de corte cambian en posición durante la longitud del corte. El avance típicamente define un movimiento lineal o de contorno.

Avance Por Diente (feed per tooth) Grosor del material de viruta que cada filo de corte de la herramienta remueve con una pasada.

Avance Por Revolución (feed per revolution) Distancia lineal que una herramienta avanza durante una rotación de la pieza de trabajo o herramienta de corte. En la fresadora, el avance por revolución (fpr) puede utilizarse para convertir de avance por diente (fpt) ya sea a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min).

Carga De Viruta (chip load) Otro término para avance por diente que se refiere al grosor del material de viruta removido por el filo de corte de una herramienta.

Desbastado (roughing) Pasada de corte que enfatiza altos índices de remoción de material con el posible sacrificio del acabado superficial o de la exactitud.

Dureza (hardness) Capacidad de un material para resistir rayado, indentación o penetración. Los materiales de pieza de trabajo con dureza aumentada generan más calor y son más difíciles de maquinar.

Fresadora De Columna Y Codo (column-and-knee-mill) El tipo de fresadora original y más básico que se utiliza para maquinar piezas de trabajo planas o rectangulares.

Herramientas Motorizadas (live tooling) Herramientas de corte impulsadas mecánicamente, como fresas universales de espiga y taladros, contenidas en la torreta del torno. Las herramientas motorizadas pueden realizar operaciones de maquinado fuera de la línea central de la pieza mientras se sostenga la pieza de trabajo estacionaria en el husillo.

Máquina De CNC (CNC machine) Sofisticada máquina herramienta operada por una computadora que puede realizar múltiples operaciones de maquinado en la misma preparación inicial con una variedad de herramientas. Las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y velocidad de avance programados.

Metros Superficiales Por Minuto (surface meters per minute) Distancia en metros que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorre en un minuto. Metros superficiales por minuto (smm) es una medición métrica para la velocidad.

Milímetros Por Minuto (millimeters per minute) Distancia en milímetros que la herramienta o pieza de trabajo completa avanza en un minuto. Milímetros por minuto (mm/min) es una medición métrica para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Milímetros Por Revolución (millimeters per revolution) Distancia en milímetros que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Milímetros por revolución (mm/rev) es una medición métrica para la avance en el torno.

Pi (pi) Valor constante especial que relaciona el diámetro de un círculo a su circunferencia. Pi, aproximadamente 3.14, se usa para determinar la circunferencia y área de un círculo.

Pies Superficiales Por Minuto (surface feet per minute) Distancia en pies que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorren en un minuto. Pies superficiales por minuto (sfm) es una medición inglesa para la velocidad.

Potencia (horsepower) Unidad de energía que se usa para describir la fuerza de una máquina. Una máquina con potencias aumentadas tiene un husillo que puede ejercer una mayor cantidad de fuerza.

Profundidad De Corte (depth of cut) Espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte.

Programa De Pieza (part program) Serie de instrucciones numéricas usadas por una máquina de CNC para realizar la secuencia de operaciones necesaria para maquinar una pieza de trabajo específica. 

Pulgadas Por Minuto (inches per minute) Distancia en pulgadas que la herramienta o pieza de trabajo completa avanzan en un minuto. Pulgadas por minuto (ipm) es una medida inglesa para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Pulgadas Por Revolución (inches per revolution) Distancia en pulgadas que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Pulgadas por revolución (ipr) es una medida inglesa para el avance del torno.

Revoluciones Por Minuto (revolutions per minute) Número de revoluciones que un husillo o herramienta de corte completan en un minuto. Las revoluciones por minuto (rpm) es una medición de velocidad en los sistemas inglés y métrico.

Torno Paralelo (engine lathe) El tipo original y más básico de torno manual que se utiliza para producir piezas de trabajo cilíndricas.

Velocidad (speed) Tasa a la cual la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de corte pasan una a otra en el punto de contacto. La velocidad típicamente define un movimiento giratorio.

Velocidad Constante De Superficie (constant surface speed) Modo de un torno de CNC que ajusta las rpm del husillo conforme la herramienta se recorre hacia el eje del husillo y cuando se aleja de éste.

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Class Outline Objetivos Importancia de la velocidad y el avance Factores que determinan la velocidad y el avance Fuentes de referencia para velocidad y avance Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC Selección de la velocidad para el torno Velocidad constante de superficie Selección del avance para el torno Ejemplo con el torno Selección de la velocidad para la fresadora Selección del avance para la fresadora Ejemplo con la fresadora Optimización de velocidades y avances Resumen

 

Lesson: 1/14 Objetivos

 

Lesson: 2/14 Importancia de la velocidad y el avance

 

Lesson: 3/14 Factores que determinan la velocidad y el avance

 

Lesson: 4/14 Fuentes de referencia para velocidad y avance

 

Lesson: 5/14 Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC

 

Lesson: 6/14 Selección de la velocidad para el torno

 

Lesson: 7/14 Velocidad constante de superficie

 

Lesson: 8/14 Selección del avance para el torno

 

Lesson: 9/14 Ejemplo con el torno

 

Lesson: 10/14 Selección de la velocidad para la fresadora

 

Lesson: 11/14 Selección del avance para la fresadora

 

Lesson: 12/14 Ejemplo con la fresadora

 

Lesson: 13/14 Optimización de velocidades y avances

 

Lesson: 14/14 Resumen

 

Class Vocabulary

Selección de velocidad y avance 300

l Describa las relaciones entre velocidad de corte, dureza de pieza de trabajo y calor.

l Liste las variables que afectan la selección de velocidad y avance. l Describa las fuentes de información adecuadas para seleccionar velocidades y avances. l Distinga entre la selección de velocidad y avance para máquinas manuales y máquinas de CNC. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar la velocidad en el torno.

l Describa la relación entre velocidad constante de superficie y rpm. l Distinga las diversas unidades que se utilizan para determinar el avance en el torno.

l Determine el valor correcto de velocidad en el torno usando la fórmula apropiada. l Determine el valor correcto de velocidad en la fresadora usando la fórmula apropiada. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar el avance en la fresadora.

l Determine el valor correcto de avance en la fresadora usando la fórmula adecuada. l Identifique factores comunes que necesitan ajustes a los valores de velocidad y avance.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el espesor de la viruta removida poruna pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Toda operación de maquinado requiere de la selección de velocidad y avance adecuados para asegurar la mejor productividad, vida útil de la herramienta y calidad de la pieza. Las operaciones decorte generan una cantidad significativa de calor. En cada material de herramienta de corte, el exceso de calor lleva a un desgaste excesivo de herramienta, lo cual se muestra en la figura 1. Conforme se incrementa la velocidad de corte, el calor también se incrementa. Cada tipo de materialde herramienta de corte tiene su rango de calor propio y adecuado que puede soportar y aún desempeñarse efectivamente. Además de las diferencias en el material de herramienta, cada materialde pieza de trabajo ofrece su propia dureza. La figura 2 compara los valores de dureza para materiales de pieza de trabajo comunes. Un incremento en la dureza de la pieza de trabajo lleva a un incremento de calor para la herramienta de corte. Al seleccionar velocidad y avance para una operación de corte específica, usted debe considerar tanto la pieza de trabajo como el material de laherramienta. Esta clase le enseñará cómo seleccionar la velocidad y avance apropiados para las operaciones básicas de torneado y refrentado. También aprenderá cómo convertir las unidades de fuentes de referencia que seleccione a variables de velocidad y avance que pueda utilizar en la máquina.     

Figura 1. Las velocidades y los avances adecuados ayudan a controlar el desgaste de la herramienta, el cual se muestra en esta vista amplificada del filo de corte.

Figura 2. Los diversos materiales de pieza de trabajo ofrecen diferentes valores de dureza que afectan las velocidades y avances.

Como puede ver en la figura 1, múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Algunas variables son menos obvias que otras. Por ejemplo, toda operación de maquinado es afectada por:

l El tipo de material de la pieza de trabajo. Los materiales más duros son más difíciles de maquinar y típicamente requieren de velocidades y avances más conservadores.

l El tipo de material de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros pueden soportar incremento en desgaste más elevado y temperaturas elevadas.

l El acabado superficial requerido. Los acabados superficiales mejorados requieren de

velocidades más rápidas y avances menos agresivos. l El tipo de geometría de herramienta. Diferentes ángulos de inclinación y ángulos de posición 

proporcionan un intercambio entre resistencia del filo para avances aumentados y fuerzas de corte reducidas.

l El tipo de máquina herramienta. La máquina manual y la máquina de CNC proporcionan

potencia, rigidez y velocidades de husillo significativamente diferentes.

l El tipo de preparación para sujeción del trabajo. La rigidez y fuerza de sujeción mejoradas de un dispositivo de sujeción de trabajo permite velocidades de corte y avances más rápidos.

Dependiendo de la situación, puede ser que no le sea posible cambiar algunas de estas variables. Puede ser que usted solamente tenga una máquina herramienta disponible que proporcione menos rigidez o potencia. Puede que no haya tiempo o recursos para desarrollar una sujeción de trabajo hecha a la medida para una corrida pequeña de producción. Ya sea que pueda o no controlar estas variables, usted debe tomar en consideración su impacto en el maquinado al determinar sus velocidades y avances.

    

Figura 1. Múltiples factores determinan la selección de velocidad y avance adecuados.

Aunque cada operación de maquinado se ve afectada por una amplia gama de variables, lo primordial de la selección de velocidad y avance se encuentra el tipo específico de operación de maquinado y la combinación de pieza de trabajo y material de herramienta. De hecho, las fuentes de referencia proporcionan tablas organizadas con esta información. Por ejemplo, la figura 1 muestra una tabla listando velocidades y avances para tornear una pieza de trabajo de acero de bajo carbono con un grado específico de insertos de carburo. Para operaciones de rutina, las tablas de maquinado y los materiales de referencia le proporcionan un punto de partida razonable para seleccionar velocidades y avances. La mayoría de los talleres deben contar con un manual general que contenga esta información. Sin embargo, la fuente de referencia preferente es el catálogo del fabricante específico de herramientas de corte. Como puede ver en la figura 2, numerosos fabricantes ofrecen catálogos sobre sus herramientas específicas. En términos generales, usted ha de encontrar que los materiales de pieza de trabajo más duros y difíciles exigen velocidades iniciales de husillo más lentas. Los materiales de referencia simplemente le proporcionan un rango o punto de partida aceptable para las velocidades y los avances. Estas variables deben entonces ajustarse y optimizarse conforme usted continúa con la corrida de producción.

    

Figura 1. Tabla artificial para un material de pieza de trabajo específico que organiza velocidades y avances de acuerdo con el material de herramienta y tipo de corte.

Figura 2. El catálogo del fabricante de herramientas específico es la mejor referencia a utilizar para la selección de velocidad y avance.

Los enfoques tradicionales de maquinado se basan en máquinas manuales tales como el torno paralelo básico y la fresadora de columna y codo, las cuales se muestran en las figuras 1 y 2. Muchas compañías todavía usan estas máquinas en sus cuartos de herramientas para corridas cortas de producción y para trabajos sobre medida. Para máquinas manuales, la velocidad o el avance correcto implica más "arte" que "ciencia". Los operadores de máquinas se basan en su experiencia e instinto en la operación para juzgar correctamente la velocidad de husillo y el avance de herramienta. Las compañías modernas dependen cada vez más de máquinas de CNC. La figura 3 muestra un torno CNC. Las máquinas de CNC ofrecen mayor potencia, velocidades de husillo más rápidas y mayor rigidez. A diferencia de las máquinas manuales, las máquinas de CNC proporcionan un espacio cerrado que contiene las virutas y fluido de corte. En consecuencia, las velocidades y los avances de una máquina de CNC son mucho mayores que las que usted puede ver en una máquina manual. Debido a que un programa de pieza ejecuta todas las operaciones de maquinado de una máquina de CNC, usted debe programar o seleccionar un valor específico de avance y velocidad. Usted no puede actuar por "instinto" o depender de sus sentidos por que de esta manera queda fuera del proceso. Debido a que los avances de herramientas son automatizados, una variable de velocidad oavance incorrecta puede dañar la pieza de trabajo o la máquina herramienta o inclusive lesionar al operador. Las máquinas de CNC requieren de una sólida comprensión de la selección adecuada de velocidad y avance.

    

Figura 1. Esta fresadora de columna y codo manual tiene un espacio de trabajo abierto.

Figura 2. Un operador puede usar un "sentido de instinto" para operar un torno paralelo manual.

Figura 3. La mayoría de las máquinas de CNC tiene un espacio cerrado y ofrece mayor potencia que las máquinas manuales.

En un torno, la velocidad determina lo rápido que la pieza de trabajo gira en el husillo. Existen dos maneras de medir la velocidad: revoluciones por minuto (rpm) o pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Aunque ambas variables describen la razón de la rotación del husillo, cada tipo de variable de velocidad se basa en diferentes factores. Revoluciones por minuto es una medición directa de cuántas veces gira el husillo en un minuto. No está afectado por el diámetro de la pieza de trabajo opor la ubicación de la herramienta. Pies superficiales por minuto miden lo rápido que la pieza de trabajo pasa bajo la herramienta en el filo de corte. Como puede ver en la figura 1, esta velocidad depende del tamaño de la pieza de trabajo y de la ubicación de la herramienta. Si rpm permanece igual, los pies superficiales por minuto disminuyen conforme el tamaño de la pieza de trabajo tamaño disminuye. Una pieza de trabajo de diámetro menor "viaja" menos pies superficiales que una pieza de trabajo de diámetro mayor. Una fórmula sencilla le ayuda a convertir rpm a sfm. Debe conocer dos valores: rpm y diámetro de la pieza de trabajo en pulgadas. Como puede usted ver en la figura 2, para encontrar sfm, usted multiplica el diámetro por el valor rpm y luego divide la constante 3.82. La constante 3.82 representa 12 pulgadas divididas entre pi y ayuda a convertir de pulgadas a pies. Para unidades métricas, se utiliza una fórmula similar para convertir rpm a m/min. La figura 3 muestra los equivalentes métricos para conversiones de velocidad en el torno. En unidades métricas, la constante es 318.3, lo cual representa 1000 mm divididos entre pi.

    

Figura 1. Si rpm permanece igual, sfm (o m/min) disminuye conforme el diámetro disminuye y la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

El tipo de operación de corte que se realiza en el torno determina el tipo de variable de velocidad que debe conocer. Las operaciones como torneado, refrentado y mandrinado se programan en sfm (m/min) porque la herramienta se puede mover hacia la línea central y alejarse de ella. Las operaciones como taladrado y roscado requieren de velocidades a rpm constantes porque la herramienta se posiciona ya sea en el línea central del eje o permanece a igual distancia del eje. En un torno manual, la velocidad de husillo permanece relativamente constante. Sin embargo, los tornos de CNC son capaces de ajustar la velocidad de husillo durante la operación. Si la velocidad seprograma en sfm, la rotación del husillo se incrementa conforme la herramienta se acerca a la línea central. A esta función se le llama velocidad constante de superficie (CSS por sus siglas en inglés) y mantiene una constante de pies superficiales por minuto durante el corte. Las figuras 1 y 2 comparan valores de velocidad sin CSS y con CSS. Si se está ejecutando taladrado o roscado, el programa requiere de un valor de rpm constante sin CSS. Los códigos especiales del programa indican al torno de CNC qué valor de velocidad se está ejecutando. Las tablas de referencia proporcionadas por los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan velocidades en sfm y smm. Usted puede utilizar este valor de manera directa de las tablas de referencia para operaciones de torneado de rutina. Por medio de la fórmula para convertir de sfm o m/min a rpm, puede determinar la razón de rotación del husillo en rpm paraun diámetro de pieza de trabajo dado.

    

Figura 1. Si no se utiliza CSS, rpm permanece constante y sfm disminuye conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Si se utiliza CSS, sfm permanece constante y las rpm del husillo se incrementan conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Al igual que los valores de velocidad, la selección del avance para el torno es relativamente sencilla. La mayoría de las velocidades de avance se dan en pulgadas por revolución (ipr) o milímetros por revolución (mm/rev). Este valor representa hasta dónde recorre la herramienta con cada rotación completa del husillo. En términos generales, si la pieza de trabajo está girando, la velocidad de avance se mide en ipr (mm/min). Este es el caso de la operación de taladrado que se muestra en la figura 1. Si lo que estágirando es la herramienta, el avance se mide ya sea en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). Éste es el caso si usted está taladrando o fresando con herramientas motorizadas en el torno. Los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan un rango de velocidades de avance recomendadas en ipr y mm/rev para combinaciones específicas de herramientas y pieza de trabajo. Introducir este valor es muy sencillo y no requiere de conversiones. Para la mayoría de las aplicaciones, usted debe primero seleccionar la profundidad de corte más pesada posible. Después de seleccionar la profundidad del corte, la velocidad de avance preferente es tan fuerte como sea posible. Las velocidades de avance más elevadas tienen un efecto menor en el desgaste de la herramienta que las velocidades más elevadas. Sin embargo, en algún punto, una velocidad deavance demasiado fuerte estanca la máquina herramienta.

    

Figura 1. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa, ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Para comprender las variables de velocidad y avance en el torno, considere este ejemplo específico. Usted está torneando una pieza de trabajo de 1.500 pulg. de diámetro hecha de acero al carbono simple 1020. El primer corte es una operación de desbastado con una profundidad de corte de 0.16 pulg. Usted también sabe que la velocidad de husillo es 3311 rpm y que la velocidad de avancees 0.016 ipr. ¿Son éstas las variables adecuadas para su operación de torneado? El catálogo del fabricante es un recurso valioso para encontrar velocidades de corte y avances. Mediante la tabla que compara la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo, debe serle posible encontrar los avances listados en ipr y mm/rev. La tabla en particular de la figura 1 le indica que la velocidad de avance de 0.016 ipr es aceptable. Para su velocidad, usted conoce las rpm del husillo. Sin embargo, los catálogos de herramientas típicamente listan las velocidades en sfm y m/min. Si usted utiliza la fórmula que se muestra en la figura 2, puede convertir las rpm del husillo a sfm. Usted conoce el diámetro (1.5 pulg.) y rpm (3311) de la pieza de trabajo. Si multiplica el diámetro y las rpm y luego divide entre la constante 3.82, determina que la velocidad es aproximadamente 1300 sfm. Una rápida revisión al catálogo del fabricante le indica que esto se encuentra dentro del rango de velocidad recomendado para esta combinación de herramienta y material de pieza de trabajo.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra, los rangosadecuados para valores de velocidad y avance se proporcionan en sfm e ipr.

Figura 2. Muestra de cálculos para encontrar sfm y determinar velocidad de superficie.

La selección de velocidad y avance para la fresadora no es tan sencilla como lo es determinar las mismas variables en el torno. Para la fresadora, la velocidad siempre se mide en revoluciones por minuto (rpm). Esto es correcto para unidades tanto inglesas como métricas. Sin embargo, los fabricantes de herramienta de fresado proporcionan velocidades recomendadas en términos de piessuperficiales por minuto (sfm) y metros por minuto (m/min). La figura 1 compara dos herramientas con las mismas rpm, pero diferentes velocidades de superficie. Usted tiene que convertir estas velocidades en valores de rpm. Como puede usted ver en las figuras 2 y 3, las mismas fórmulas que se utilizan para convertir valores de velocidad para el torno aplican a las conversiones de velocidad en la fresadora. La diferencia clave es que usted trata con el diámetro de una herramienta en lugar del diámetro de unapieza de trabajo. Como usted utiliza típicamente herramientas de corte con diferentes diámetros, pueden requerirse de diferentes valores de rpm para herramientas que utilizan el mismo material deherramienta de corte. Como puede ver en la figura 4, si tiene un cortador con diámetro de 3.00 pulg. con una velocidad recomendada de 2200 sfm, la velocidad de husillo correcta es 2801.33 rpm. Ya sea que la herramienta se utilice para el torno o para la fresadora, los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tablas organizadas por combinaciones de material de herramientas y material de piezas de trabajo.

    

Figura 1. Dos fresadoras con diferentes diámetros girando a las mismas rpm tienen diferentes velocidades de superficie.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 4. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar la velocidad del husillo.

La selección del avance en la fresadora es más complejo que para el torno. La velocidad de avance programada en una fresadora de CNC es en pulgadas por minuto (ipm) o en milímetros por minuto (mm/min). Este valor determina la longitud que la herramienta recorre en un minuto. Sin embargo, los fabricantes de herramientas de corte típicamente proporcionan velocidades de avance como avance por diente (fpt), ya sea en pulgadas o milímetros. La figura 1 ilustra cómo se mide elavance por diente. A este valor también se le llama carga de viruta. El avance por diente permite a los fabricantes de herramientas recomendar velocidades de avance para un amplio rango de herramientas con diferentes diámetros o número de dientes de corte. Estevalor también determina el mejor grosor de viruta para asegurar que el calor sea alejado junto con la viruta y para mantener buen control de la viruta. Al determinar una velocidad de avance de fresadora para la máquina, usted debe convertir de avance por diente a avance por revolución (fpr), ya sea en pulgadas o milímetros. El avance por revolución se incrementa con el número de dientes en la cortadora. Entre más dientes tenga la cortadora, más rápido se incrementa la avance por revolución. Finalmente, usted debe convertir el valor fpr a ipm o a mm/min para determinar la velocidad final de avance que usted selecciona en la máquina. Las fórmulas que se muestran en las figuras 2 y 3 le ayudan a convertir rápidamente de fpt a ipm oa mm/min. Para determinar la velocidad de avance, usted debe conocer el avance por diente (fpt), elnúmero de dientes de la cortadora (T) y la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Multiplicando estas variables, puede determinar la velocidad de avance en ipm o en mm/min, dependiendo de si está trabajando con unidades inglesas o métricas.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el grosor de la viruta removida por una pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Para comprender cómo trabajan las velocidades y los avances en la fresadora, considere este problema de muestra. Piense que está refrentando una pieza cuadrada de aluminio de 4.000 pulg. Se le indica que la fresa de refrentado recomendada es una cortadora de 6.300 pulg. de diámetro con 8 dientes de corte. De acuerdo con la tabla del fabricante de muestra que se presenta en la figura 1, una buena velocidad de arranque es 1500 sfm, con una velocidad de avance de 0.010 ipt. ¿Cómo determina la velocidad y la avance correctas para programar en una fresadora de CNC? Para determinar la velocidad programada, debe convertir sfm a rpm. Usted sabe que la velocidad recomendada es 1500 sfm y el diámetro de la cortadora es 6.300 pulgadas. Colocando estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 2, usted determina que la velocidad de husillo es aproximadamente 909.52 rpm. Ahora que conoce las rpm, puede convertir el avance por diente al avance programable en pulgadas por minuto. El catálogo del fabricante recomienda 0.010 fpt como un buen punto de arranque. Usted también sabe que la herramienta de corte tiene 8 dientes y que la velocidad es 909.52 rpm. Si coloca estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 3, determina que el avance programable es 72.76 ipm. Tanto el valor de velocidad de 909.52 rpm y el valor de avance de 72.76 ipm aparecen como números programados que se utilizan en el programa de pieza real.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra se proporcionan rangos adecuados para velocidady avance en sfm e ipt.

Figura 2. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar velocidad de husillo.

Figura 3. Cálculos de muestra para encontrar ipm y determinar avance.

Los catálogos de fabricantes meramente le proporcionan un rango práctico de variables de velocidad y avance. Sin embargo, recuerde que numerosos factores afectan toda operación de maquinado específica. Es imposible saber con completa certeza la mejor variable de velocidad y avance desde el principio. Un adecuado maquinado implica un cuidadoso monitoreo de las operaciones de maquinado. Como puede usted ver en la figura 1, usted típicamente ajusta estas variables a través de la corrida de producción para maximizar la combinación de desgaste de la herramienta, tiempo de ciclo y acabado superficial. Si el desgaste de la herramienta es demasiado, asegúrese de inspeccionar su herramental. ¿Sus herramientas de corte están operando de manera concéntrica o están descentradas? ¿Sus brocas están desviándose y dejando agujeros ovalados? ¿La longitud de la herramienta es demasiada y lleva a vibración? Un examen del herramental puede detectar una fuente que lleva a una vida deficiente de la herramienta. La figura 2 resume sólo unos cuantos de los posibles problemas de maquinado y sus causas posibles. Recuerde que la velocidad tiene un gran impacto en el desgaste de la herramienta. Si la herramienta de corte se desgasta a una tasa excesiva, una consideración razonable es reducir la velocidad de corte. Algunas fuentes de referencia proporcionan rangos adecuados de velocidad que definen puntos de arranque razonables, con otros rangos de velocidad para optimizar un proceso de corte. Al igual que la velocidad, las fuentes de referencia recomiendan velocidades de avance como un rango adecuado. Para muchas operaciones, lo mejor es primero maximizar la velocidad de avance y luego ajustar la velocidad. Para operaciones de fresado, raras veces debe usted tener un avance por diente menor que 0.003 pulg. (.075 mm) o que exceda 0.012 pulg. (0.3 mm). Las velocidades de avance demasiado elevadas pueden llevar a una presión excesiva de la herramienta y a socavadoo a un corte en exceso.

    

Figura 1. Puede ser que los valores de velocidad y avance tengan que ser ajustados durante una corrida de producción para mejorar la vida de la herramienta o el acabado superficial.

Figura 2. Los operadores experimentados aprenden cómo ajustar velocidades y avances si observan problemas durante el maquinado.

La selección adecuada de velocidad y avance es necesaria para maximizar la vida de la herramienta, la productividad y el acabado superficial. Múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Sin embargo, estas variables son determinadas ante todo por la operación específica y por la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo. Mientras que las máquinas manuales, como el torno paralelo y la fresadora de columna y codo requieren de un sentido de "instinto" del operador, las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y avance específicos programados. En el torno, la velocidad se mide ya sea en revoluciones por minuto (rpm) o en pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Si rpmpermanece constante, sfm o m/min disminuyen conforme la herramienta se acerca a la línea central.Sin embargo, la velocidad constante de superficie (CSS) ajusta las rpm del husillo para mantener una velocidad constante de superficie. Si la pieza de trabajo está girando, el avance se mide ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev). Sin embargo, si la herramienta está girando, el avance se mide en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). En la fresadora, la velocidad una vez más se mide en rpm o ya sea en sfm o m/min. Sin embargo, lavelocidad determina la rotación de la herramienta de corte y no la pieza de trabajo. Los avances de la fresadora difieren del torno por que típicamente se miden en avance por diente. Este valor debe convertirse a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min) para programar el avance correcto en una fresadora de CNC.

    

Figura 1. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 2. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas inglesas para fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 4. Fórmulas métricas para fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Term Definition

Avance (feed) Tasa a la que la pieza de trabajo o la herramienta de corte cambian en posición durante la longitud del corte. El avance típicamente define un movimiento lineal o de contorno.

Avance Por Diente (feed per tooth) Grosor del material de viruta que cada filo de corte de la herramienta remueve con una pasada.

Avance Por Revolución (feed per revolution) Distancia lineal que una herramienta avanza durante una rotación de la pieza de trabajo o herramienta de corte. En la fresadora, el avance por revolución (fpr) puede utilizarse para convertir de avance por diente (fpt) ya sea a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min).

Carga De Viruta (chip load) Otro término para avance por diente que se refiere al grosor del material de viruta removido por el filo de corte de una herramienta.

Desbastado (roughing) Pasada de corte que enfatiza altos índices de remoción de material con el posible sacrificio del acabado superficial o de la exactitud.

Dureza (hardness) Capacidad de un material para resistir rayado, indentación o penetración. Los materiales de pieza de trabajo con dureza aumentada generan más calor y son más difíciles de maquinar.

Fresadora De Columna Y Codo (column-and-knee-mill) El tipo de fresadora original y más básico que se utiliza para maquinar piezas de trabajo planas o rectangulares.

Herramientas Motorizadas (live tooling) Herramientas de corte impulsadas mecánicamente, como fresas universales de espiga y taladros, contenidas en la torreta del torno. Las herramientas motorizadas pueden realizar operaciones de maquinado fuera de la línea central de la pieza mientras se sostenga la pieza de trabajo estacionaria en el husillo.

Máquina De CNC (CNC machine) Sofisticada máquina herramienta operada por una computadora que puede realizar múltiples operaciones de maquinado en la misma preparación inicial con una variedad de herramientas. Las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y velocidad de avance programados.

Metros Superficiales Por Minuto (surface meters per minute) Distancia en metros que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorre en un minuto. Metros superficiales por minuto (smm) es una medición métrica para la velocidad.

Milímetros Por Minuto (millimeters per minute) Distancia en milímetros que la herramienta o pieza de trabajo completa avanza en un minuto. Milímetros por minuto (mm/min) es una medición métrica para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Milímetros Por Revolución (millimeters per revolution) Distancia en milímetros que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Milímetros por revolución (mm/rev) es una medición métrica para la avance en el torno.

Pi (pi) Valor constante especial que relaciona el diámetro de un círculo a su circunferencia. Pi, aproximadamente 3.14, se usa para determinar la circunferencia y área de un círculo.

Pies Superficiales Por Minuto (surface feet per minute) Distancia en pies que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorren en un minuto. Pies superficiales por minuto (sfm) es una medición inglesa para la velocidad.

Potencia (horsepower) Unidad de energía que se usa para describir la fuerza de una máquina. Una máquina con potencias aumentadas tiene un husillo que puede ejercer una mayor cantidad de fuerza.

Profundidad De Corte (depth of cut) Espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte.

Programa De Pieza (part program) Serie de instrucciones numéricas usadas por una máquina de CNC para realizar la secuencia de operaciones necesaria para maquinar una pieza de trabajo específica. 

Pulgadas Por Minuto (inches per minute) Distancia en pulgadas que la herramienta o pieza de trabajo completa avanzan en un minuto. Pulgadas por minuto (ipm) es una medida inglesa para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Pulgadas Por Revolución (inches per revolution) Distancia en pulgadas que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Pulgadas por revolución (ipr) es una medida inglesa para el avance del torno.

Revoluciones Por Minuto (revolutions per minute) Número de revoluciones que un husillo o herramienta de corte completan en un minuto. Las revoluciones por minuto (rpm) es una medición de velocidad en los sistemas inglés y métrico.

Torno Paralelo (engine lathe) El tipo original y más básico de torno manual que se utiliza para producir piezas de trabajo cilíndricas.

Velocidad (speed) Tasa a la cual la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de corte pasan una a otra en el punto de contacto. La velocidad típicamente define un movimiento giratorio.

Velocidad Constante De Superficie (constant surface speed) Modo de un torno de CNC que ajusta las rpm del husillo conforme la herramienta se recorre hacia el eje del husillo y cuando se aleja de éste.

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Class Outline Objetivos Importancia de la velocidad y el avance Factores que determinan la velocidad y el avance Fuentes de referencia para velocidad y avance Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC Selección de la velocidad para el torno Velocidad constante de superficie Selección del avance para el torno Ejemplo con el torno Selección de la velocidad para la fresadora Selección del avance para la fresadora Ejemplo con la fresadora Optimización de velocidades y avances Resumen

 

Lesson: 1/14 Objetivos

 

Lesson: 2/14 Importancia de la velocidad y el avance

 

Lesson: 3/14 Factores que determinan la velocidad y el avance

 

Lesson: 4/14 Fuentes de referencia para velocidad y avance

 

Lesson: 5/14 Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC

 

Lesson: 6/14 Selección de la velocidad para el torno

 

Lesson: 7/14 Velocidad constante de superficie

 

Lesson: 8/14 Selección del avance para el torno

 

Lesson: 9/14 Ejemplo con el torno

 

Lesson: 10/14 Selección de la velocidad para la fresadora

 

Lesson: 11/14 Selección del avance para la fresadora

 

Lesson: 12/14 Ejemplo con la fresadora

 

Lesson: 13/14 Optimización de velocidades y avances

 

Lesson: 14/14 Resumen

 

Class Vocabulary

Selección de velocidad y avance 300

l Describa las relaciones entre velocidad de corte, dureza de pieza de trabajo y calor.

l Liste las variables que afectan la selección de velocidad y avance. l Describa las fuentes de información adecuadas para seleccionar velocidades y avances. l Distinga entre la selección de velocidad y avance para máquinas manuales y máquinas de CNC. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar la velocidad en el torno.

l Describa la relación entre velocidad constante de superficie y rpm. l Distinga las diversas unidades que se utilizan para determinar el avance en el torno.

l Determine el valor correcto de velocidad en el torno usando la fórmula apropiada. l Determine el valor correcto de velocidad en la fresadora usando la fórmula apropiada. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar el avance en la fresadora.

l Determine el valor correcto de avance en la fresadora usando la fórmula adecuada. l Identifique factores comunes que necesitan ajustes a los valores de velocidad y avance.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el espesor de la viruta removida poruna pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Toda operación de maquinado requiere de la selección de velocidad y avance adecuados para asegurar la mejor productividad, vida útil de la herramienta y calidad de la pieza. Las operaciones decorte generan una cantidad significativa de calor. En cada material de herramienta de corte, el exceso de calor lleva a un desgaste excesivo de herramienta, lo cual se muestra en la figura 1. Conforme se incrementa la velocidad de corte, el calor también se incrementa. Cada tipo de materialde herramienta de corte tiene su rango de calor propio y adecuado que puede soportar y aún desempeñarse efectivamente. Además de las diferencias en el material de herramienta, cada materialde pieza de trabajo ofrece su propia dureza. La figura 2 compara los valores de dureza para materiales de pieza de trabajo comunes. Un incremento en la dureza de la pieza de trabajo lleva a un incremento de calor para la herramienta de corte. Al seleccionar velocidad y avance para una operación de corte específica, usted debe considerar tanto la pieza de trabajo como el material de laherramienta. Esta clase le enseñará cómo seleccionar la velocidad y avance apropiados para las operaciones básicas de torneado y refrentado. También aprenderá cómo convertir las unidades de fuentes de referencia que seleccione a variables de velocidad y avance que pueda utilizar en la máquina.     

Figura 1. Las velocidades y los avances adecuados ayudan a controlar el desgaste de la herramienta, el cual se muestra en esta vista amplificada del filo de corte.

Figura 2. Los diversos materiales de pieza de trabajo ofrecen diferentes valores de dureza que afectan las velocidades y avances.

Como puede ver en la figura 1, múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Algunas variables son menos obvias que otras. Por ejemplo, toda operación de maquinado es afectada por:

l El tipo de material de la pieza de trabajo. Los materiales más duros son más difíciles de maquinar y típicamente requieren de velocidades y avances más conservadores.

l El tipo de material de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros pueden soportar incremento en desgaste más elevado y temperaturas elevadas.

l El acabado superficial requerido. Los acabados superficiales mejorados requieren de

velocidades más rápidas y avances menos agresivos. l El tipo de geometría de herramienta. Diferentes ángulos de inclinación y ángulos de posición 

proporcionan un intercambio entre resistencia del filo para avances aumentados y fuerzas de corte reducidas.

l El tipo de máquina herramienta. La máquina manual y la máquina de CNC proporcionan

potencia, rigidez y velocidades de husillo significativamente diferentes.

l El tipo de preparación para sujeción del trabajo. La rigidez y fuerza de sujeción mejoradas de un dispositivo de sujeción de trabajo permite velocidades de corte y avances más rápidos.

Dependiendo de la situación, puede ser que no le sea posible cambiar algunas de estas variables. Puede ser que usted solamente tenga una máquina herramienta disponible que proporcione menos rigidez o potencia. Puede que no haya tiempo o recursos para desarrollar una sujeción de trabajo hecha a la medida para una corrida pequeña de producción. Ya sea que pueda o no controlar estas variables, usted debe tomar en consideración su impacto en el maquinado al determinar sus velocidades y avances.

    

Figura 1. Múltiples factores determinan la selección de velocidad y avance adecuados.

Aunque cada operación de maquinado se ve afectada por una amplia gama de variables, lo primordial de la selección de velocidad y avance se encuentra el tipo específico de operación de maquinado y la combinación de pieza de trabajo y material de herramienta. De hecho, las fuentes de referencia proporcionan tablas organizadas con esta información. Por ejemplo, la figura 1 muestra una tabla listando velocidades y avances para tornear una pieza de trabajo de acero de bajo carbono con un grado específico de insertos de carburo. Para operaciones de rutina, las tablas de maquinado y los materiales de referencia le proporcionan un punto de partida razonable para seleccionar velocidades y avances. La mayoría de los talleres deben contar con un manual general que contenga esta información. Sin embargo, la fuente de referencia preferente es el catálogo del fabricante específico de herramientas de corte. Como puede ver en la figura 2, numerosos fabricantes ofrecen catálogos sobre sus herramientas específicas. En términos generales, usted ha de encontrar que los materiales de pieza de trabajo más duros y difíciles exigen velocidades iniciales de husillo más lentas. Los materiales de referencia simplemente le proporcionan un rango o punto de partida aceptable para las velocidades y los avances. Estas variables deben entonces ajustarse y optimizarse conforme usted continúa con la corrida de producción.

    

Figura 1. Tabla artificial para un material de pieza de trabajo específico que organiza velocidades y avances de acuerdo con el material de herramienta y tipo de corte.

Figura 2. El catálogo del fabricante de herramientas específico es la mejor referencia a utilizar para la selección de velocidad y avance.

Los enfoques tradicionales de maquinado se basan en máquinas manuales tales como el torno paralelo básico y la fresadora de columna y codo, las cuales se muestran en las figuras 1 y 2. Muchas compañías todavía usan estas máquinas en sus cuartos de herramientas para corridas cortas de producción y para trabajos sobre medida. Para máquinas manuales, la velocidad o el avance correcto implica más "arte" que "ciencia". Los operadores de máquinas se basan en su experiencia e instinto en la operación para juzgar correctamente la velocidad de husillo y el avance de herramienta. Las compañías modernas dependen cada vez más de máquinas de CNC. La figura 3 muestra un torno CNC. Las máquinas de CNC ofrecen mayor potencia, velocidades de husillo más rápidas y mayor rigidez. A diferencia de las máquinas manuales, las máquinas de CNC proporcionan un espacio cerrado que contiene las virutas y fluido de corte. En consecuencia, las velocidades y los avances de una máquina de CNC son mucho mayores que las que usted puede ver en una máquina manual. Debido a que un programa de pieza ejecuta todas las operaciones de maquinado de una máquina de CNC, usted debe programar o seleccionar un valor específico de avance y velocidad. Usted no puede actuar por "instinto" o depender de sus sentidos por que de esta manera queda fuera del proceso. Debido a que los avances de herramientas son automatizados, una variable de velocidad oavance incorrecta puede dañar la pieza de trabajo o la máquina herramienta o inclusive lesionar al operador. Las máquinas de CNC requieren de una sólida comprensión de la selección adecuada de velocidad y avance.

    

Figura 1. Esta fresadora de columna y codo manual tiene un espacio de trabajo abierto.

Figura 2. Un operador puede usar un "sentido de instinto" para operar un torno paralelo manual.

Figura 3. La mayoría de las máquinas de CNC tiene un espacio cerrado y ofrece mayor potencia que las máquinas manuales.

En un torno, la velocidad determina lo rápido que la pieza de trabajo gira en el husillo. Existen dos maneras de medir la velocidad: revoluciones por minuto (rpm) o pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Aunque ambas variables describen la razón de la rotación del husillo, cada tipo de variable de velocidad se basa en diferentes factores. Revoluciones por minuto es una medición directa de cuántas veces gira el husillo en un minuto. No está afectado por el diámetro de la pieza de trabajo opor la ubicación de la herramienta. Pies superficiales por minuto miden lo rápido que la pieza de trabajo pasa bajo la herramienta en el filo de corte. Como puede ver en la figura 1, esta velocidad depende del tamaño de la pieza de trabajo y de la ubicación de la herramienta. Si rpm permanece igual, los pies superficiales por minuto disminuyen conforme el tamaño de la pieza de trabajo tamaño disminuye. Una pieza de trabajo de diámetro menor "viaja" menos pies superficiales que una pieza de trabajo de diámetro mayor. Una fórmula sencilla le ayuda a convertir rpm a sfm. Debe conocer dos valores: rpm y diámetro de la pieza de trabajo en pulgadas. Como puede usted ver en la figura 2, para encontrar sfm, usted multiplica el diámetro por el valor rpm y luego divide la constante 3.82. La constante 3.82 representa 12 pulgadas divididas entre pi y ayuda a convertir de pulgadas a pies. Para unidades métricas, se utiliza una fórmula similar para convertir rpm a m/min. La figura 3 muestra los equivalentes métricos para conversiones de velocidad en el torno. En unidades métricas, la constante es 318.3, lo cual representa 1000 mm divididos entre pi.

    

Figura 1. Si rpm permanece igual, sfm (o m/min) disminuye conforme el diámetro disminuye y la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

El tipo de operación de corte que se realiza en el torno determina el tipo de variable de velocidad que debe conocer. Las operaciones como torneado, refrentado y mandrinado se programan en sfm (m/min) porque la herramienta se puede mover hacia la línea central y alejarse de ella. Las operaciones como taladrado y roscado requieren de velocidades a rpm constantes porque la herramienta se posiciona ya sea en el línea central del eje o permanece a igual distancia del eje. En un torno manual, la velocidad de husillo permanece relativamente constante. Sin embargo, los tornos de CNC son capaces de ajustar la velocidad de husillo durante la operación. Si la velocidad seprograma en sfm, la rotación del husillo se incrementa conforme la herramienta se acerca a la línea central. A esta función se le llama velocidad constante de superficie (CSS por sus siglas en inglés) y mantiene una constante de pies superficiales por minuto durante el corte. Las figuras 1 y 2 comparan valores de velocidad sin CSS y con CSS. Si se está ejecutando taladrado o roscado, el programa requiere de un valor de rpm constante sin CSS. Los códigos especiales del programa indican al torno de CNC qué valor de velocidad se está ejecutando. Las tablas de referencia proporcionadas por los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan velocidades en sfm y smm. Usted puede utilizar este valor de manera directa de las tablas de referencia para operaciones de torneado de rutina. Por medio de la fórmula para convertir de sfm o m/min a rpm, puede determinar la razón de rotación del husillo en rpm paraun diámetro de pieza de trabajo dado.

    

Figura 1. Si no se utiliza CSS, rpm permanece constante y sfm disminuye conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Si se utiliza CSS, sfm permanece constante y las rpm del husillo se incrementan conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Al igual que los valores de velocidad, la selección del avance para el torno es relativamente sencilla. La mayoría de las velocidades de avance se dan en pulgadas por revolución (ipr) o milímetros por revolución (mm/rev). Este valor representa hasta dónde recorre la herramienta con cada rotación completa del husillo. En términos generales, si la pieza de trabajo está girando, la velocidad de avance se mide en ipr (mm/min). Este es el caso de la operación de taladrado que se muestra en la figura 1. Si lo que estágirando es la herramienta, el avance se mide ya sea en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). Éste es el caso si usted está taladrando o fresando con herramientas motorizadas en el torno. Los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan un rango de velocidades de avance recomendadas en ipr y mm/rev para combinaciones específicas de herramientas y pieza de trabajo. Introducir este valor es muy sencillo y no requiere de conversiones. Para la mayoría de las aplicaciones, usted debe primero seleccionar la profundidad de corte más pesada posible. Después de seleccionar la profundidad del corte, la velocidad de avance preferente es tan fuerte como sea posible. Las velocidades de avance más elevadas tienen un efecto menor en el desgaste de la herramienta que las velocidades más elevadas. Sin embargo, en algún punto, una velocidad deavance demasiado fuerte estanca la máquina herramienta.

    

Figura 1. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa, ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Para comprender las variables de velocidad y avance en el torno, considere este ejemplo específico. Usted está torneando una pieza de trabajo de 1.500 pulg. de diámetro hecha de acero al carbono simple 1020. El primer corte es una operación de desbastado con una profundidad de corte de 0.16 pulg. Usted también sabe que la velocidad de husillo es 3311 rpm y que la velocidad de avancees 0.016 ipr. ¿Son éstas las variables adecuadas para su operación de torneado? El catálogo del fabricante es un recurso valioso para encontrar velocidades de corte y avances. Mediante la tabla que compara la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo, debe serle posible encontrar los avances listados en ipr y mm/rev. La tabla en particular de la figura 1 le indica que la velocidad de avance de 0.016 ipr es aceptable. Para su velocidad, usted conoce las rpm del husillo. Sin embargo, los catálogos de herramientas típicamente listan las velocidades en sfm y m/min. Si usted utiliza la fórmula que se muestra en la figura 2, puede convertir las rpm del husillo a sfm. Usted conoce el diámetro (1.5 pulg.) y rpm (3311) de la pieza de trabajo. Si multiplica el diámetro y las rpm y luego divide entre la constante 3.82, determina que la velocidad es aproximadamente 1300 sfm. Una rápida revisión al catálogo del fabricante le indica que esto se encuentra dentro del rango de velocidad recomendado para esta combinación de herramienta y material de pieza de trabajo.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra, los rangosadecuados para valores de velocidad y avance se proporcionan en sfm e ipr.

Figura 2. Muestra de cálculos para encontrar sfm y determinar velocidad de superficie.

La selección de velocidad y avance para la fresadora no es tan sencilla como lo es determinar las mismas variables en el torno. Para la fresadora, la velocidad siempre se mide en revoluciones por minuto (rpm). Esto es correcto para unidades tanto inglesas como métricas. Sin embargo, los fabricantes de herramienta de fresado proporcionan velocidades recomendadas en términos de piessuperficiales por minuto (sfm) y metros por minuto (m/min). La figura 1 compara dos herramientas con las mismas rpm, pero diferentes velocidades de superficie. Usted tiene que convertir estas velocidades en valores de rpm. Como puede usted ver en las figuras 2 y 3, las mismas fórmulas que se utilizan para convertir valores de velocidad para el torno aplican a las conversiones de velocidad en la fresadora. La diferencia clave es que usted trata con el diámetro de una herramienta en lugar del diámetro de unapieza de trabajo. Como usted utiliza típicamente herramientas de corte con diferentes diámetros, pueden requerirse de diferentes valores de rpm para herramientas que utilizan el mismo material deherramienta de corte. Como puede ver en la figura 4, si tiene un cortador con diámetro de 3.00 pulg. con una velocidad recomendada de 2200 sfm, la velocidad de husillo correcta es 2801.33 rpm. Ya sea que la herramienta se utilice para el torno o para la fresadora, los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tablas organizadas por combinaciones de material de herramientas y material de piezas de trabajo.

    

Figura 1. Dos fresadoras con diferentes diámetros girando a las mismas rpm tienen diferentes velocidades de superficie.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 4. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar la velocidad del husillo.

La selección del avance en la fresadora es más complejo que para el torno. La velocidad de avance programada en una fresadora de CNC es en pulgadas por minuto (ipm) o en milímetros por minuto (mm/min). Este valor determina la longitud que la herramienta recorre en un minuto. Sin embargo, los fabricantes de herramientas de corte típicamente proporcionan velocidades de avance como avance por diente (fpt), ya sea en pulgadas o milímetros. La figura 1 ilustra cómo se mide elavance por diente. A este valor también se le llama carga de viruta. El avance por diente permite a los fabricantes de herramientas recomendar velocidades de avance para un amplio rango de herramientas con diferentes diámetros o número de dientes de corte. Estevalor también determina el mejor grosor de viruta para asegurar que el calor sea alejado junto con la viruta y para mantener buen control de la viruta. Al determinar una velocidad de avance de fresadora para la máquina, usted debe convertir de avance por diente a avance por revolución (fpr), ya sea en pulgadas o milímetros. El avance por revolución se incrementa con el número de dientes en la cortadora. Entre más dientes tenga la cortadora, más rápido se incrementa la avance por revolución. Finalmente, usted debe convertir el valor fpr a ipm o a mm/min para determinar la velocidad final de avance que usted selecciona en la máquina. Las fórmulas que se muestran en las figuras 2 y 3 le ayudan a convertir rápidamente de fpt a ipm oa mm/min. Para determinar la velocidad de avance, usted debe conocer el avance por diente (fpt), elnúmero de dientes de la cortadora (T) y la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Multiplicando estas variables, puede determinar la velocidad de avance en ipm o en mm/min, dependiendo de si está trabajando con unidades inglesas o métricas.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el grosor de la viruta removida por una pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Para comprender cómo trabajan las velocidades y los avances en la fresadora, considere este problema de muestra. Piense que está refrentando una pieza cuadrada de aluminio de 4.000 pulg. Se le indica que la fresa de refrentado recomendada es una cortadora de 6.300 pulg. de diámetro con 8 dientes de corte. De acuerdo con la tabla del fabricante de muestra que se presenta en la figura 1, una buena velocidad de arranque es 1500 sfm, con una velocidad de avance de 0.010 ipt. ¿Cómo determina la velocidad y la avance correctas para programar en una fresadora de CNC? Para determinar la velocidad programada, debe convertir sfm a rpm. Usted sabe que la velocidad recomendada es 1500 sfm y el diámetro de la cortadora es 6.300 pulgadas. Colocando estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 2, usted determina que la velocidad de husillo es aproximadamente 909.52 rpm. Ahora que conoce las rpm, puede convertir el avance por diente al avance programable en pulgadas por minuto. El catálogo del fabricante recomienda 0.010 fpt como un buen punto de arranque. Usted también sabe que la herramienta de corte tiene 8 dientes y que la velocidad es 909.52 rpm. Si coloca estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 3, determina que el avance programable es 72.76 ipm. Tanto el valor de velocidad de 909.52 rpm y el valor de avance de 72.76 ipm aparecen como números programados que se utilizan en el programa de pieza real.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra se proporcionan rangos adecuados para velocidady avance en sfm e ipt.

Figura 2. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar velocidad de husillo.

Figura 3. Cálculos de muestra para encontrar ipm y determinar avance.

Los catálogos de fabricantes meramente le proporcionan un rango práctico de variables de velocidad y avance. Sin embargo, recuerde que numerosos factores afectan toda operación de maquinado específica. Es imposible saber con completa certeza la mejor variable de velocidad y avance desde el principio. Un adecuado maquinado implica un cuidadoso monitoreo de las operaciones de maquinado. Como puede usted ver en la figura 1, usted típicamente ajusta estas variables a través de la corrida de producción para maximizar la combinación de desgaste de la herramienta, tiempo de ciclo y acabado superficial. Si el desgaste de la herramienta es demasiado, asegúrese de inspeccionar su herramental. ¿Sus herramientas de corte están operando de manera concéntrica o están descentradas? ¿Sus brocas están desviándose y dejando agujeros ovalados? ¿La longitud de la herramienta es demasiada y lleva a vibración? Un examen del herramental puede detectar una fuente que lleva a una vida deficiente de la herramienta. La figura 2 resume sólo unos cuantos de los posibles problemas de maquinado y sus causas posibles. Recuerde que la velocidad tiene un gran impacto en el desgaste de la herramienta. Si la herramienta de corte se desgasta a una tasa excesiva, una consideración razonable es reducir la velocidad de corte. Algunas fuentes de referencia proporcionan rangos adecuados de velocidad que definen puntos de arranque razonables, con otros rangos de velocidad para optimizar un proceso de corte. Al igual que la velocidad, las fuentes de referencia recomiendan velocidades de avance como un rango adecuado. Para muchas operaciones, lo mejor es primero maximizar la velocidad de avance y luego ajustar la velocidad. Para operaciones de fresado, raras veces debe usted tener un avance por diente menor que 0.003 pulg. (.075 mm) o que exceda 0.012 pulg. (0.3 mm). Las velocidades de avance demasiado elevadas pueden llevar a una presión excesiva de la herramienta y a socavadoo a un corte en exceso.

    

Figura 1. Puede ser que los valores de velocidad y avance tengan que ser ajustados durante una corrida de producción para mejorar la vida de la herramienta o el acabado superficial.

Figura 2. Los operadores experimentados aprenden cómo ajustar velocidades y avances si observan problemas durante el maquinado.

La selección adecuada de velocidad y avance es necesaria para maximizar la vida de la herramienta, la productividad y el acabado superficial. Múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Sin embargo, estas variables son determinadas ante todo por la operación específica y por la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo. Mientras que las máquinas manuales, como el torno paralelo y la fresadora de columna y codo requieren de un sentido de "instinto" del operador, las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y avance específicos programados. En el torno, la velocidad se mide ya sea en revoluciones por minuto (rpm) o en pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Si rpmpermanece constante, sfm o m/min disminuyen conforme la herramienta se acerca a la línea central.Sin embargo, la velocidad constante de superficie (CSS) ajusta las rpm del husillo para mantener una velocidad constante de superficie. Si la pieza de trabajo está girando, el avance se mide ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev). Sin embargo, si la herramienta está girando, el avance se mide en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). En la fresadora, la velocidad una vez más se mide en rpm o ya sea en sfm o m/min. Sin embargo, lavelocidad determina la rotación de la herramienta de corte y no la pieza de trabajo. Los avances de la fresadora difieren del torno por que típicamente se miden en avance por diente. Este valor debe convertirse a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min) para programar el avance correcto en una fresadora de CNC.

    

Figura 1. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 2. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas inglesas para fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 4. Fórmulas métricas para fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Term Definition

Avance (feed) Tasa a la que la pieza de trabajo o la herramienta de corte cambian en posición durante la longitud del corte. El avance típicamente define un movimiento lineal o de contorno.

Avance Por Diente (feed per tooth) Grosor del material de viruta que cada filo de corte de la herramienta remueve con una pasada.

Avance Por Revolución (feed per revolution) Distancia lineal que una herramienta avanza durante una rotación de la pieza de trabajo o herramienta de corte. En la fresadora, el avance por revolución (fpr) puede utilizarse para convertir de avance por diente (fpt) ya sea a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min).

Carga De Viruta (chip load) Otro término para avance por diente que se refiere al grosor del material de viruta removido por el filo de corte de una herramienta.

Desbastado (roughing) Pasada de corte que enfatiza altos índices de remoción de material con el posible sacrificio del acabado superficial o de la exactitud.

Dureza (hardness) Capacidad de un material para resistir rayado, indentación o penetración. Los materiales de pieza de trabajo con dureza aumentada generan más calor y son más difíciles de maquinar.

Fresadora De Columna Y Codo (column-and-knee-mill) El tipo de fresadora original y más básico que se utiliza para maquinar piezas de trabajo planas o rectangulares.

Herramientas Motorizadas (live tooling) Herramientas de corte impulsadas mecánicamente, como fresas universales de espiga y taladros, contenidas en la torreta del torno. Las herramientas motorizadas pueden realizar operaciones de maquinado fuera de la línea central de la pieza mientras se sostenga la pieza de trabajo estacionaria en el husillo.

Máquina De CNC (CNC machine) Sofisticada máquina herramienta operada por una computadora que puede realizar múltiples operaciones de maquinado en la misma preparación inicial con una variedad de herramientas. Las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y velocidad de avance programados.

Metros Superficiales Por Minuto (surface meters per minute) Distancia en metros que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorre en un minuto. Metros superficiales por minuto (smm) es una medición métrica para la velocidad.

Milímetros Por Minuto (millimeters per minute) Distancia en milímetros que la herramienta o pieza de trabajo completa avanza en un minuto. Milímetros por minuto (mm/min) es una medición métrica para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Milímetros Por Revolución (millimeters per revolution) Distancia en milímetros que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Milímetros por revolución (mm/rev) es una medición métrica para la avance en el torno.

Pi (pi) Valor constante especial que relaciona el diámetro de un círculo a su circunferencia. Pi, aproximadamente 3.14, se usa para determinar la circunferencia y área de un círculo.

Pies Superficiales Por Minuto (surface feet per minute) Distancia en pies que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorren en un minuto. Pies superficiales por minuto (sfm) es una medición inglesa para la velocidad.

Potencia (horsepower) Unidad de energía que se usa para describir la fuerza de una máquina. Una máquina con potencias aumentadas tiene un husillo que puede ejercer una mayor cantidad de fuerza.

Profundidad De Corte (depth of cut) Espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte.

Programa De Pieza (part program) Serie de instrucciones numéricas usadas por una máquina de CNC para realizar la secuencia de operaciones necesaria para maquinar una pieza de trabajo específica. 

Pulgadas Por Minuto (inches per minute) Distancia en pulgadas que la herramienta o pieza de trabajo completa avanzan en un minuto. Pulgadas por minuto (ipm) es una medida inglesa para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Pulgadas Por Revolución (inches per revolution) Distancia en pulgadas que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Pulgadas por revolución (ipr) es una medida inglesa para el avance del torno.

Revoluciones Por Minuto (revolutions per minute) Número de revoluciones que un husillo o herramienta de corte completan en un minuto. Las revoluciones por minuto (rpm) es una medición de velocidad en los sistemas inglés y métrico.

Torno Paralelo (engine lathe) El tipo original y más básico de torno manual que se utiliza para producir piezas de trabajo cilíndricas.

Velocidad (speed) Tasa a la cual la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de corte pasan una a otra en el punto de contacto. La velocidad típicamente define un movimiento giratorio.

Velocidad Constante De Superficie (constant surface speed) Modo de un torno de CNC que ajusta las rpm del husillo conforme la herramienta se recorre hacia el eje del husillo y cuando se aleja de éste.

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Class Outline Objetivos Importancia de la velocidad y el avance Factores que determinan la velocidad y el avance Fuentes de referencia para velocidad y avance Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC Selección de la velocidad para el torno Velocidad constante de superficie Selección del avance para el torno Ejemplo con el torno Selección de la velocidad para la fresadora Selección del avance para la fresadora Ejemplo con la fresadora Optimización de velocidades y avances Resumen

 

Lesson: 1/14 Objetivos

 

Lesson: 2/14 Importancia de la velocidad y el avance

 

Lesson: 3/14 Factores que determinan la velocidad y el avance

 

Lesson: 4/14 Fuentes de referencia para velocidad y avance

 

Lesson: 5/14 Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC

 

Lesson: 6/14 Selección de la velocidad para el torno

 

Lesson: 7/14 Velocidad constante de superficie

 

Lesson: 8/14 Selección del avance para el torno

 

Lesson: 9/14 Ejemplo con el torno

 

Lesson: 10/14 Selección de la velocidad para la fresadora

 

Lesson: 11/14 Selección del avance para la fresadora

 

Lesson: 12/14 Ejemplo con la fresadora

 

Lesson: 13/14 Optimización de velocidades y avances

 

Lesson: 14/14 Resumen

 

Class Vocabulary

Selección de velocidad y avance 300

l Describa las relaciones entre velocidad de corte, dureza de pieza de trabajo y calor.

l Liste las variables que afectan la selección de velocidad y avance. l Describa las fuentes de información adecuadas para seleccionar velocidades y avances. l Distinga entre la selección de velocidad y avance para máquinas manuales y máquinas de CNC. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar la velocidad en el torno.

l Describa la relación entre velocidad constante de superficie y rpm. l Distinga las diversas unidades que se utilizan para determinar el avance en el torno.

l Determine el valor correcto de velocidad en el torno usando la fórmula apropiada. l Determine el valor correcto de velocidad en la fresadora usando la fórmula apropiada. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar el avance en la fresadora.

l Determine el valor correcto de avance en la fresadora usando la fórmula adecuada. l Identifique factores comunes que necesitan ajustes a los valores de velocidad y avance.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el espesor de la viruta removida poruna pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Toda operación de maquinado requiere de la selección de velocidad y avance adecuados para asegurar la mejor productividad, vida útil de la herramienta y calidad de la pieza. Las operaciones decorte generan una cantidad significativa de calor. En cada material de herramienta de corte, el exceso de calor lleva a un desgaste excesivo de herramienta, lo cual se muestra en la figura 1. Conforme se incrementa la velocidad de corte, el calor también se incrementa. Cada tipo de materialde herramienta de corte tiene su rango de calor propio y adecuado que puede soportar y aún desempeñarse efectivamente. Además de las diferencias en el material de herramienta, cada materialde pieza de trabajo ofrece su propia dureza. La figura 2 compara los valores de dureza para materiales de pieza de trabajo comunes. Un incremento en la dureza de la pieza de trabajo lleva a un incremento de calor para la herramienta de corte. Al seleccionar velocidad y avance para una operación de corte específica, usted debe considerar tanto la pieza de trabajo como el material de laherramienta. Esta clase le enseñará cómo seleccionar la velocidad y avance apropiados para las operaciones básicas de torneado y refrentado. También aprenderá cómo convertir las unidades de fuentes de referencia que seleccione a variables de velocidad y avance que pueda utilizar en la máquina.     

Figura 1. Las velocidades y los avances adecuados ayudan a controlar el desgaste de la herramienta, el cual se muestra en esta vista amplificada del filo de corte.

Figura 2. Los diversos materiales de pieza de trabajo ofrecen diferentes valores de dureza que afectan las velocidades y avances.

Como puede ver en la figura 1, múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Algunas variables son menos obvias que otras. Por ejemplo, toda operación de maquinado es afectada por:

l El tipo de material de la pieza de trabajo. Los materiales más duros son más difíciles de maquinar y típicamente requieren de velocidades y avances más conservadores.

l El tipo de material de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros pueden soportar incremento en desgaste más elevado y temperaturas elevadas.

l El acabado superficial requerido. Los acabados superficiales mejorados requieren de

velocidades más rápidas y avances menos agresivos. l El tipo de geometría de herramienta. Diferentes ángulos de inclinación y ángulos de posición 

proporcionan un intercambio entre resistencia del filo para avances aumentados y fuerzas de corte reducidas.

l El tipo de máquina herramienta. La máquina manual y la máquina de CNC proporcionan

potencia, rigidez y velocidades de husillo significativamente diferentes.

l El tipo de preparación para sujeción del trabajo. La rigidez y fuerza de sujeción mejoradas de un dispositivo de sujeción de trabajo permite velocidades de corte y avances más rápidos.

Dependiendo de la situación, puede ser que no le sea posible cambiar algunas de estas variables. Puede ser que usted solamente tenga una máquina herramienta disponible que proporcione menos rigidez o potencia. Puede que no haya tiempo o recursos para desarrollar una sujeción de trabajo hecha a la medida para una corrida pequeña de producción. Ya sea que pueda o no controlar estas variables, usted debe tomar en consideración su impacto en el maquinado al determinar sus velocidades y avances.

    

Figura 1. Múltiples factores determinan la selección de velocidad y avance adecuados.

Aunque cada operación de maquinado se ve afectada por una amplia gama de variables, lo primordial de la selección de velocidad y avance se encuentra el tipo específico de operación de maquinado y la combinación de pieza de trabajo y material de herramienta. De hecho, las fuentes de referencia proporcionan tablas organizadas con esta información. Por ejemplo, la figura 1 muestra una tabla listando velocidades y avances para tornear una pieza de trabajo de acero de bajo carbono con un grado específico de insertos de carburo. Para operaciones de rutina, las tablas de maquinado y los materiales de referencia le proporcionan un punto de partida razonable para seleccionar velocidades y avances. La mayoría de los talleres deben contar con un manual general que contenga esta información. Sin embargo, la fuente de referencia preferente es el catálogo del fabricante específico de herramientas de corte. Como puede ver en la figura 2, numerosos fabricantes ofrecen catálogos sobre sus herramientas específicas. En términos generales, usted ha de encontrar que los materiales de pieza de trabajo más duros y difíciles exigen velocidades iniciales de husillo más lentas. Los materiales de referencia simplemente le proporcionan un rango o punto de partida aceptable para las velocidades y los avances. Estas variables deben entonces ajustarse y optimizarse conforme usted continúa con la corrida de producción.

    

Figura 1. Tabla artificial para un material de pieza de trabajo específico que organiza velocidades y avances de acuerdo con el material de herramienta y tipo de corte.

Figura 2. El catálogo del fabricante de herramientas específico es la mejor referencia a utilizar para la selección de velocidad y avance.

Los enfoques tradicionales de maquinado se basan en máquinas manuales tales como el torno paralelo básico y la fresadora de columna y codo, las cuales se muestran en las figuras 1 y 2. Muchas compañías todavía usan estas máquinas en sus cuartos de herramientas para corridas cortas de producción y para trabajos sobre medida. Para máquinas manuales, la velocidad o el avance correcto implica más "arte" que "ciencia". Los operadores de máquinas se basan en su experiencia e instinto en la operación para juzgar correctamente la velocidad de husillo y el avance de herramienta. Las compañías modernas dependen cada vez más de máquinas de CNC. La figura 3 muestra un torno CNC. Las máquinas de CNC ofrecen mayor potencia, velocidades de husillo más rápidas y mayor rigidez. A diferencia de las máquinas manuales, las máquinas de CNC proporcionan un espacio cerrado que contiene las virutas y fluido de corte. En consecuencia, las velocidades y los avances de una máquina de CNC son mucho mayores que las que usted puede ver en una máquina manual. Debido a que un programa de pieza ejecuta todas las operaciones de maquinado de una máquina de CNC, usted debe programar o seleccionar un valor específico de avance y velocidad. Usted no puede actuar por "instinto" o depender de sus sentidos por que de esta manera queda fuera del proceso. Debido a que los avances de herramientas son automatizados, una variable de velocidad oavance incorrecta puede dañar la pieza de trabajo o la máquina herramienta o inclusive lesionar al operador. Las máquinas de CNC requieren de una sólida comprensión de la selección adecuada de velocidad y avance.

    

Figura 1. Esta fresadora de columna y codo manual tiene un espacio de trabajo abierto.

Figura 2. Un operador puede usar un "sentido de instinto" para operar un torno paralelo manual.

Figura 3. La mayoría de las máquinas de CNC tiene un espacio cerrado y ofrece mayor potencia que las máquinas manuales.

En un torno, la velocidad determina lo rápido que la pieza de trabajo gira en el husillo. Existen dos maneras de medir la velocidad: revoluciones por minuto (rpm) o pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Aunque ambas variables describen la razón de la rotación del husillo, cada tipo de variable de velocidad se basa en diferentes factores. Revoluciones por minuto es una medición directa de cuántas veces gira el husillo en un minuto. No está afectado por el diámetro de la pieza de trabajo opor la ubicación de la herramienta. Pies superficiales por minuto miden lo rápido que la pieza de trabajo pasa bajo la herramienta en el filo de corte. Como puede ver en la figura 1, esta velocidad depende del tamaño de la pieza de trabajo y de la ubicación de la herramienta. Si rpm permanece igual, los pies superficiales por minuto disminuyen conforme el tamaño de la pieza de trabajo tamaño disminuye. Una pieza de trabajo de diámetro menor "viaja" menos pies superficiales que una pieza de trabajo de diámetro mayor. Una fórmula sencilla le ayuda a convertir rpm a sfm. Debe conocer dos valores: rpm y diámetro de la pieza de trabajo en pulgadas. Como puede usted ver en la figura 2, para encontrar sfm, usted multiplica el diámetro por el valor rpm y luego divide la constante 3.82. La constante 3.82 representa 12 pulgadas divididas entre pi y ayuda a convertir de pulgadas a pies. Para unidades métricas, se utiliza una fórmula similar para convertir rpm a m/min. La figura 3 muestra los equivalentes métricos para conversiones de velocidad en el torno. En unidades métricas, la constante es 318.3, lo cual representa 1000 mm divididos entre pi.

    

Figura 1. Si rpm permanece igual, sfm (o m/min) disminuye conforme el diámetro disminuye y la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

El tipo de operación de corte que se realiza en el torno determina el tipo de variable de velocidad que debe conocer. Las operaciones como torneado, refrentado y mandrinado se programan en sfm (m/min) porque la herramienta se puede mover hacia la línea central y alejarse de ella. Las operaciones como taladrado y roscado requieren de velocidades a rpm constantes porque la herramienta se posiciona ya sea en el línea central del eje o permanece a igual distancia del eje. En un torno manual, la velocidad de husillo permanece relativamente constante. Sin embargo, los tornos de CNC son capaces de ajustar la velocidad de husillo durante la operación. Si la velocidad seprograma en sfm, la rotación del husillo se incrementa conforme la herramienta se acerca a la línea central. A esta función se le llama velocidad constante de superficie (CSS por sus siglas en inglés) y mantiene una constante de pies superficiales por minuto durante el corte. Las figuras 1 y 2 comparan valores de velocidad sin CSS y con CSS. Si se está ejecutando taladrado o roscado, el programa requiere de un valor de rpm constante sin CSS. Los códigos especiales del programa indican al torno de CNC qué valor de velocidad se está ejecutando. Las tablas de referencia proporcionadas por los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan velocidades en sfm y smm. Usted puede utilizar este valor de manera directa de las tablas de referencia para operaciones de torneado de rutina. Por medio de la fórmula para convertir de sfm o m/min a rpm, puede determinar la razón de rotación del husillo en rpm paraun diámetro de pieza de trabajo dado.

    

Figura 1. Si no se utiliza CSS, rpm permanece constante y sfm disminuye conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Si se utiliza CSS, sfm permanece constante y las rpm del husillo se incrementan conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Al igual que los valores de velocidad, la selección del avance para el torno es relativamente sencilla. La mayoría de las velocidades de avance se dan en pulgadas por revolución (ipr) o milímetros por revolución (mm/rev). Este valor representa hasta dónde recorre la herramienta con cada rotación completa del husillo. En términos generales, si la pieza de trabajo está girando, la velocidad de avance se mide en ipr (mm/min). Este es el caso de la operación de taladrado que se muestra en la figura 1. Si lo que estágirando es la herramienta, el avance se mide ya sea en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). Éste es el caso si usted está taladrando o fresando con herramientas motorizadas en el torno. Los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan un rango de velocidades de avance recomendadas en ipr y mm/rev para combinaciones específicas de herramientas y pieza de trabajo. Introducir este valor es muy sencillo y no requiere de conversiones. Para la mayoría de las aplicaciones, usted debe primero seleccionar la profundidad de corte más pesada posible. Después de seleccionar la profundidad del corte, la velocidad de avance preferente es tan fuerte como sea posible. Las velocidades de avance más elevadas tienen un efecto menor en el desgaste de la herramienta que las velocidades más elevadas. Sin embargo, en algún punto, una velocidad deavance demasiado fuerte estanca la máquina herramienta.

    

Figura 1. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa, ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Para comprender las variables de velocidad y avance en el torno, considere este ejemplo específico. Usted está torneando una pieza de trabajo de 1.500 pulg. de diámetro hecha de acero al carbono simple 1020. El primer corte es una operación de desbastado con una profundidad de corte de 0.16 pulg. Usted también sabe que la velocidad de husillo es 3311 rpm y que la velocidad de avancees 0.016 ipr. ¿Son éstas las variables adecuadas para su operación de torneado? El catálogo del fabricante es un recurso valioso para encontrar velocidades de corte y avances. Mediante la tabla que compara la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo, debe serle posible encontrar los avances listados en ipr y mm/rev. La tabla en particular de la figura 1 le indica que la velocidad de avance de 0.016 ipr es aceptable. Para su velocidad, usted conoce las rpm del husillo. Sin embargo, los catálogos de herramientas típicamente listan las velocidades en sfm y m/min. Si usted utiliza la fórmula que se muestra en la figura 2, puede convertir las rpm del husillo a sfm. Usted conoce el diámetro (1.5 pulg.) y rpm (3311) de la pieza de trabajo. Si multiplica el diámetro y las rpm y luego divide entre la constante 3.82, determina que la velocidad es aproximadamente 1300 sfm. Una rápida revisión al catálogo del fabricante le indica que esto se encuentra dentro del rango de velocidad recomendado para esta combinación de herramienta y material de pieza de trabajo.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra, los rangosadecuados para valores de velocidad y avance se proporcionan en sfm e ipr.

Figura 2. Muestra de cálculos para encontrar sfm y determinar velocidad de superficie.

La selección de velocidad y avance para la fresadora no es tan sencilla como lo es determinar las mismas variables en el torno. Para la fresadora, la velocidad siempre se mide en revoluciones por minuto (rpm). Esto es correcto para unidades tanto inglesas como métricas. Sin embargo, los fabricantes de herramienta de fresado proporcionan velocidades recomendadas en términos de piessuperficiales por minuto (sfm) y metros por minuto (m/min). La figura 1 compara dos herramientas con las mismas rpm, pero diferentes velocidades de superficie. Usted tiene que convertir estas velocidades en valores de rpm. Como puede usted ver en las figuras 2 y 3, las mismas fórmulas que se utilizan para convertir valores de velocidad para el torno aplican a las conversiones de velocidad en la fresadora. La diferencia clave es que usted trata con el diámetro de una herramienta en lugar del diámetro de unapieza de trabajo. Como usted utiliza típicamente herramientas de corte con diferentes diámetros, pueden requerirse de diferentes valores de rpm para herramientas que utilizan el mismo material deherramienta de corte. Como puede ver en la figura 4, si tiene un cortador con diámetro de 3.00 pulg. con una velocidad recomendada de 2200 sfm, la velocidad de husillo correcta es 2801.33 rpm. Ya sea que la herramienta se utilice para el torno o para la fresadora, los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tablas organizadas por combinaciones de material de herramientas y material de piezas de trabajo.

    

Figura 1. Dos fresadoras con diferentes diámetros girando a las mismas rpm tienen diferentes velocidades de superficie.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 4. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar la velocidad del husillo.

La selección del avance en la fresadora es más complejo que para el torno. La velocidad de avance programada en una fresadora de CNC es en pulgadas por minuto (ipm) o en milímetros por minuto (mm/min). Este valor determina la longitud que la herramienta recorre en un minuto. Sin embargo, los fabricantes de herramientas de corte típicamente proporcionan velocidades de avance como avance por diente (fpt), ya sea en pulgadas o milímetros. La figura 1 ilustra cómo se mide elavance por diente. A este valor también se le llama carga de viruta. El avance por diente permite a los fabricantes de herramientas recomendar velocidades de avance para un amplio rango de herramientas con diferentes diámetros o número de dientes de corte. Estevalor también determina el mejor grosor de viruta para asegurar que el calor sea alejado junto con la viruta y para mantener buen control de la viruta. Al determinar una velocidad de avance de fresadora para la máquina, usted debe convertir de avance por diente a avance por revolución (fpr), ya sea en pulgadas o milímetros. El avance por revolución se incrementa con el número de dientes en la cortadora. Entre más dientes tenga la cortadora, más rápido se incrementa la avance por revolución. Finalmente, usted debe convertir el valor fpr a ipm o a mm/min para determinar la velocidad final de avance que usted selecciona en la máquina. Las fórmulas que se muestran en las figuras 2 y 3 le ayudan a convertir rápidamente de fpt a ipm oa mm/min. Para determinar la velocidad de avance, usted debe conocer el avance por diente (fpt), elnúmero de dientes de la cortadora (T) y la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Multiplicando estas variables, puede determinar la velocidad de avance en ipm o en mm/min, dependiendo de si está trabajando con unidades inglesas o métricas.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el grosor de la viruta removida por una pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Para comprender cómo trabajan las velocidades y los avances en la fresadora, considere este problema de muestra. Piense que está refrentando una pieza cuadrada de aluminio de 4.000 pulg. Se le indica que la fresa de refrentado recomendada es una cortadora de 6.300 pulg. de diámetro con 8 dientes de corte. De acuerdo con la tabla del fabricante de muestra que se presenta en la figura 1, una buena velocidad de arranque es 1500 sfm, con una velocidad de avance de 0.010 ipt. ¿Cómo determina la velocidad y la avance correctas para programar en una fresadora de CNC? Para determinar la velocidad programada, debe convertir sfm a rpm. Usted sabe que la velocidad recomendada es 1500 sfm y el diámetro de la cortadora es 6.300 pulgadas. Colocando estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 2, usted determina que la velocidad de husillo es aproximadamente 909.52 rpm. Ahora que conoce las rpm, puede convertir el avance por diente al avance programable en pulgadas por minuto. El catálogo del fabricante recomienda 0.010 fpt como un buen punto de arranque. Usted también sabe que la herramienta de corte tiene 8 dientes y que la velocidad es 909.52 rpm. Si coloca estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 3, determina que el avance programable es 72.76 ipm. Tanto el valor de velocidad de 909.52 rpm y el valor de avance de 72.76 ipm aparecen como números programados que se utilizan en el programa de pieza real.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra se proporcionan rangos adecuados para velocidady avance en sfm e ipt.

Figura 2. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar velocidad de husillo.

Figura 3. Cálculos de muestra para encontrar ipm y determinar avance.

Los catálogos de fabricantes meramente le proporcionan un rango práctico de variables de velocidad y avance. Sin embargo, recuerde que numerosos factores afectan toda operación de maquinado específica. Es imposible saber con completa certeza la mejor variable de velocidad y avance desde el principio. Un adecuado maquinado implica un cuidadoso monitoreo de las operaciones de maquinado. Como puede usted ver en la figura 1, usted típicamente ajusta estas variables a través de la corrida de producción para maximizar la combinación de desgaste de la herramienta, tiempo de ciclo y acabado superficial. Si el desgaste de la herramienta es demasiado, asegúrese de inspeccionar su herramental. ¿Sus herramientas de corte están operando de manera concéntrica o están descentradas? ¿Sus brocas están desviándose y dejando agujeros ovalados? ¿La longitud de la herramienta es demasiada y lleva a vibración? Un examen del herramental puede detectar una fuente que lleva a una vida deficiente de la herramienta. La figura 2 resume sólo unos cuantos de los posibles problemas de maquinado y sus causas posibles. Recuerde que la velocidad tiene un gran impacto en el desgaste de la herramienta. Si la herramienta de corte se desgasta a una tasa excesiva, una consideración razonable es reducir la velocidad de corte. Algunas fuentes de referencia proporcionan rangos adecuados de velocidad que definen puntos de arranque razonables, con otros rangos de velocidad para optimizar un proceso de corte. Al igual que la velocidad, las fuentes de referencia recomiendan velocidades de avance como un rango adecuado. Para muchas operaciones, lo mejor es primero maximizar la velocidad de avance y luego ajustar la velocidad. Para operaciones de fresado, raras veces debe usted tener un avance por diente menor que 0.003 pulg. (.075 mm) o que exceda 0.012 pulg. (0.3 mm). Las velocidades de avance demasiado elevadas pueden llevar a una presión excesiva de la herramienta y a socavadoo a un corte en exceso.

    

Figura 1. Puede ser que los valores de velocidad y avance tengan que ser ajustados durante una corrida de producción para mejorar la vida de la herramienta o el acabado superficial.

Figura 2. Los operadores experimentados aprenden cómo ajustar velocidades y avances si observan problemas durante el maquinado.

La selección adecuada de velocidad y avance es necesaria para maximizar la vida de la herramienta, la productividad y el acabado superficial. Múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Sin embargo, estas variables son determinadas ante todo por la operación específica y por la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo. Mientras que las máquinas manuales, como el torno paralelo y la fresadora de columna y codo requieren de un sentido de "instinto" del operador, las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y avance específicos programados. En el torno, la velocidad se mide ya sea en revoluciones por minuto (rpm) o en pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Si rpmpermanece constante, sfm o m/min disminuyen conforme la herramienta se acerca a la línea central.Sin embargo, la velocidad constante de superficie (CSS) ajusta las rpm del husillo para mantener una velocidad constante de superficie. Si la pieza de trabajo está girando, el avance se mide ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev). Sin embargo, si la herramienta está girando, el avance se mide en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). En la fresadora, la velocidad una vez más se mide en rpm o ya sea en sfm o m/min. Sin embargo, lavelocidad determina la rotación de la herramienta de corte y no la pieza de trabajo. Los avances de la fresadora difieren del torno por que típicamente se miden en avance por diente. Este valor debe convertirse a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min) para programar el avance correcto en una fresadora de CNC.

    

Figura 1. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 2. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas inglesas para fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 4. Fórmulas métricas para fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Term Definition

Avance (feed) Tasa a la que la pieza de trabajo o la herramienta de corte cambian en posición durante la longitud del corte. El avance típicamente define un movimiento lineal o de contorno.

Avance Por Diente (feed per tooth) Grosor del material de viruta que cada filo de corte de la herramienta remueve con una pasada.

Avance Por Revolución (feed per revolution) Distancia lineal que una herramienta avanza durante una rotación de la pieza de trabajo o herramienta de corte. En la fresadora, el avance por revolución (fpr) puede utilizarse para convertir de avance por diente (fpt) ya sea a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min).

Carga De Viruta (chip load) Otro término para avance por diente que se refiere al grosor del material de viruta removido por el filo de corte de una herramienta.

Desbastado (roughing) Pasada de corte que enfatiza altos índices de remoción de material con el posible sacrificio del acabado superficial o de la exactitud.

Dureza (hardness) Capacidad de un material para resistir rayado, indentación o penetración. Los materiales de pieza de trabajo con dureza aumentada generan más calor y son más difíciles de maquinar.

Fresadora De Columna Y Codo (column-and-knee-mill) El tipo de fresadora original y más básico que se utiliza para maquinar piezas de trabajo planas o rectangulares.

Herramientas Motorizadas (live tooling) Herramientas de corte impulsadas mecánicamente, como fresas universales de espiga y taladros, contenidas en la torreta del torno. Las herramientas motorizadas pueden realizar operaciones de maquinado fuera de la línea central de la pieza mientras se sostenga la pieza de trabajo estacionaria en el husillo.

Máquina De CNC (CNC machine) Sofisticada máquina herramienta operada por una computadora que puede realizar múltiples operaciones de maquinado en la misma preparación inicial con una variedad de herramientas. Las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y velocidad de avance programados.

Metros Superficiales Por Minuto (surface meters per minute) Distancia en metros que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorre en un minuto. Metros superficiales por minuto (smm) es una medición métrica para la velocidad.

Milímetros Por Minuto (millimeters per minute) Distancia en milímetros que la herramienta o pieza de trabajo completa avanza en un minuto. Milímetros por minuto (mm/min) es una medición métrica para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Milímetros Por Revolución (millimeters per revolution) Distancia en milímetros que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Milímetros por revolución (mm/rev) es una medición métrica para la avance en el torno.

Pi (pi) Valor constante especial que relaciona el diámetro de un círculo a su circunferencia. Pi, aproximadamente 3.14, se usa para determinar la circunferencia y área de un círculo.

Pies Superficiales Por Minuto (surface feet per minute) Distancia en pies que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorren en un minuto. Pies superficiales por minuto (sfm) es una medición inglesa para la velocidad.

Potencia (horsepower) Unidad de energía que se usa para describir la fuerza de una máquina. Una máquina con potencias aumentadas tiene un husillo que puede ejercer una mayor cantidad de fuerza.

Profundidad De Corte (depth of cut) Espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte.

Programa De Pieza (part program) Serie de instrucciones numéricas usadas por una máquina de CNC para realizar la secuencia de operaciones necesaria para maquinar una pieza de trabajo específica. 

Pulgadas Por Minuto (inches per minute) Distancia en pulgadas que la herramienta o pieza de trabajo completa avanzan en un minuto. Pulgadas por minuto (ipm) es una medida inglesa para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Pulgadas Por Revolución (inches per revolution) Distancia en pulgadas que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Pulgadas por revolución (ipr) es una medida inglesa para el avance del torno.

Revoluciones Por Minuto (revolutions per minute) Número de revoluciones que un husillo o herramienta de corte completan en un minuto. Las revoluciones por minuto (rpm) es una medición de velocidad en los sistemas inglés y métrico.

Torno Paralelo (engine lathe) El tipo original y más básico de torno manual que se utiliza para producir piezas de trabajo cilíndricas.

Velocidad (speed) Tasa a la cual la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de corte pasan una a otra en el punto de contacto. La velocidad típicamente define un movimiento giratorio.

Velocidad Constante De Superficie (constant surface speed) Modo de un torno de CNC que ajusta las rpm del husillo conforme la herramienta se recorre hacia el eje del husillo y cuando se aleja de éste.

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Class Outline Objetivos Importancia de la velocidad y el avance Factores que determinan la velocidad y el avance Fuentes de referencia para velocidad y avance Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC Selección de la velocidad para el torno Velocidad constante de superficie Selección del avance para el torno Ejemplo con el torno Selección de la velocidad para la fresadora Selección del avance para la fresadora Ejemplo con la fresadora Optimización de velocidades y avances Resumen

 

Lesson: 1/14 Objetivos

 

Lesson: 2/14 Importancia de la velocidad y el avance

 

Lesson: 3/14 Factores que determinan la velocidad y el avance

 

Lesson: 4/14 Fuentes de referencia para velocidad y avance

 

Lesson: 5/14 Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC

 

Lesson: 6/14 Selección de la velocidad para el torno

 

Lesson: 7/14 Velocidad constante de superficie

 

Lesson: 8/14 Selección del avance para el torno

 

Lesson: 9/14 Ejemplo con el torno

 

Lesson: 10/14 Selección de la velocidad para la fresadora

 

Lesson: 11/14 Selección del avance para la fresadora

 

Lesson: 12/14 Ejemplo con la fresadora

 

Lesson: 13/14 Optimización de velocidades y avances

 

Lesson: 14/14 Resumen

 

Class Vocabulary

Selección de velocidad y avance 300

l Describa las relaciones entre velocidad de corte, dureza de pieza de trabajo y calor.

l Liste las variables que afectan la selección de velocidad y avance. l Describa las fuentes de información adecuadas para seleccionar velocidades y avances. l Distinga entre la selección de velocidad y avance para máquinas manuales y máquinas de CNC. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar la velocidad en el torno.

l Describa la relación entre velocidad constante de superficie y rpm. l Distinga las diversas unidades que se utilizan para determinar el avance en el torno.

l Determine el valor correcto de velocidad en el torno usando la fórmula apropiada. l Determine el valor correcto de velocidad en la fresadora usando la fórmula apropiada. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar el avance en la fresadora.

l Determine el valor correcto de avance en la fresadora usando la fórmula adecuada. l Identifique factores comunes que necesitan ajustes a los valores de velocidad y avance.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el espesor de la viruta removida poruna pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Toda operación de maquinado requiere de la selección de velocidad y avance adecuados para asegurar la mejor productividad, vida útil de la herramienta y calidad de la pieza. Las operaciones decorte generan una cantidad significativa de calor. En cada material de herramienta de corte, el exceso de calor lleva a un desgaste excesivo de herramienta, lo cual se muestra en la figura 1. Conforme se incrementa la velocidad de corte, el calor también se incrementa. Cada tipo de materialde herramienta de corte tiene su rango de calor propio y adecuado que puede soportar y aún desempeñarse efectivamente. Además de las diferencias en el material de herramienta, cada materialde pieza de trabajo ofrece su propia dureza. La figura 2 compara los valores de dureza para materiales de pieza de trabajo comunes. Un incremento en la dureza de la pieza de trabajo lleva a un incremento de calor para la herramienta de corte. Al seleccionar velocidad y avance para una operación de corte específica, usted debe considerar tanto la pieza de trabajo como el material de laherramienta. Esta clase le enseñará cómo seleccionar la velocidad y avance apropiados para las operaciones básicas de torneado y refrentado. También aprenderá cómo convertir las unidades de fuentes de referencia que seleccione a variables de velocidad y avance que pueda utilizar en la máquina.     

Figura 1. Las velocidades y los avances adecuados ayudan a controlar el desgaste de la herramienta, el cual se muestra en esta vista amplificada del filo de corte.

Figura 2. Los diversos materiales de pieza de trabajo ofrecen diferentes valores de dureza que afectan las velocidades y avances.

Como puede ver en la figura 1, múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Algunas variables son menos obvias que otras. Por ejemplo, toda operación de maquinado es afectada por:

l El tipo de material de la pieza de trabajo. Los materiales más duros son más difíciles de maquinar y típicamente requieren de velocidades y avances más conservadores.

l El tipo de material de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros pueden soportar incremento en desgaste más elevado y temperaturas elevadas.

l El acabado superficial requerido. Los acabados superficiales mejorados requieren de

velocidades más rápidas y avances menos agresivos. l El tipo de geometría de herramienta. Diferentes ángulos de inclinación y ángulos de posición 

proporcionan un intercambio entre resistencia del filo para avances aumentados y fuerzas de corte reducidas.

l El tipo de máquina herramienta. La máquina manual y la máquina de CNC proporcionan

potencia, rigidez y velocidades de husillo significativamente diferentes.

l El tipo de preparación para sujeción del trabajo. La rigidez y fuerza de sujeción mejoradas de un dispositivo de sujeción de trabajo permite velocidades de corte y avances más rápidos.

Dependiendo de la situación, puede ser que no le sea posible cambiar algunas de estas variables. Puede ser que usted solamente tenga una máquina herramienta disponible que proporcione menos rigidez o potencia. Puede que no haya tiempo o recursos para desarrollar una sujeción de trabajo hecha a la medida para una corrida pequeña de producción. Ya sea que pueda o no controlar estas variables, usted debe tomar en consideración su impacto en el maquinado al determinar sus velocidades y avances.

    

Figura 1. Múltiples factores determinan la selección de velocidad y avance adecuados.

Aunque cada operación de maquinado se ve afectada por una amplia gama de variables, lo primordial de la selección de velocidad y avance se encuentra el tipo específico de operación de maquinado y la combinación de pieza de trabajo y material de herramienta. De hecho, las fuentes de referencia proporcionan tablas organizadas con esta información. Por ejemplo, la figura 1 muestra una tabla listando velocidades y avances para tornear una pieza de trabajo de acero de bajo carbono con un grado específico de insertos de carburo. Para operaciones de rutina, las tablas de maquinado y los materiales de referencia le proporcionan un punto de partida razonable para seleccionar velocidades y avances. La mayoría de los talleres deben contar con un manual general que contenga esta información. Sin embargo, la fuente de referencia preferente es el catálogo del fabricante específico de herramientas de corte. Como puede ver en la figura 2, numerosos fabricantes ofrecen catálogos sobre sus herramientas específicas. En términos generales, usted ha de encontrar que los materiales de pieza de trabajo más duros y difíciles exigen velocidades iniciales de husillo más lentas. Los materiales de referencia simplemente le proporcionan un rango o punto de partida aceptable para las velocidades y los avances. Estas variables deben entonces ajustarse y optimizarse conforme usted continúa con la corrida de producción.

    

Figura 1. Tabla artificial para un material de pieza de trabajo específico que organiza velocidades y avances de acuerdo con el material de herramienta y tipo de corte.

Figura 2. El catálogo del fabricante de herramientas específico es la mejor referencia a utilizar para la selección de velocidad y avance.

Los enfoques tradicionales de maquinado se basan en máquinas manuales tales como el torno paralelo básico y la fresadora de columna y codo, las cuales se muestran en las figuras 1 y 2. Muchas compañías todavía usan estas máquinas en sus cuartos de herramientas para corridas cortas de producción y para trabajos sobre medida. Para máquinas manuales, la velocidad o el avance correcto implica más "arte" que "ciencia". Los operadores de máquinas se basan en su experiencia e instinto en la operación para juzgar correctamente la velocidad de husillo y el avance de herramienta. Las compañías modernas dependen cada vez más de máquinas de CNC. La figura 3 muestra un torno CNC. Las máquinas de CNC ofrecen mayor potencia, velocidades de husillo más rápidas y mayor rigidez. A diferencia de las máquinas manuales, las máquinas de CNC proporcionan un espacio cerrado que contiene las virutas y fluido de corte. En consecuencia, las velocidades y los avances de una máquina de CNC son mucho mayores que las que usted puede ver en una máquina manual. Debido a que un programa de pieza ejecuta todas las operaciones de maquinado de una máquina de CNC, usted debe programar o seleccionar un valor específico de avance y velocidad. Usted no puede actuar por "instinto" o depender de sus sentidos por que de esta manera queda fuera del proceso. Debido a que los avances de herramientas son automatizados, una variable de velocidad oavance incorrecta puede dañar la pieza de trabajo o la máquina herramienta o inclusive lesionar al operador. Las máquinas de CNC requieren de una sólida comprensión de la selección adecuada de velocidad y avance.

    

Figura 1. Esta fresadora de columna y codo manual tiene un espacio de trabajo abierto.

Figura 2. Un operador puede usar un "sentido de instinto" para operar un torno paralelo manual.

Figura 3. La mayoría de las máquinas de CNC tiene un espacio cerrado y ofrece mayor potencia que las máquinas manuales.

En un torno, la velocidad determina lo rápido que la pieza de trabajo gira en el husillo. Existen dos maneras de medir la velocidad: revoluciones por minuto (rpm) o pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Aunque ambas variables describen la razón de la rotación del husillo, cada tipo de variable de velocidad se basa en diferentes factores. Revoluciones por minuto es una medición directa de cuántas veces gira el husillo en un minuto. No está afectado por el diámetro de la pieza de trabajo opor la ubicación de la herramienta. Pies superficiales por minuto miden lo rápido que la pieza de trabajo pasa bajo la herramienta en el filo de corte. Como puede ver en la figura 1, esta velocidad depende del tamaño de la pieza de trabajo y de la ubicación de la herramienta. Si rpm permanece igual, los pies superficiales por minuto disminuyen conforme el tamaño de la pieza de trabajo tamaño disminuye. Una pieza de trabajo de diámetro menor "viaja" menos pies superficiales que una pieza de trabajo de diámetro mayor. Una fórmula sencilla le ayuda a convertir rpm a sfm. Debe conocer dos valores: rpm y diámetro de la pieza de trabajo en pulgadas. Como puede usted ver en la figura 2, para encontrar sfm, usted multiplica el diámetro por el valor rpm y luego divide la constante 3.82. La constante 3.82 representa 12 pulgadas divididas entre pi y ayuda a convertir de pulgadas a pies. Para unidades métricas, se utiliza una fórmula similar para convertir rpm a m/min. La figura 3 muestra los equivalentes métricos para conversiones de velocidad en el torno. En unidades métricas, la constante es 318.3, lo cual representa 1000 mm divididos entre pi.

    

Figura 1. Si rpm permanece igual, sfm (o m/min) disminuye conforme el diámetro disminuye y la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

El tipo de operación de corte que se realiza en el torno determina el tipo de variable de velocidad que debe conocer. Las operaciones como torneado, refrentado y mandrinado se programan en sfm (m/min) porque la herramienta se puede mover hacia la línea central y alejarse de ella. Las operaciones como taladrado y roscado requieren de velocidades a rpm constantes porque la herramienta se posiciona ya sea en el línea central del eje o permanece a igual distancia del eje. En un torno manual, la velocidad de husillo permanece relativamente constante. Sin embargo, los tornos de CNC son capaces de ajustar la velocidad de husillo durante la operación. Si la velocidad seprograma en sfm, la rotación del husillo se incrementa conforme la herramienta se acerca a la línea central. A esta función se le llama velocidad constante de superficie (CSS por sus siglas en inglés) y mantiene una constante de pies superficiales por minuto durante el corte. Las figuras 1 y 2 comparan valores de velocidad sin CSS y con CSS. Si se está ejecutando taladrado o roscado, el programa requiere de un valor de rpm constante sin CSS. Los códigos especiales del programa indican al torno de CNC qué valor de velocidad se está ejecutando. Las tablas de referencia proporcionadas por los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan velocidades en sfm y smm. Usted puede utilizar este valor de manera directa de las tablas de referencia para operaciones de torneado de rutina. Por medio de la fórmula para convertir de sfm o m/min a rpm, puede determinar la razón de rotación del husillo en rpm paraun diámetro de pieza de trabajo dado.

    

Figura 1. Si no se utiliza CSS, rpm permanece constante y sfm disminuye conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Si se utiliza CSS, sfm permanece constante y las rpm del husillo se incrementan conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Al igual que los valores de velocidad, la selección del avance para el torno es relativamente sencilla. La mayoría de las velocidades de avance se dan en pulgadas por revolución (ipr) o milímetros por revolución (mm/rev). Este valor representa hasta dónde recorre la herramienta con cada rotación completa del husillo. En términos generales, si la pieza de trabajo está girando, la velocidad de avance se mide en ipr (mm/min). Este es el caso de la operación de taladrado que se muestra en la figura 1. Si lo que estágirando es la herramienta, el avance se mide ya sea en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). Éste es el caso si usted está taladrando o fresando con herramientas motorizadas en el torno. Los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan un rango de velocidades de avance recomendadas en ipr y mm/rev para combinaciones específicas de herramientas y pieza de trabajo. Introducir este valor es muy sencillo y no requiere de conversiones. Para la mayoría de las aplicaciones, usted debe primero seleccionar la profundidad de corte más pesada posible. Después de seleccionar la profundidad del corte, la velocidad de avance preferente es tan fuerte como sea posible. Las velocidades de avance más elevadas tienen un efecto menor en el desgaste de la herramienta que las velocidades más elevadas. Sin embargo, en algún punto, una velocidad deavance demasiado fuerte estanca la máquina herramienta.

    

Figura 1. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa, ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Para comprender las variables de velocidad y avance en el torno, considere este ejemplo específico. Usted está torneando una pieza de trabajo de 1.500 pulg. de diámetro hecha de acero al carbono simple 1020. El primer corte es una operación de desbastado con una profundidad de corte de 0.16 pulg. Usted también sabe que la velocidad de husillo es 3311 rpm y que la velocidad de avancees 0.016 ipr. ¿Son éstas las variables adecuadas para su operación de torneado? El catálogo del fabricante es un recurso valioso para encontrar velocidades de corte y avances. Mediante la tabla que compara la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo, debe serle posible encontrar los avances listados en ipr y mm/rev. La tabla en particular de la figura 1 le indica que la velocidad de avance de 0.016 ipr es aceptable. Para su velocidad, usted conoce las rpm del husillo. Sin embargo, los catálogos de herramientas típicamente listan las velocidades en sfm y m/min. Si usted utiliza la fórmula que se muestra en la figura 2, puede convertir las rpm del husillo a sfm. Usted conoce el diámetro (1.5 pulg.) y rpm (3311) de la pieza de trabajo. Si multiplica el diámetro y las rpm y luego divide entre la constante 3.82, determina que la velocidad es aproximadamente 1300 sfm. Una rápida revisión al catálogo del fabricante le indica que esto se encuentra dentro del rango de velocidad recomendado para esta combinación de herramienta y material de pieza de trabajo.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra, los rangosadecuados para valores de velocidad y avance se proporcionan en sfm e ipr.

Figura 2. Muestra de cálculos para encontrar sfm y determinar velocidad de superficie.

La selección de velocidad y avance para la fresadora no es tan sencilla como lo es determinar las mismas variables en el torno. Para la fresadora, la velocidad siempre se mide en revoluciones por minuto (rpm). Esto es correcto para unidades tanto inglesas como métricas. Sin embargo, los fabricantes de herramienta de fresado proporcionan velocidades recomendadas en términos de piessuperficiales por minuto (sfm) y metros por minuto (m/min). La figura 1 compara dos herramientas con las mismas rpm, pero diferentes velocidades de superficie. Usted tiene que convertir estas velocidades en valores de rpm. Como puede usted ver en las figuras 2 y 3, las mismas fórmulas que se utilizan para convertir valores de velocidad para el torno aplican a las conversiones de velocidad en la fresadora. La diferencia clave es que usted trata con el diámetro de una herramienta en lugar del diámetro de unapieza de trabajo. Como usted utiliza típicamente herramientas de corte con diferentes diámetros, pueden requerirse de diferentes valores de rpm para herramientas que utilizan el mismo material deherramienta de corte. Como puede ver en la figura 4, si tiene un cortador con diámetro de 3.00 pulg. con una velocidad recomendada de 2200 sfm, la velocidad de husillo correcta es 2801.33 rpm. Ya sea que la herramienta se utilice para el torno o para la fresadora, los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tablas organizadas por combinaciones de material de herramientas y material de piezas de trabajo.

    

Figura 1. Dos fresadoras con diferentes diámetros girando a las mismas rpm tienen diferentes velocidades de superficie.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 4. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar la velocidad del husillo.

La selección del avance en la fresadora es más complejo que para el torno. La velocidad de avance programada en una fresadora de CNC es en pulgadas por minuto (ipm) o en milímetros por minuto (mm/min). Este valor determina la longitud que la herramienta recorre en un minuto. Sin embargo, los fabricantes de herramientas de corte típicamente proporcionan velocidades de avance como avance por diente (fpt), ya sea en pulgadas o milímetros. La figura 1 ilustra cómo se mide elavance por diente. A este valor también se le llama carga de viruta. El avance por diente permite a los fabricantes de herramientas recomendar velocidades de avance para un amplio rango de herramientas con diferentes diámetros o número de dientes de corte. Estevalor también determina el mejor grosor de viruta para asegurar que el calor sea alejado junto con la viruta y para mantener buen control de la viruta. Al determinar una velocidad de avance de fresadora para la máquina, usted debe convertir de avance por diente a avance por revolución (fpr), ya sea en pulgadas o milímetros. El avance por revolución se incrementa con el número de dientes en la cortadora. Entre más dientes tenga la cortadora, más rápido se incrementa la avance por revolución. Finalmente, usted debe convertir el valor fpr a ipm o a mm/min para determinar la velocidad final de avance que usted selecciona en la máquina. Las fórmulas que se muestran en las figuras 2 y 3 le ayudan a convertir rápidamente de fpt a ipm oa mm/min. Para determinar la velocidad de avance, usted debe conocer el avance por diente (fpt), elnúmero de dientes de la cortadora (T) y la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Multiplicando estas variables, puede determinar la velocidad de avance en ipm o en mm/min, dependiendo de si está trabajando con unidades inglesas o métricas.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el grosor de la viruta removida por una pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Para comprender cómo trabajan las velocidades y los avances en la fresadora, considere este problema de muestra. Piense que está refrentando una pieza cuadrada de aluminio de 4.000 pulg. Se le indica que la fresa de refrentado recomendada es una cortadora de 6.300 pulg. de diámetro con 8 dientes de corte. De acuerdo con la tabla del fabricante de muestra que se presenta en la figura 1, una buena velocidad de arranque es 1500 sfm, con una velocidad de avance de 0.010 ipt. ¿Cómo determina la velocidad y la avance correctas para programar en una fresadora de CNC? Para determinar la velocidad programada, debe convertir sfm a rpm. Usted sabe que la velocidad recomendada es 1500 sfm y el diámetro de la cortadora es 6.300 pulgadas. Colocando estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 2, usted determina que la velocidad de husillo es aproximadamente 909.52 rpm. Ahora que conoce las rpm, puede convertir el avance por diente al avance programable en pulgadas por minuto. El catálogo del fabricante recomienda 0.010 fpt como un buen punto de arranque. Usted también sabe que la herramienta de corte tiene 8 dientes y que la velocidad es 909.52 rpm. Si coloca estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 3, determina que el avance programable es 72.76 ipm. Tanto el valor de velocidad de 909.52 rpm y el valor de avance de 72.76 ipm aparecen como números programados que se utilizan en el programa de pieza real.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra se proporcionan rangos adecuados para velocidady avance en sfm e ipt.

Figura 2. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar velocidad de husillo.

Figura 3. Cálculos de muestra para encontrar ipm y determinar avance.

Los catálogos de fabricantes meramente le proporcionan un rango práctico de variables de velocidad y avance. Sin embargo, recuerde que numerosos factores afectan toda operación de maquinado específica. Es imposible saber con completa certeza la mejor variable de velocidad y avance desde el principio. Un adecuado maquinado implica un cuidadoso monitoreo de las operaciones de maquinado. Como puede usted ver en la figura 1, usted típicamente ajusta estas variables a través de la corrida de producción para maximizar la combinación de desgaste de la herramienta, tiempo de ciclo y acabado superficial. Si el desgaste de la herramienta es demasiado, asegúrese de inspeccionar su herramental. ¿Sus herramientas de corte están operando de manera concéntrica o están descentradas? ¿Sus brocas están desviándose y dejando agujeros ovalados? ¿La longitud de la herramienta es demasiada y lleva a vibración? Un examen del herramental puede detectar una fuente que lleva a una vida deficiente de la herramienta. La figura 2 resume sólo unos cuantos de los posibles problemas de maquinado y sus causas posibles. Recuerde que la velocidad tiene un gran impacto en el desgaste de la herramienta. Si la herramienta de corte se desgasta a una tasa excesiva, una consideración razonable es reducir la velocidad de corte. Algunas fuentes de referencia proporcionan rangos adecuados de velocidad que definen puntos de arranque razonables, con otros rangos de velocidad para optimizar un proceso de corte. Al igual que la velocidad, las fuentes de referencia recomiendan velocidades de avance como un rango adecuado. Para muchas operaciones, lo mejor es primero maximizar la velocidad de avance y luego ajustar la velocidad. Para operaciones de fresado, raras veces debe usted tener un avance por diente menor que 0.003 pulg. (.075 mm) o que exceda 0.012 pulg. (0.3 mm). Las velocidades de avance demasiado elevadas pueden llevar a una presión excesiva de la herramienta y a socavadoo a un corte en exceso.

    

Figura 1. Puede ser que los valores de velocidad y avance tengan que ser ajustados durante una corrida de producción para mejorar la vida de la herramienta o el acabado superficial.

Figura 2. Los operadores experimentados aprenden cómo ajustar velocidades y avances si observan problemas durante el maquinado.

La selección adecuada de velocidad y avance es necesaria para maximizar la vida de la herramienta, la productividad y el acabado superficial. Múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Sin embargo, estas variables son determinadas ante todo por la operación específica y por la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo. Mientras que las máquinas manuales, como el torno paralelo y la fresadora de columna y codo requieren de un sentido de "instinto" del operador, las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y avance específicos programados. En el torno, la velocidad se mide ya sea en revoluciones por minuto (rpm) o en pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Si rpmpermanece constante, sfm o m/min disminuyen conforme la herramienta se acerca a la línea central.Sin embargo, la velocidad constante de superficie (CSS) ajusta las rpm del husillo para mantener una velocidad constante de superficie. Si la pieza de trabajo está girando, el avance se mide ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev). Sin embargo, si la herramienta está girando, el avance se mide en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). En la fresadora, la velocidad una vez más se mide en rpm o ya sea en sfm o m/min. Sin embargo, lavelocidad determina la rotación de la herramienta de corte y no la pieza de trabajo. Los avances de la fresadora difieren del torno por que típicamente se miden en avance por diente. Este valor debe convertirse a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min) para programar el avance correcto en una fresadora de CNC.

    

Figura 1. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 2. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas inglesas para fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 4. Fórmulas métricas para fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Term Definition

Avance (feed) Tasa a la que la pieza de trabajo o la herramienta de corte cambian en posición durante la longitud del corte. El avance típicamente define un movimiento lineal o de contorno.

Avance Por Diente (feed per tooth) Grosor del material de viruta que cada filo de corte de la herramienta remueve con una pasada.

Avance Por Revolución (feed per revolution) Distancia lineal que una herramienta avanza durante una rotación de la pieza de trabajo o herramienta de corte. En la fresadora, el avance por revolución (fpr) puede utilizarse para convertir de avance por diente (fpt) ya sea a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min).

Carga De Viruta (chip load) Otro término para avance por diente que se refiere al grosor del material de viruta removido por el filo de corte de una herramienta.

Desbastado (roughing) Pasada de corte que enfatiza altos índices de remoción de material con el posible sacrificio del acabado superficial o de la exactitud.

Dureza (hardness) Capacidad de un material para resistir rayado, indentación o penetración. Los materiales de pieza de trabajo con dureza aumentada generan más calor y son más difíciles de maquinar.

Fresadora De Columna Y Codo (column-and-knee-mill) El tipo de fresadora original y más básico que se utiliza para maquinar piezas de trabajo planas o rectangulares.

Herramientas Motorizadas (live tooling) Herramientas de corte impulsadas mecánicamente, como fresas universales de espiga y taladros, contenidas en la torreta del torno. Las herramientas motorizadas pueden realizar operaciones de maquinado fuera de la línea central de la pieza mientras se sostenga la pieza de trabajo estacionaria en el husillo.

Máquina De CNC (CNC machine) Sofisticada máquina herramienta operada por una computadora que puede realizar múltiples operaciones de maquinado en la misma preparación inicial con una variedad de herramientas. Las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y velocidad de avance programados.

Metros Superficiales Por Minuto (surface meters per minute) Distancia en metros que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorre en un minuto. Metros superficiales por minuto (smm) es una medición métrica para la velocidad.

Milímetros Por Minuto (millimeters per minute) Distancia en milímetros que la herramienta o pieza de trabajo completa avanza en un minuto. Milímetros por minuto (mm/min) es una medición métrica para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Milímetros Por Revolución (millimeters per revolution) Distancia en milímetros que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Milímetros por revolución (mm/rev) es una medición métrica para la avance en el torno.

Pi (pi) Valor constante especial que relaciona el diámetro de un círculo a su circunferencia. Pi, aproximadamente 3.14, se usa para determinar la circunferencia y área de un círculo.

Pies Superficiales Por Minuto (surface feet per minute) Distancia en pies que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorren en un minuto. Pies superficiales por minuto (sfm) es una medición inglesa para la velocidad.

Potencia (horsepower) Unidad de energía que se usa para describir la fuerza de una máquina. Una máquina con potencias aumentadas tiene un husillo que puede ejercer una mayor cantidad de fuerza.

Profundidad De Corte (depth of cut) Espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte.

Programa De Pieza (part program) Serie de instrucciones numéricas usadas por una máquina de CNC para realizar la secuencia de operaciones necesaria para maquinar una pieza de trabajo específica. 

Pulgadas Por Minuto (inches per minute) Distancia en pulgadas que la herramienta o pieza de trabajo completa avanzan en un minuto. Pulgadas por minuto (ipm) es una medida inglesa para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Pulgadas Por Revolución (inches per revolution) Distancia en pulgadas que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Pulgadas por revolución (ipr) es una medida inglesa para el avance del torno.

Revoluciones Por Minuto (revolutions per minute) Número de revoluciones que un husillo o herramienta de corte completan en un minuto. Las revoluciones por minuto (rpm) es una medición de velocidad en los sistemas inglés y métrico.

Torno Paralelo (engine lathe) El tipo original y más básico de torno manual que se utiliza para producir piezas de trabajo cilíndricas.

Velocidad (speed) Tasa a la cual la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de corte pasan una a otra en el punto de contacto. La velocidad típicamente define un movimiento giratorio.

Velocidad Constante De Superficie (constant surface speed) Modo de un torno de CNC que ajusta las rpm del husillo conforme la herramienta se recorre hacia el eje del husillo y cuando se aleja de éste.

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Class Outline Objetivos Importancia de la velocidad y el avance Factores que determinan la velocidad y el avance Fuentes de referencia para velocidad y avance Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC Selección de la velocidad para el torno Velocidad constante de superficie Selección del avance para el torno Ejemplo con el torno Selección de la velocidad para la fresadora Selección del avance para la fresadora Ejemplo con la fresadora Optimización de velocidades y avances Resumen

 

Lesson: 1/14 Objetivos

 

Lesson: 2/14 Importancia de la velocidad y el avance

 

Lesson: 3/14 Factores que determinan la velocidad y el avance

 

Lesson: 4/14 Fuentes de referencia para velocidad y avance

 

Lesson: 5/14 Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC

 

Lesson: 6/14 Selección de la velocidad para el torno

 

Lesson: 7/14 Velocidad constante de superficie

 

Lesson: 8/14 Selección del avance para el torno

 

Lesson: 9/14 Ejemplo con el torno

 

Lesson: 10/14 Selección de la velocidad para la fresadora

 

Lesson: 11/14 Selección del avance para la fresadora

 

Lesson: 12/14 Ejemplo con la fresadora

 

Lesson: 13/14 Optimización de velocidades y avances

 

Lesson: 14/14 Resumen

 

Class Vocabulary

Selección de velocidad y avance 300

l Describa las relaciones entre velocidad de corte, dureza de pieza de trabajo y calor.

l Liste las variables que afectan la selección de velocidad y avance. l Describa las fuentes de información adecuadas para seleccionar velocidades y avances. l Distinga entre la selección de velocidad y avance para máquinas manuales y máquinas de CNC. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar la velocidad en el torno.

l Describa la relación entre velocidad constante de superficie y rpm. l Distinga las diversas unidades que se utilizan para determinar el avance en el torno.

l Determine el valor correcto de velocidad en el torno usando la fórmula apropiada. l Determine el valor correcto de velocidad en la fresadora usando la fórmula apropiada. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar el avance en la fresadora.

l Determine el valor correcto de avance en la fresadora usando la fórmula adecuada. l Identifique factores comunes que necesitan ajustes a los valores de velocidad y avance.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el espesor de la viruta removida poruna pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Toda operación de maquinado requiere de la selección de velocidad y avance adecuados para asegurar la mejor productividad, vida útil de la herramienta y calidad de la pieza. Las operaciones decorte generan una cantidad significativa de calor. En cada material de herramienta de corte, el exceso de calor lleva a un desgaste excesivo de herramienta, lo cual se muestra en la figura 1. Conforme se incrementa la velocidad de corte, el calor también se incrementa. Cada tipo de materialde herramienta de corte tiene su rango de calor propio y adecuado que puede soportar y aún desempeñarse efectivamente. Además de las diferencias en el material de herramienta, cada materialde pieza de trabajo ofrece su propia dureza. La figura 2 compara los valores de dureza para materiales de pieza de trabajo comunes. Un incremento en la dureza de la pieza de trabajo lleva a un incremento de calor para la herramienta de corte. Al seleccionar velocidad y avance para una operación de corte específica, usted debe considerar tanto la pieza de trabajo como el material de laherramienta. Esta clase le enseñará cómo seleccionar la velocidad y avance apropiados para las operaciones básicas de torneado y refrentado. También aprenderá cómo convertir las unidades de fuentes de referencia que seleccione a variables de velocidad y avance que pueda utilizar en la máquina.     

Figura 1. Las velocidades y los avances adecuados ayudan a controlar el desgaste de la herramienta, el cual se muestra en esta vista amplificada del filo de corte.

Figura 2. Los diversos materiales de pieza de trabajo ofrecen diferentes valores de dureza que afectan las velocidades y avances.

Como puede ver en la figura 1, múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Algunas variables son menos obvias que otras. Por ejemplo, toda operación de maquinado es afectada por:

l El tipo de material de la pieza de trabajo. Los materiales más duros son más difíciles de maquinar y típicamente requieren de velocidades y avances más conservadores.

l El tipo de material de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros pueden soportar incremento en desgaste más elevado y temperaturas elevadas.

l El acabado superficial requerido. Los acabados superficiales mejorados requieren de

velocidades más rápidas y avances menos agresivos. l El tipo de geometría de herramienta. Diferentes ángulos de inclinación y ángulos de posición 

proporcionan un intercambio entre resistencia del filo para avances aumentados y fuerzas de corte reducidas.

l El tipo de máquina herramienta. La máquina manual y la máquina de CNC proporcionan

potencia, rigidez y velocidades de husillo significativamente diferentes.

l El tipo de preparación para sujeción del trabajo. La rigidez y fuerza de sujeción mejoradas de un dispositivo de sujeción de trabajo permite velocidades de corte y avances más rápidos.

Dependiendo de la situación, puede ser que no le sea posible cambiar algunas de estas variables. Puede ser que usted solamente tenga una máquina herramienta disponible que proporcione menos rigidez o potencia. Puede que no haya tiempo o recursos para desarrollar una sujeción de trabajo hecha a la medida para una corrida pequeña de producción. Ya sea que pueda o no controlar estas variables, usted debe tomar en consideración su impacto en el maquinado al determinar sus velocidades y avances.

    

Figura 1. Múltiples factores determinan la selección de velocidad y avance adecuados.

Aunque cada operación de maquinado se ve afectada por una amplia gama de variables, lo primordial de la selección de velocidad y avance se encuentra el tipo específico de operación de maquinado y la combinación de pieza de trabajo y material de herramienta. De hecho, las fuentes de referencia proporcionan tablas organizadas con esta información. Por ejemplo, la figura 1 muestra una tabla listando velocidades y avances para tornear una pieza de trabajo de acero de bajo carbono con un grado específico de insertos de carburo. Para operaciones de rutina, las tablas de maquinado y los materiales de referencia le proporcionan un punto de partida razonable para seleccionar velocidades y avances. La mayoría de los talleres deben contar con un manual general que contenga esta información. Sin embargo, la fuente de referencia preferente es el catálogo del fabricante específico de herramientas de corte. Como puede ver en la figura 2, numerosos fabricantes ofrecen catálogos sobre sus herramientas específicas. En términos generales, usted ha de encontrar que los materiales de pieza de trabajo más duros y difíciles exigen velocidades iniciales de husillo más lentas. Los materiales de referencia simplemente le proporcionan un rango o punto de partida aceptable para las velocidades y los avances. Estas variables deben entonces ajustarse y optimizarse conforme usted continúa con la corrida de producción.

    

Figura 1. Tabla artificial para un material de pieza de trabajo específico que organiza velocidades y avances de acuerdo con el material de herramienta y tipo de corte.

Figura 2. El catálogo del fabricante de herramientas específico es la mejor referencia a utilizar para la selección de velocidad y avance.

Los enfoques tradicionales de maquinado se basan en máquinas manuales tales como el torno paralelo básico y la fresadora de columna y codo, las cuales se muestran en las figuras 1 y 2. Muchas compañías todavía usan estas máquinas en sus cuartos de herramientas para corridas cortas de producción y para trabajos sobre medida. Para máquinas manuales, la velocidad o el avance correcto implica más "arte" que "ciencia". Los operadores de máquinas se basan en su experiencia e instinto en la operación para juzgar correctamente la velocidad de husillo y el avance de herramienta. Las compañías modernas dependen cada vez más de máquinas de CNC. La figura 3 muestra un torno CNC. Las máquinas de CNC ofrecen mayor potencia, velocidades de husillo más rápidas y mayor rigidez. A diferencia de las máquinas manuales, las máquinas de CNC proporcionan un espacio cerrado que contiene las virutas y fluido de corte. En consecuencia, las velocidades y los avances de una máquina de CNC son mucho mayores que las que usted puede ver en una máquina manual. Debido a que un programa de pieza ejecuta todas las operaciones de maquinado de una máquina de CNC, usted debe programar o seleccionar un valor específico de avance y velocidad. Usted no puede actuar por "instinto" o depender de sus sentidos por que de esta manera queda fuera del proceso. Debido a que los avances de herramientas son automatizados, una variable de velocidad oavance incorrecta puede dañar la pieza de trabajo o la máquina herramienta o inclusive lesionar al operador. Las máquinas de CNC requieren de una sólida comprensión de la selección adecuada de velocidad y avance.

    

Figura 1. Esta fresadora de columna y codo manual tiene un espacio de trabajo abierto.

Figura 2. Un operador puede usar un "sentido de instinto" para operar un torno paralelo manual.

Figura 3. La mayoría de las máquinas de CNC tiene un espacio cerrado y ofrece mayor potencia que las máquinas manuales.

En un torno, la velocidad determina lo rápido que la pieza de trabajo gira en el husillo. Existen dos maneras de medir la velocidad: revoluciones por minuto (rpm) o pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Aunque ambas variables describen la razón de la rotación del husillo, cada tipo de variable de velocidad se basa en diferentes factores. Revoluciones por minuto es una medición directa de cuántas veces gira el husillo en un minuto. No está afectado por el diámetro de la pieza de trabajo opor la ubicación de la herramienta. Pies superficiales por minuto miden lo rápido que la pieza de trabajo pasa bajo la herramienta en el filo de corte. Como puede ver en la figura 1, esta velocidad depende del tamaño de la pieza de trabajo y de la ubicación de la herramienta. Si rpm permanece igual, los pies superficiales por minuto disminuyen conforme el tamaño de la pieza de trabajo tamaño disminuye. Una pieza de trabajo de diámetro menor "viaja" menos pies superficiales que una pieza de trabajo de diámetro mayor. Una fórmula sencilla le ayuda a convertir rpm a sfm. Debe conocer dos valores: rpm y diámetro de la pieza de trabajo en pulgadas. Como puede usted ver en la figura 2, para encontrar sfm, usted multiplica el diámetro por el valor rpm y luego divide la constante 3.82. La constante 3.82 representa 12 pulgadas divididas entre pi y ayuda a convertir de pulgadas a pies. Para unidades métricas, se utiliza una fórmula similar para convertir rpm a m/min. La figura 3 muestra los equivalentes métricos para conversiones de velocidad en el torno. En unidades métricas, la constante es 318.3, lo cual representa 1000 mm divididos entre pi.

    

Figura 1. Si rpm permanece igual, sfm (o m/min) disminuye conforme el diámetro disminuye y la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

El tipo de operación de corte que se realiza en el torno determina el tipo de variable de velocidad que debe conocer. Las operaciones como torneado, refrentado y mandrinado se programan en sfm (m/min) porque la herramienta se puede mover hacia la línea central y alejarse de ella. Las operaciones como taladrado y roscado requieren de velocidades a rpm constantes porque la herramienta se posiciona ya sea en el línea central del eje o permanece a igual distancia del eje. En un torno manual, la velocidad de husillo permanece relativamente constante. Sin embargo, los tornos de CNC son capaces de ajustar la velocidad de husillo durante la operación. Si la velocidad seprograma en sfm, la rotación del husillo se incrementa conforme la herramienta se acerca a la línea central. A esta función se le llama velocidad constante de superficie (CSS por sus siglas en inglés) y mantiene una constante de pies superficiales por minuto durante el corte. Las figuras 1 y 2 comparan valores de velocidad sin CSS y con CSS. Si se está ejecutando taladrado o roscado, el programa requiere de un valor de rpm constante sin CSS. Los códigos especiales del programa indican al torno de CNC qué valor de velocidad se está ejecutando. Las tablas de referencia proporcionadas por los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan velocidades en sfm y smm. Usted puede utilizar este valor de manera directa de las tablas de referencia para operaciones de torneado de rutina. Por medio de la fórmula para convertir de sfm o m/min a rpm, puede determinar la razón de rotación del husillo en rpm paraun diámetro de pieza de trabajo dado.

    

Figura 1. Si no se utiliza CSS, rpm permanece constante y sfm disminuye conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Si se utiliza CSS, sfm permanece constante y las rpm del husillo se incrementan conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Al igual que los valores de velocidad, la selección del avance para el torno es relativamente sencilla. La mayoría de las velocidades de avance se dan en pulgadas por revolución (ipr) o milímetros por revolución (mm/rev). Este valor representa hasta dónde recorre la herramienta con cada rotación completa del husillo. En términos generales, si la pieza de trabajo está girando, la velocidad de avance se mide en ipr (mm/min). Este es el caso de la operación de taladrado que se muestra en la figura 1. Si lo que estágirando es la herramienta, el avance se mide ya sea en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). Éste es el caso si usted está taladrando o fresando con herramientas motorizadas en el torno. Los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan un rango de velocidades de avance recomendadas en ipr y mm/rev para combinaciones específicas de herramientas y pieza de trabajo. Introducir este valor es muy sencillo y no requiere de conversiones. Para la mayoría de las aplicaciones, usted debe primero seleccionar la profundidad de corte más pesada posible. Después de seleccionar la profundidad del corte, la velocidad de avance preferente es tan fuerte como sea posible. Las velocidades de avance más elevadas tienen un efecto menor en el desgaste de la herramienta que las velocidades más elevadas. Sin embargo, en algún punto, una velocidad deavance demasiado fuerte estanca la máquina herramienta.

    

Figura 1. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa, ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Para comprender las variables de velocidad y avance en el torno, considere este ejemplo específico. Usted está torneando una pieza de trabajo de 1.500 pulg. de diámetro hecha de acero al carbono simple 1020. El primer corte es una operación de desbastado con una profundidad de corte de 0.16 pulg. Usted también sabe que la velocidad de husillo es 3311 rpm y que la velocidad de avancees 0.016 ipr. ¿Son éstas las variables adecuadas para su operación de torneado? El catálogo del fabricante es un recurso valioso para encontrar velocidades de corte y avances. Mediante la tabla que compara la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo, debe serle posible encontrar los avances listados en ipr y mm/rev. La tabla en particular de la figura 1 le indica que la velocidad de avance de 0.016 ipr es aceptable. Para su velocidad, usted conoce las rpm del husillo. Sin embargo, los catálogos de herramientas típicamente listan las velocidades en sfm y m/min. Si usted utiliza la fórmula que se muestra en la figura 2, puede convertir las rpm del husillo a sfm. Usted conoce el diámetro (1.5 pulg.) y rpm (3311) de la pieza de trabajo. Si multiplica el diámetro y las rpm y luego divide entre la constante 3.82, determina que la velocidad es aproximadamente 1300 sfm. Una rápida revisión al catálogo del fabricante le indica que esto se encuentra dentro del rango de velocidad recomendado para esta combinación de herramienta y material de pieza de trabajo.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra, los rangosadecuados para valores de velocidad y avance se proporcionan en sfm e ipr.

Figura 2. Muestra de cálculos para encontrar sfm y determinar velocidad de superficie.

La selección de velocidad y avance para la fresadora no es tan sencilla como lo es determinar las mismas variables en el torno. Para la fresadora, la velocidad siempre se mide en revoluciones por minuto (rpm). Esto es correcto para unidades tanto inglesas como métricas. Sin embargo, los fabricantes de herramienta de fresado proporcionan velocidades recomendadas en términos de piessuperficiales por minuto (sfm) y metros por minuto (m/min). La figura 1 compara dos herramientas con las mismas rpm, pero diferentes velocidades de superficie. Usted tiene que convertir estas velocidades en valores de rpm. Como puede usted ver en las figuras 2 y 3, las mismas fórmulas que se utilizan para convertir valores de velocidad para el torno aplican a las conversiones de velocidad en la fresadora. La diferencia clave es que usted trata con el diámetro de una herramienta en lugar del diámetro de unapieza de trabajo. Como usted utiliza típicamente herramientas de corte con diferentes diámetros, pueden requerirse de diferentes valores de rpm para herramientas que utilizan el mismo material deherramienta de corte. Como puede ver en la figura 4, si tiene un cortador con diámetro de 3.00 pulg. con una velocidad recomendada de 2200 sfm, la velocidad de husillo correcta es 2801.33 rpm. Ya sea que la herramienta se utilice para el torno o para la fresadora, los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tablas organizadas por combinaciones de material de herramientas y material de piezas de trabajo.

    

Figura 1. Dos fresadoras con diferentes diámetros girando a las mismas rpm tienen diferentes velocidades de superficie.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 4. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar la velocidad del husillo.

La selección del avance en la fresadora es más complejo que para el torno. La velocidad de avance programada en una fresadora de CNC es en pulgadas por minuto (ipm) o en milímetros por minuto (mm/min). Este valor determina la longitud que la herramienta recorre en un minuto. Sin embargo, los fabricantes de herramientas de corte típicamente proporcionan velocidades de avance como avance por diente (fpt), ya sea en pulgadas o milímetros. La figura 1 ilustra cómo se mide elavance por diente. A este valor también se le llama carga de viruta. El avance por diente permite a los fabricantes de herramientas recomendar velocidades de avance para un amplio rango de herramientas con diferentes diámetros o número de dientes de corte. Estevalor también determina el mejor grosor de viruta para asegurar que el calor sea alejado junto con la viruta y para mantener buen control de la viruta. Al determinar una velocidad de avance de fresadora para la máquina, usted debe convertir de avance por diente a avance por revolución (fpr), ya sea en pulgadas o milímetros. El avance por revolución se incrementa con el número de dientes en la cortadora. Entre más dientes tenga la cortadora, más rápido se incrementa la avance por revolución. Finalmente, usted debe convertir el valor fpr a ipm o a mm/min para determinar la velocidad final de avance que usted selecciona en la máquina. Las fórmulas que se muestran en las figuras 2 y 3 le ayudan a convertir rápidamente de fpt a ipm oa mm/min. Para determinar la velocidad de avance, usted debe conocer el avance por diente (fpt), elnúmero de dientes de la cortadora (T) y la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Multiplicando estas variables, puede determinar la velocidad de avance en ipm o en mm/min, dependiendo de si está trabajando con unidades inglesas o métricas.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el grosor de la viruta removida por una pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Para comprender cómo trabajan las velocidades y los avances en la fresadora, considere este problema de muestra. Piense que está refrentando una pieza cuadrada de aluminio de 4.000 pulg. Se le indica que la fresa de refrentado recomendada es una cortadora de 6.300 pulg. de diámetro con 8 dientes de corte. De acuerdo con la tabla del fabricante de muestra que se presenta en la figura 1, una buena velocidad de arranque es 1500 sfm, con una velocidad de avance de 0.010 ipt. ¿Cómo determina la velocidad y la avance correctas para programar en una fresadora de CNC? Para determinar la velocidad programada, debe convertir sfm a rpm. Usted sabe que la velocidad recomendada es 1500 sfm y el diámetro de la cortadora es 6.300 pulgadas. Colocando estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 2, usted determina que la velocidad de husillo es aproximadamente 909.52 rpm. Ahora que conoce las rpm, puede convertir el avance por diente al avance programable en pulgadas por minuto. El catálogo del fabricante recomienda 0.010 fpt como un buen punto de arranque. Usted también sabe que la herramienta de corte tiene 8 dientes y que la velocidad es 909.52 rpm. Si coloca estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 3, determina que el avance programable es 72.76 ipm. Tanto el valor de velocidad de 909.52 rpm y el valor de avance de 72.76 ipm aparecen como números programados que se utilizan en el programa de pieza real.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra se proporcionan rangos adecuados para velocidady avance en sfm e ipt.

Figura 2. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar velocidad de husillo.

Figura 3. Cálculos de muestra para encontrar ipm y determinar avance.

Los catálogos de fabricantes meramente le proporcionan un rango práctico de variables de velocidad y avance. Sin embargo, recuerde que numerosos factores afectan toda operación de maquinado específica. Es imposible saber con completa certeza la mejor variable de velocidad y avance desde el principio. Un adecuado maquinado implica un cuidadoso monitoreo de las operaciones de maquinado. Como puede usted ver en la figura 1, usted típicamente ajusta estas variables a través de la corrida de producción para maximizar la combinación de desgaste de la herramienta, tiempo de ciclo y acabado superficial. Si el desgaste de la herramienta es demasiado, asegúrese de inspeccionar su herramental. ¿Sus herramientas de corte están operando de manera concéntrica o están descentradas? ¿Sus brocas están desviándose y dejando agujeros ovalados? ¿La longitud de la herramienta es demasiada y lleva a vibración? Un examen del herramental puede detectar una fuente que lleva a una vida deficiente de la herramienta. La figura 2 resume sólo unos cuantos de los posibles problemas de maquinado y sus causas posibles. Recuerde que la velocidad tiene un gran impacto en el desgaste de la herramienta. Si la herramienta de corte se desgasta a una tasa excesiva, una consideración razonable es reducir la velocidad de corte. Algunas fuentes de referencia proporcionan rangos adecuados de velocidad que definen puntos de arranque razonables, con otros rangos de velocidad para optimizar un proceso de corte. Al igual que la velocidad, las fuentes de referencia recomiendan velocidades de avance como un rango adecuado. Para muchas operaciones, lo mejor es primero maximizar la velocidad de avance y luego ajustar la velocidad. Para operaciones de fresado, raras veces debe usted tener un avance por diente menor que 0.003 pulg. (.075 mm) o que exceda 0.012 pulg. (0.3 mm). Las velocidades de avance demasiado elevadas pueden llevar a una presión excesiva de la herramienta y a socavadoo a un corte en exceso.

    

Figura 1. Puede ser que los valores de velocidad y avance tengan que ser ajustados durante una corrida de producción para mejorar la vida de la herramienta o el acabado superficial.

Figura 2. Los operadores experimentados aprenden cómo ajustar velocidades y avances si observan problemas durante el maquinado.

La selección adecuada de velocidad y avance es necesaria para maximizar la vida de la herramienta, la productividad y el acabado superficial. Múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Sin embargo, estas variables son determinadas ante todo por la operación específica y por la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo. Mientras que las máquinas manuales, como el torno paralelo y la fresadora de columna y codo requieren de un sentido de "instinto" del operador, las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y avance específicos programados. En el torno, la velocidad se mide ya sea en revoluciones por minuto (rpm) o en pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Si rpmpermanece constante, sfm o m/min disminuyen conforme la herramienta se acerca a la línea central.Sin embargo, la velocidad constante de superficie (CSS) ajusta las rpm del husillo para mantener una velocidad constante de superficie. Si la pieza de trabajo está girando, el avance se mide ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev). Sin embargo, si la herramienta está girando, el avance se mide en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). En la fresadora, la velocidad una vez más se mide en rpm o ya sea en sfm o m/min. Sin embargo, lavelocidad determina la rotación de la herramienta de corte y no la pieza de trabajo. Los avances de la fresadora difieren del torno por que típicamente se miden en avance por diente. Este valor debe convertirse a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min) para programar el avance correcto en una fresadora de CNC.

    

Figura 1. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 2. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas inglesas para fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 4. Fórmulas métricas para fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Term Definition

Avance (feed) Tasa a la que la pieza de trabajo o la herramienta de corte cambian en posición durante la longitud del corte. El avance típicamente define un movimiento lineal o de contorno.

Avance Por Diente (feed per tooth) Grosor del material de viruta que cada filo de corte de la herramienta remueve con una pasada.

Avance Por Revolución (feed per revolution) Distancia lineal que una herramienta avanza durante una rotación de la pieza de trabajo o herramienta de corte. En la fresadora, el avance por revolución (fpr) puede utilizarse para convertir de avance por diente (fpt) ya sea a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min).

Carga De Viruta (chip load) Otro término para avance por diente que se refiere al grosor del material de viruta removido por el filo de corte de una herramienta.

Desbastado (roughing) Pasada de corte que enfatiza altos índices de remoción de material con el posible sacrificio del acabado superficial o de la exactitud.

Dureza (hardness) Capacidad de un material para resistir rayado, indentación o penetración. Los materiales de pieza de trabajo con dureza aumentada generan más calor y son más difíciles de maquinar.

Fresadora De Columna Y Codo (column-and-knee-mill) El tipo de fresadora original y más básico que se utiliza para maquinar piezas de trabajo planas o rectangulares.

Herramientas Motorizadas (live tooling) Herramientas de corte impulsadas mecánicamente, como fresas universales de espiga y taladros, contenidas en la torreta del torno. Las herramientas motorizadas pueden realizar operaciones de maquinado fuera de la línea central de la pieza mientras se sostenga la pieza de trabajo estacionaria en el husillo.

Máquina De CNC (CNC machine) Sofisticada máquina herramienta operada por una computadora que puede realizar múltiples operaciones de maquinado en la misma preparación inicial con una variedad de herramientas. Las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y velocidad de avance programados.

Metros Superficiales Por Minuto (surface meters per minute) Distancia en metros que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorre en un minuto. Metros superficiales por minuto (smm) es una medición métrica para la velocidad.

Milímetros Por Minuto (millimeters per minute) Distancia en milímetros que la herramienta o pieza de trabajo completa avanza en un minuto. Milímetros por minuto (mm/min) es una medición métrica para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Milímetros Por Revolución (millimeters per revolution) Distancia en milímetros que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Milímetros por revolución (mm/rev) es una medición métrica para la avance en el torno.

Pi (pi) Valor constante especial que relaciona el diámetro de un círculo a su circunferencia. Pi, aproximadamente 3.14, se usa para determinar la circunferencia y área de un círculo.

Pies Superficiales Por Minuto (surface feet per minute) Distancia en pies que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorren en un minuto. Pies superficiales por minuto (sfm) es una medición inglesa para la velocidad.

Potencia (horsepower) Unidad de energía que se usa para describir la fuerza de una máquina. Una máquina con potencias aumentadas tiene un husillo que puede ejercer una mayor cantidad de fuerza.

Profundidad De Corte (depth of cut) Espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte.

Programa De Pieza (part program) Serie de instrucciones numéricas usadas por una máquina de CNC para realizar la secuencia de operaciones necesaria para maquinar una pieza de trabajo específica. 

Pulgadas Por Minuto (inches per minute) Distancia en pulgadas que la herramienta o pieza de trabajo completa avanzan en un minuto. Pulgadas por minuto (ipm) es una medida inglesa para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Pulgadas Por Revolución (inches per revolution) Distancia en pulgadas que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Pulgadas por revolución (ipr) es una medida inglesa para el avance del torno.

Revoluciones Por Minuto (revolutions per minute) Número de revoluciones que un husillo o herramienta de corte completan en un minuto. Las revoluciones por minuto (rpm) es una medición de velocidad en los sistemas inglés y métrico.

Torno Paralelo (engine lathe) El tipo original y más básico de torno manual que se utiliza para producir piezas de trabajo cilíndricas.

Velocidad (speed) Tasa a la cual la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de corte pasan una a otra en el punto de contacto. La velocidad típicamente define un movimiento giratorio.

Velocidad Constante De Superficie (constant surface speed) Modo de un torno de CNC que ajusta las rpm del husillo conforme la herramienta se recorre hacia el eje del husillo y cuando se aleja de éste.

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Class Outline Objetivos Importancia de la velocidad y el avance Factores que determinan la velocidad y el avance Fuentes de referencia para velocidad y avance Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC Selección de la velocidad para el torno Velocidad constante de superficie Selección del avance para el torno Ejemplo con el torno Selección de la velocidad para la fresadora Selección del avance para la fresadora Ejemplo con la fresadora Optimización de velocidades y avances Resumen

 

Lesson: 1/14 Objetivos

 

Lesson: 2/14 Importancia de la velocidad y el avance

 

Lesson: 3/14 Factores que determinan la velocidad y el avance

 

Lesson: 4/14 Fuentes de referencia para velocidad y avance

 

Lesson: 5/14 Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC

 

Lesson: 6/14 Selección de la velocidad para el torno

 

Lesson: 7/14 Velocidad constante de superficie

 

Lesson: 8/14 Selección del avance para el torno

 

Lesson: 9/14 Ejemplo con el torno

 

Lesson: 10/14 Selección de la velocidad para la fresadora

 

Lesson: 11/14 Selección del avance para la fresadora

 

Lesson: 12/14 Ejemplo con la fresadora

 

Lesson: 13/14 Optimización de velocidades y avances

 

Lesson: 14/14 Resumen

 

Class Vocabulary

Selección de velocidad y avance 300

l Describa las relaciones entre velocidad de corte, dureza de pieza de trabajo y calor.

l Liste las variables que afectan la selección de velocidad y avance. l Describa las fuentes de información adecuadas para seleccionar velocidades y avances. l Distinga entre la selección de velocidad y avance para máquinas manuales y máquinas de CNC. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar la velocidad en el torno.

l Describa la relación entre velocidad constante de superficie y rpm. l Distinga las diversas unidades que se utilizan para determinar el avance en el torno.

l Determine el valor correcto de velocidad en el torno usando la fórmula apropiada. l Determine el valor correcto de velocidad en la fresadora usando la fórmula apropiada. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar el avance en la fresadora.

l Determine el valor correcto de avance en la fresadora usando la fórmula adecuada. l Identifique factores comunes que necesitan ajustes a los valores de velocidad y avance.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el espesor de la viruta removida poruna pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Toda operación de maquinado requiere de la selección de velocidad y avance adecuados para asegurar la mejor productividad, vida útil de la herramienta y calidad de la pieza. Las operaciones decorte generan una cantidad significativa de calor. En cada material de herramienta de corte, el exceso de calor lleva a un desgaste excesivo de herramienta, lo cual se muestra en la figura 1. Conforme se incrementa la velocidad de corte, el calor también se incrementa. Cada tipo de materialde herramienta de corte tiene su rango de calor propio y adecuado que puede soportar y aún desempeñarse efectivamente. Además de las diferencias en el material de herramienta, cada materialde pieza de trabajo ofrece su propia dureza. La figura 2 compara los valores de dureza para materiales de pieza de trabajo comunes. Un incremento en la dureza de la pieza de trabajo lleva a un incremento de calor para la herramienta de corte. Al seleccionar velocidad y avance para una operación de corte específica, usted debe considerar tanto la pieza de trabajo como el material de laherramienta. Esta clase le enseñará cómo seleccionar la velocidad y avance apropiados para las operaciones básicas de torneado y refrentado. También aprenderá cómo convertir las unidades de fuentes de referencia que seleccione a variables de velocidad y avance que pueda utilizar en la máquina.     

Figura 1. Las velocidades y los avances adecuados ayudan a controlar el desgaste de la herramienta, el cual se muestra en esta vista amplificada del filo de corte.

Figura 2. Los diversos materiales de pieza de trabajo ofrecen diferentes valores de dureza que afectan las velocidades y avances.

Como puede ver en la figura 1, múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Algunas variables son menos obvias que otras. Por ejemplo, toda operación de maquinado es afectada por:

l El tipo de material de la pieza de trabajo. Los materiales más duros son más difíciles de maquinar y típicamente requieren de velocidades y avances más conservadores.

l El tipo de material de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros pueden soportar incremento en desgaste más elevado y temperaturas elevadas.

l El acabado superficial requerido. Los acabados superficiales mejorados requieren de

velocidades más rápidas y avances menos agresivos. l El tipo de geometría de herramienta. Diferentes ángulos de inclinación y ángulos de posición 

proporcionan un intercambio entre resistencia del filo para avances aumentados y fuerzas de corte reducidas.

l El tipo de máquina herramienta. La máquina manual y la máquina de CNC proporcionan

potencia, rigidez y velocidades de husillo significativamente diferentes.

l El tipo de preparación para sujeción del trabajo. La rigidez y fuerza de sujeción mejoradas de un dispositivo de sujeción de trabajo permite velocidades de corte y avances más rápidos.

Dependiendo de la situación, puede ser que no le sea posible cambiar algunas de estas variables. Puede ser que usted solamente tenga una máquina herramienta disponible que proporcione menos rigidez o potencia. Puede que no haya tiempo o recursos para desarrollar una sujeción de trabajo hecha a la medida para una corrida pequeña de producción. Ya sea que pueda o no controlar estas variables, usted debe tomar en consideración su impacto en el maquinado al determinar sus velocidades y avances.

    

Figura 1. Múltiples factores determinan la selección de velocidad y avance adecuados.

Aunque cada operación de maquinado se ve afectada por una amplia gama de variables, lo primordial de la selección de velocidad y avance se encuentra el tipo específico de operación de maquinado y la combinación de pieza de trabajo y material de herramienta. De hecho, las fuentes de referencia proporcionan tablas organizadas con esta información. Por ejemplo, la figura 1 muestra una tabla listando velocidades y avances para tornear una pieza de trabajo de acero de bajo carbono con un grado específico de insertos de carburo. Para operaciones de rutina, las tablas de maquinado y los materiales de referencia le proporcionan un punto de partida razonable para seleccionar velocidades y avances. La mayoría de los talleres deben contar con un manual general que contenga esta información. Sin embargo, la fuente de referencia preferente es el catálogo del fabricante específico de herramientas de corte. Como puede ver en la figura 2, numerosos fabricantes ofrecen catálogos sobre sus herramientas específicas. En términos generales, usted ha de encontrar que los materiales de pieza de trabajo más duros y difíciles exigen velocidades iniciales de husillo más lentas. Los materiales de referencia simplemente le proporcionan un rango o punto de partida aceptable para las velocidades y los avances. Estas variables deben entonces ajustarse y optimizarse conforme usted continúa con la corrida de producción.

    

Figura 1. Tabla artificial para un material de pieza de trabajo específico que organiza velocidades y avances de acuerdo con el material de herramienta y tipo de corte.

Figura 2. El catálogo del fabricante de herramientas específico es la mejor referencia a utilizar para la selección de velocidad y avance.

Los enfoques tradicionales de maquinado se basan en máquinas manuales tales como el torno paralelo básico y la fresadora de columna y codo, las cuales se muestran en las figuras 1 y 2. Muchas compañías todavía usan estas máquinas en sus cuartos de herramientas para corridas cortas de producción y para trabajos sobre medida. Para máquinas manuales, la velocidad o el avance correcto implica más "arte" que "ciencia". Los operadores de máquinas se basan en su experiencia e instinto en la operación para juzgar correctamente la velocidad de husillo y el avance de herramienta. Las compañías modernas dependen cada vez más de máquinas de CNC. La figura 3 muestra un torno CNC. Las máquinas de CNC ofrecen mayor potencia, velocidades de husillo más rápidas y mayor rigidez. A diferencia de las máquinas manuales, las máquinas de CNC proporcionan un espacio cerrado que contiene las virutas y fluido de corte. En consecuencia, las velocidades y los avances de una máquina de CNC son mucho mayores que las que usted puede ver en una máquina manual. Debido a que un programa de pieza ejecuta todas las operaciones de maquinado de una máquina de CNC, usted debe programar o seleccionar un valor específico de avance y velocidad. Usted no puede actuar por "instinto" o depender de sus sentidos por que de esta manera queda fuera del proceso. Debido a que los avances de herramientas son automatizados, una variable de velocidad oavance incorrecta puede dañar la pieza de trabajo o la máquina herramienta o inclusive lesionar al operador. Las máquinas de CNC requieren de una sólida comprensión de la selección adecuada de velocidad y avance.

    

Figura 1. Esta fresadora de columna y codo manual tiene un espacio de trabajo abierto.

Figura 2. Un operador puede usar un "sentido de instinto" para operar un torno paralelo manual.

Figura 3. La mayoría de las máquinas de CNC tiene un espacio cerrado y ofrece mayor potencia que las máquinas manuales.

En un torno, la velocidad determina lo rápido que la pieza de trabajo gira en el husillo. Existen dos maneras de medir la velocidad: revoluciones por minuto (rpm) o pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Aunque ambas variables describen la razón de la rotación del husillo, cada tipo de variable de velocidad se basa en diferentes factores. Revoluciones por minuto es una medición directa de cuántas veces gira el husillo en un minuto. No está afectado por el diámetro de la pieza de trabajo opor la ubicación de la herramienta. Pies superficiales por minuto miden lo rápido que la pieza de trabajo pasa bajo la herramienta en el filo de corte. Como puede ver en la figura 1, esta velocidad depende del tamaño de la pieza de trabajo y de la ubicación de la herramienta. Si rpm permanece igual, los pies superficiales por minuto disminuyen conforme el tamaño de la pieza de trabajo tamaño disminuye. Una pieza de trabajo de diámetro menor "viaja" menos pies superficiales que una pieza de trabajo de diámetro mayor. Una fórmula sencilla le ayuda a convertir rpm a sfm. Debe conocer dos valores: rpm y diámetro de la pieza de trabajo en pulgadas. Como puede usted ver en la figura 2, para encontrar sfm, usted multiplica el diámetro por el valor rpm y luego divide la constante 3.82. La constante 3.82 representa 12 pulgadas divididas entre pi y ayuda a convertir de pulgadas a pies. Para unidades métricas, se utiliza una fórmula similar para convertir rpm a m/min. La figura 3 muestra los equivalentes métricos para conversiones de velocidad en el torno. En unidades métricas, la constante es 318.3, lo cual representa 1000 mm divididos entre pi.

    

Figura 1. Si rpm permanece igual, sfm (o m/min) disminuye conforme el diámetro disminuye y la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

El tipo de operación de corte que se realiza en el torno determina el tipo de variable de velocidad que debe conocer. Las operaciones como torneado, refrentado y mandrinado se programan en sfm (m/min) porque la herramienta se puede mover hacia la línea central y alejarse de ella. Las operaciones como taladrado y roscado requieren de velocidades a rpm constantes porque la herramienta se posiciona ya sea en el línea central del eje o permanece a igual distancia del eje. En un torno manual, la velocidad de husillo permanece relativamente constante. Sin embargo, los tornos de CNC son capaces de ajustar la velocidad de husillo durante la operación. Si la velocidad seprograma en sfm, la rotación del husillo se incrementa conforme la herramienta se acerca a la línea central. A esta función se le llama velocidad constante de superficie (CSS por sus siglas en inglés) y mantiene una constante de pies superficiales por minuto durante el corte. Las figuras 1 y 2 comparan valores de velocidad sin CSS y con CSS. Si se está ejecutando taladrado o roscado, el programa requiere de un valor de rpm constante sin CSS. Los códigos especiales del programa indican al torno de CNC qué valor de velocidad se está ejecutando. Las tablas de referencia proporcionadas por los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan velocidades en sfm y smm. Usted puede utilizar este valor de manera directa de las tablas de referencia para operaciones de torneado de rutina. Por medio de la fórmula para convertir de sfm o m/min a rpm, puede determinar la razón de rotación del husillo en rpm paraun diámetro de pieza de trabajo dado.

    

Figura 1. Si no se utiliza CSS, rpm permanece constante y sfm disminuye conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Si se utiliza CSS, sfm permanece constante y las rpm del husillo se incrementan conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Al igual que los valores de velocidad, la selección del avance para el torno es relativamente sencilla. La mayoría de las velocidades de avance se dan en pulgadas por revolución (ipr) o milímetros por revolución (mm/rev). Este valor representa hasta dónde recorre la herramienta con cada rotación completa del husillo. En términos generales, si la pieza de trabajo está girando, la velocidad de avance se mide en ipr (mm/min). Este es el caso de la operación de taladrado que se muestra en la figura 1. Si lo que estágirando es la herramienta, el avance se mide ya sea en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). Éste es el caso si usted está taladrando o fresando con herramientas motorizadas en el torno. Los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan un rango de velocidades de avance recomendadas en ipr y mm/rev para combinaciones específicas de herramientas y pieza de trabajo. Introducir este valor es muy sencillo y no requiere de conversiones. Para la mayoría de las aplicaciones, usted debe primero seleccionar la profundidad de corte más pesada posible. Después de seleccionar la profundidad del corte, la velocidad de avance preferente es tan fuerte como sea posible. Las velocidades de avance más elevadas tienen un efecto menor en el desgaste de la herramienta que las velocidades más elevadas. Sin embargo, en algún punto, una velocidad deavance demasiado fuerte estanca la máquina herramienta.

    

Figura 1. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa, ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Para comprender las variables de velocidad y avance en el torno, considere este ejemplo específico. Usted está torneando una pieza de trabajo de 1.500 pulg. de diámetro hecha de acero al carbono simple 1020. El primer corte es una operación de desbastado con una profundidad de corte de 0.16 pulg. Usted también sabe que la velocidad de husillo es 3311 rpm y que la velocidad de avancees 0.016 ipr. ¿Son éstas las variables adecuadas para su operación de torneado? El catálogo del fabricante es un recurso valioso para encontrar velocidades de corte y avances. Mediante la tabla que compara la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo, debe serle posible encontrar los avances listados en ipr y mm/rev. La tabla en particular de la figura 1 le indica que la velocidad de avance de 0.016 ipr es aceptable. Para su velocidad, usted conoce las rpm del husillo. Sin embargo, los catálogos de herramientas típicamente listan las velocidades en sfm y m/min. Si usted utiliza la fórmula que se muestra en la figura 2, puede convertir las rpm del husillo a sfm. Usted conoce el diámetro (1.5 pulg.) y rpm (3311) de la pieza de trabajo. Si multiplica el diámetro y las rpm y luego divide entre la constante 3.82, determina que la velocidad es aproximadamente 1300 sfm. Una rápida revisión al catálogo del fabricante le indica que esto se encuentra dentro del rango de velocidad recomendado para esta combinación de herramienta y material de pieza de trabajo.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra, los rangosadecuados para valores de velocidad y avance se proporcionan en sfm e ipr.

Figura 2. Muestra de cálculos para encontrar sfm y determinar velocidad de superficie.

La selección de velocidad y avance para la fresadora no es tan sencilla como lo es determinar las mismas variables en el torno. Para la fresadora, la velocidad siempre se mide en revoluciones por minuto (rpm). Esto es correcto para unidades tanto inglesas como métricas. Sin embargo, los fabricantes de herramienta de fresado proporcionan velocidades recomendadas en términos de piessuperficiales por minuto (sfm) y metros por minuto (m/min). La figura 1 compara dos herramientas con las mismas rpm, pero diferentes velocidades de superficie. Usted tiene que convertir estas velocidades en valores de rpm. Como puede usted ver en las figuras 2 y 3, las mismas fórmulas que se utilizan para convertir valores de velocidad para el torno aplican a las conversiones de velocidad en la fresadora. La diferencia clave es que usted trata con el diámetro de una herramienta en lugar del diámetro de unapieza de trabajo. Como usted utiliza típicamente herramientas de corte con diferentes diámetros, pueden requerirse de diferentes valores de rpm para herramientas que utilizan el mismo material deherramienta de corte. Como puede ver en la figura 4, si tiene un cortador con diámetro de 3.00 pulg. con una velocidad recomendada de 2200 sfm, la velocidad de husillo correcta es 2801.33 rpm. Ya sea que la herramienta se utilice para el torno o para la fresadora, los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tablas organizadas por combinaciones de material de herramientas y material de piezas de trabajo.

    

Figura 1. Dos fresadoras con diferentes diámetros girando a las mismas rpm tienen diferentes velocidades de superficie.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 4. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar la velocidad del husillo.

La selección del avance en la fresadora es más complejo que para el torno. La velocidad de avance programada en una fresadora de CNC es en pulgadas por minuto (ipm) o en milímetros por minuto (mm/min). Este valor determina la longitud que la herramienta recorre en un minuto. Sin embargo, los fabricantes de herramientas de corte típicamente proporcionan velocidades de avance como avance por diente (fpt), ya sea en pulgadas o milímetros. La figura 1 ilustra cómo se mide elavance por diente. A este valor también se le llama carga de viruta. El avance por diente permite a los fabricantes de herramientas recomendar velocidades de avance para un amplio rango de herramientas con diferentes diámetros o número de dientes de corte. Estevalor también determina el mejor grosor de viruta para asegurar que el calor sea alejado junto con la viruta y para mantener buen control de la viruta. Al determinar una velocidad de avance de fresadora para la máquina, usted debe convertir de avance por diente a avance por revolución (fpr), ya sea en pulgadas o milímetros. El avance por revolución se incrementa con el número de dientes en la cortadora. Entre más dientes tenga la cortadora, más rápido se incrementa la avance por revolución. Finalmente, usted debe convertir el valor fpr a ipm o a mm/min para determinar la velocidad final de avance que usted selecciona en la máquina. Las fórmulas que se muestran en las figuras 2 y 3 le ayudan a convertir rápidamente de fpt a ipm oa mm/min. Para determinar la velocidad de avance, usted debe conocer el avance por diente (fpt), elnúmero de dientes de la cortadora (T) y la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Multiplicando estas variables, puede determinar la velocidad de avance en ipm o en mm/min, dependiendo de si está trabajando con unidades inglesas o métricas.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el grosor de la viruta removida por una pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Para comprender cómo trabajan las velocidades y los avances en la fresadora, considere este problema de muestra. Piense que está refrentando una pieza cuadrada de aluminio de 4.000 pulg. Se le indica que la fresa de refrentado recomendada es una cortadora de 6.300 pulg. de diámetro con 8 dientes de corte. De acuerdo con la tabla del fabricante de muestra que se presenta en la figura 1, una buena velocidad de arranque es 1500 sfm, con una velocidad de avance de 0.010 ipt. ¿Cómo determina la velocidad y la avance correctas para programar en una fresadora de CNC? Para determinar la velocidad programada, debe convertir sfm a rpm. Usted sabe que la velocidad recomendada es 1500 sfm y el diámetro de la cortadora es 6.300 pulgadas. Colocando estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 2, usted determina que la velocidad de husillo es aproximadamente 909.52 rpm. Ahora que conoce las rpm, puede convertir el avance por diente al avance programable en pulgadas por minuto. El catálogo del fabricante recomienda 0.010 fpt como un buen punto de arranque. Usted también sabe que la herramienta de corte tiene 8 dientes y que la velocidad es 909.52 rpm. Si coloca estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 3, determina que el avance programable es 72.76 ipm. Tanto el valor de velocidad de 909.52 rpm y el valor de avance de 72.76 ipm aparecen como números programados que se utilizan en el programa de pieza real.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra se proporcionan rangos adecuados para velocidady avance en sfm e ipt.

Figura 2. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar velocidad de husillo.

Figura 3. Cálculos de muestra para encontrar ipm y determinar avance.

Los catálogos de fabricantes meramente le proporcionan un rango práctico de variables de velocidad y avance. Sin embargo, recuerde que numerosos factores afectan toda operación de maquinado específica. Es imposible saber con completa certeza la mejor variable de velocidad y avance desde el principio. Un adecuado maquinado implica un cuidadoso monitoreo de las operaciones de maquinado. Como puede usted ver en la figura 1, usted típicamente ajusta estas variables a través de la corrida de producción para maximizar la combinación de desgaste de la herramienta, tiempo de ciclo y acabado superficial. Si el desgaste de la herramienta es demasiado, asegúrese de inspeccionar su herramental. ¿Sus herramientas de corte están operando de manera concéntrica o están descentradas? ¿Sus brocas están desviándose y dejando agujeros ovalados? ¿La longitud de la herramienta es demasiada y lleva a vibración? Un examen del herramental puede detectar una fuente que lleva a una vida deficiente de la herramienta. La figura 2 resume sólo unos cuantos de los posibles problemas de maquinado y sus causas posibles. Recuerde que la velocidad tiene un gran impacto en el desgaste de la herramienta. Si la herramienta de corte se desgasta a una tasa excesiva, una consideración razonable es reducir la velocidad de corte. Algunas fuentes de referencia proporcionan rangos adecuados de velocidad que definen puntos de arranque razonables, con otros rangos de velocidad para optimizar un proceso de corte. Al igual que la velocidad, las fuentes de referencia recomiendan velocidades de avance como un rango adecuado. Para muchas operaciones, lo mejor es primero maximizar la velocidad de avance y luego ajustar la velocidad. Para operaciones de fresado, raras veces debe usted tener un avance por diente menor que 0.003 pulg. (.075 mm) o que exceda 0.012 pulg. (0.3 mm). Las velocidades de avance demasiado elevadas pueden llevar a una presión excesiva de la herramienta y a socavadoo a un corte en exceso.

    

Figura 1. Puede ser que los valores de velocidad y avance tengan que ser ajustados durante una corrida de producción para mejorar la vida de la herramienta o el acabado superficial.

Figura 2. Los operadores experimentados aprenden cómo ajustar velocidades y avances si observan problemas durante el maquinado.

La selección adecuada de velocidad y avance es necesaria para maximizar la vida de la herramienta, la productividad y el acabado superficial. Múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Sin embargo, estas variables son determinadas ante todo por la operación específica y por la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo. Mientras que las máquinas manuales, como el torno paralelo y la fresadora de columna y codo requieren de un sentido de "instinto" del operador, las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y avance específicos programados. En el torno, la velocidad se mide ya sea en revoluciones por minuto (rpm) o en pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Si rpmpermanece constante, sfm o m/min disminuyen conforme la herramienta se acerca a la línea central.Sin embargo, la velocidad constante de superficie (CSS) ajusta las rpm del husillo para mantener una velocidad constante de superficie. Si la pieza de trabajo está girando, el avance se mide ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev). Sin embargo, si la herramienta está girando, el avance se mide en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). En la fresadora, la velocidad una vez más se mide en rpm o ya sea en sfm o m/min. Sin embargo, lavelocidad determina la rotación de la herramienta de corte y no la pieza de trabajo. Los avances de la fresadora difieren del torno por que típicamente se miden en avance por diente. Este valor debe convertirse a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min) para programar el avance correcto en una fresadora de CNC.

    

Figura 1. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 2. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas inglesas para fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 4. Fórmulas métricas para fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Term Definition

Avance (feed) Tasa a la que la pieza de trabajo o la herramienta de corte cambian en posición durante la longitud del corte. El avance típicamente define un movimiento lineal o de contorno.

Avance Por Diente (feed per tooth) Grosor del material de viruta que cada filo de corte de la herramienta remueve con una pasada.

Avance Por Revolución (feed per revolution) Distancia lineal que una herramienta avanza durante una rotación de la pieza de trabajo o herramienta de corte. En la fresadora, el avance por revolución (fpr) puede utilizarse para convertir de avance por diente (fpt) ya sea a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min).

Carga De Viruta (chip load) Otro término para avance por diente que se refiere al grosor del material de viruta removido por el filo de corte de una herramienta.

Desbastado (roughing) Pasada de corte que enfatiza altos índices de remoción de material con el posible sacrificio del acabado superficial o de la exactitud.

Dureza (hardness) Capacidad de un material para resistir rayado, indentación o penetración. Los materiales de pieza de trabajo con dureza aumentada generan más calor y son más difíciles de maquinar.

Fresadora De Columna Y Codo (column-and-knee-mill) El tipo de fresadora original y más básico que se utiliza para maquinar piezas de trabajo planas o rectangulares.

Herramientas Motorizadas (live tooling) Herramientas de corte impulsadas mecánicamente, como fresas universales de espiga y taladros, contenidas en la torreta del torno. Las herramientas motorizadas pueden realizar operaciones de maquinado fuera de la línea central de la pieza mientras se sostenga la pieza de trabajo estacionaria en el husillo.

Máquina De CNC (CNC machine) Sofisticada máquina herramienta operada por una computadora que puede realizar múltiples operaciones de maquinado en la misma preparación inicial con una variedad de herramientas. Las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y velocidad de avance programados.

Metros Superficiales Por Minuto (surface meters per minute) Distancia en metros que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorre en un minuto. Metros superficiales por minuto (smm) es una medición métrica para la velocidad.

Milímetros Por Minuto (millimeters per minute) Distancia en milímetros que la herramienta o pieza de trabajo completa avanza en un minuto. Milímetros por minuto (mm/min) es una medición métrica para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Milímetros Por Revolución (millimeters per revolution) Distancia en milímetros que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Milímetros por revolución (mm/rev) es una medición métrica para la avance en el torno.

Pi (pi) Valor constante especial que relaciona el diámetro de un círculo a su circunferencia. Pi, aproximadamente 3.14, se usa para determinar la circunferencia y área de un círculo.

Pies Superficiales Por Minuto (surface feet per minute) Distancia en pies que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorren en un minuto. Pies superficiales por minuto (sfm) es una medición inglesa para la velocidad.

Potencia (horsepower) Unidad de energía que se usa para describir la fuerza de una máquina. Una máquina con potencias aumentadas tiene un husillo que puede ejercer una mayor cantidad de fuerza.

Profundidad De Corte (depth of cut) Espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte.

Programa De Pieza (part program) Serie de instrucciones numéricas usadas por una máquina de CNC para realizar la secuencia de operaciones necesaria para maquinar una pieza de trabajo específica. 

Pulgadas Por Minuto (inches per minute) Distancia en pulgadas que la herramienta o pieza de trabajo completa avanzan en un minuto. Pulgadas por minuto (ipm) es una medida inglesa para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Pulgadas Por Revolución (inches per revolution) Distancia en pulgadas que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Pulgadas por revolución (ipr) es una medida inglesa para el avance del torno.

Revoluciones Por Minuto (revolutions per minute) Número de revoluciones que un husillo o herramienta de corte completan en un minuto. Las revoluciones por minuto (rpm) es una medición de velocidad en los sistemas inglés y métrico.

Torno Paralelo (engine lathe) El tipo original y más básico de torno manual que se utiliza para producir piezas de trabajo cilíndricas.

Velocidad (speed) Tasa a la cual la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de corte pasan una a otra en el punto de contacto. La velocidad típicamente define un movimiento giratorio.

Velocidad Constante De Superficie (constant surface speed) Modo de un torno de CNC que ajusta las rpm del husillo conforme la herramienta se recorre hacia el eje del husillo y cuando se aleja de éste.

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Class Outline Objetivos Importancia de la velocidad y el avance Factores que determinan la velocidad y el avance Fuentes de referencia para velocidad y avance Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC Selección de la velocidad para el torno Velocidad constante de superficie Selección del avance para el torno Ejemplo con el torno Selección de la velocidad para la fresadora Selección del avance para la fresadora Ejemplo con la fresadora Optimización de velocidades y avances Resumen

 

Lesson: 1/14 Objetivos

 

Lesson: 2/14 Importancia de la velocidad y el avance

 

Lesson: 3/14 Factores que determinan la velocidad y el avance

 

Lesson: 4/14 Fuentes de referencia para velocidad y avance

 

Lesson: 5/14 Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC

 

Lesson: 6/14 Selección de la velocidad para el torno

 

Lesson: 7/14 Velocidad constante de superficie

 

Lesson: 8/14 Selección del avance para el torno

 

Lesson: 9/14 Ejemplo con el torno

 

Lesson: 10/14 Selección de la velocidad para la fresadora

 

Lesson: 11/14 Selección del avance para la fresadora

 

Lesson: 12/14 Ejemplo con la fresadora

 

Lesson: 13/14 Optimización de velocidades y avances

 

Lesson: 14/14 Resumen

 

Class Vocabulary

Selección de velocidad y avance 300

l Describa las relaciones entre velocidad de corte, dureza de pieza de trabajo y calor.

l Liste las variables que afectan la selección de velocidad y avance. l Describa las fuentes de información adecuadas para seleccionar velocidades y avances. l Distinga entre la selección de velocidad y avance para máquinas manuales y máquinas de CNC. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar la velocidad en el torno.

l Describa la relación entre velocidad constante de superficie y rpm. l Distinga las diversas unidades que se utilizan para determinar el avance en el torno.

l Determine el valor correcto de velocidad en el torno usando la fórmula apropiada. l Determine el valor correcto de velocidad en la fresadora usando la fórmula apropiada. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar el avance en la fresadora.

l Determine el valor correcto de avance en la fresadora usando la fórmula adecuada. l Identifique factores comunes que necesitan ajustes a los valores de velocidad y avance.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el espesor de la viruta removida poruna pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Toda operación de maquinado requiere de la selección de velocidad y avance adecuados para asegurar la mejor productividad, vida útil de la herramienta y calidad de la pieza. Las operaciones decorte generan una cantidad significativa de calor. En cada material de herramienta de corte, el exceso de calor lleva a un desgaste excesivo de herramienta, lo cual se muestra en la figura 1. Conforme se incrementa la velocidad de corte, el calor también se incrementa. Cada tipo de materialde herramienta de corte tiene su rango de calor propio y adecuado que puede soportar y aún desempeñarse efectivamente. Además de las diferencias en el material de herramienta, cada materialde pieza de trabajo ofrece su propia dureza. La figura 2 compara los valores de dureza para materiales de pieza de trabajo comunes. Un incremento en la dureza de la pieza de trabajo lleva a un incremento de calor para la herramienta de corte. Al seleccionar velocidad y avance para una operación de corte específica, usted debe considerar tanto la pieza de trabajo como el material de laherramienta. Esta clase le enseñará cómo seleccionar la velocidad y avance apropiados para las operaciones básicas de torneado y refrentado. También aprenderá cómo convertir las unidades de fuentes de referencia que seleccione a variables de velocidad y avance que pueda utilizar en la máquina.     

Figura 1. Las velocidades y los avances adecuados ayudan a controlar el desgaste de la herramienta, el cual se muestra en esta vista amplificada del filo de corte.

Figura 2. Los diversos materiales de pieza de trabajo ofrecen diferentes valores de dureza que afectan las velocidades y avances.

Como puede ver en la figura 1, múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Algunas variables son menos obvias que otras. Por ejemplo, toda operación de maquinado es afectada por:

l El tipo de material de la pieza de trabajo. Los materiales más duros son más difíciles de maquinar y típicamente requieren de velocidades y avances más conservadores.

l El tipo de material de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros pueden soportar incremento en desgaste más elevado y temperaturas elevadas.

l El acabado superficial requerido. Los acabados superficiales mejorados requieren de

velocidades más rápidas y avances menos agresivos. l El tipo de geometría de herramienta. Diferentes ángulos de inclinación y ángulos de posición 

proporcionan un intercambio entre resistencia del filo para avances aumentados y fuerzas de corte reducidas.

l El tipo de máquina herramienta. La máquina manual y la máquina de CNC proporcionan

potencia, rigidez y velocidades de husillo significativamente diferentes.

l El tipo de preparación para sujeción del trabajo. La rigidez y fuerza de sujeción mejoradas de un dispositivo de sujeción de trabajo permite velocidades de corte y avances más rápidos.

Dependiendo de la situación, puede ser que no le sea posible cambiar algunas de estas variables. Puede ser que usted solamente tenga una máquina herramienta disponible que proporcione menos rigidez o potencia. Puede que no haya tiempo o recursos para desarrollar una sujeción de trabajo hecha a la medida para una corrida pequeña de producción. Ya sea que pueda o no controlar estas variables, usted debe tomar en consideración su impacto en el maquinado al determinar sus velocidades y avances.

    

Figura 1. Múltiples factores determinan la selección de velocidad y avance adecuados.

Aunque cada operación de maquinado se ve afectada por una amplia gama de variables, lo primordial de la selección de velocidad y avance se encuentra el tipo específico de operación de maquinado y la combinación de pieza de trabajo y material de herramienta. De hecho, las fuentes de referencia proporcionan tablas organizadas con esta información. Por ejemplo, la figura 1 muestra una tabla listando velocidades y avances para tornear una pieza de trabajo de acero de bajo carbono con un grado específico de insertos de carburo. Para operaciones de rutina, las tablas de maquinado y los materiales de referencia le proporcionan un punto de partida razonable para seleccionar velocidades y avances. La mayoría de los talleres deben contar con un manual general que contenga esta información. Sin embargo, la fuente de referencia preferente es el catálogo del fabricante específico de herramientas de corte. Como puede ver en la figura 2, numerosos fabricantes ofrecen catálogos sobre sus herramientas específicas. En términos generales, usted ha de encontrar que los materiales de pieza de trabajo más duros y difíciles exigen velocidades iniciales de husillo más lentas. Los materiales de referencia simplemente le proporcionan un rango o punto de partida aceptable para las velocidades y los avances. Estas variables deben entonces ajustarse y optimizarse conforme usted continúa con la corrida de producción.

    

Figura 1. Tabla artificial para un material de pieza de trabajo específico que organiza velocidades y avances de acuerdo con el material de herramienta y tipo de corte.

Figura 2. El catálogo del fabricante de herramientas específico es la mejor referencia a utilizar para la selección de velocidad y avance.

Los enfoques tradicionales de maquinado se basan en máquinas manuales tales como el torno paralelo básico y la fresadora de columna y codo, las cuales se muestran en las figuras 1 y 2. Muchas compañías todavía usan estas máquinas en sus cuartos de herramientas para corridas cortas de producción y para trabajos sobre medida. Para máquinas manuales, la velocidad o el avance correcto implica más "arte" que "ciencia". Los operadores de máquinas se basan en su experiencia e instinto en la operación para juzgar correctamente la velocidad de husillo y el avance de herramienta. Las compañías modernas dependen cada vez más de máquinas de CNC. La figura 3 muestra un torno CNC. Las máquinas de CNC ofrecen mayor potencia, velocidades de husillo más rápidas y mayor rigidez. A diferencia de las máquinas manuales, las máquinas de CNC proporcionan un espacio cerrado que contiene las virutas y fluido de corte. En consecuencia, las velocidades y los avances de una máquina de CNC son mucho mayores que las que usted puede ver en una máquina manual. Debido a que un programa de pieza ejecuta todas las operaciones de maquinado de una máquina de CNC, usted debe programar o seleccionar un valor específico de avance y velocidad. Usted no puede actuar por "instinto" o depender de sus sentidos por que de esta manera queda fuera del proceso. Debido a que los avances de herramientas son automatizados, una variable de velocidad oavance incorrecta puede dañar la pieza de trabajo o la máquina herramienta o inclusive lesionar al operador. Las máquinas de CNC requieren de una sólida comprensión de la selección adecuada de velocidad y avance.

    

Figura 1. Esta fresadora de columna y codo manual tiene un espacio de trabajo abierto.

Figura 2. Un operador puede usar un "sentido de instinto" para operar un torno paralelo manual.

Figura 3. La mayoría de las máquinas de CNC tiene un espacio cerrado y ofrece mayor potencia que las máquinas manuales.

En un torno, la velocidad determina lo rápido que la pieza de trabajo gira en el husillo. Existen dos maneras de medir la velocidad: revoluciones por minuto (rpm) o pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Aunque ambas variables describen la razón de la rotación del husillo, cada tipo de variable de velocidad se basa en diferentes factores. Revoluciones por minuto es una medición directa de cuántas veces gira el husillo en un minuto. No está afectado por el diámetro de la pieza de trabajo opor la ubicación de la herramienta. Pies superficiales por minuto miden lo rápido que la pieza de trabajo pasa bajo la herramienta en el filo de corte. Como puede ver en la figura 1, esta velocidad depende del tamaño de la pieza de trabajo y de la ubicación de la herramienta. Si rpm permanece igual, los pies superficiales por minuto disminuyen conforme el tamaño de la pieza de trabajo tamaño disminuye. Una pieza de trabajo de diámetro menor "viaja" menos pies superficiales que una pieza de trabajo de diámetro mayor. Una fórmula sencilla le ayuda a convertir rpm a sfm. Debe conocer dos valores: rpm y diámetro de la pieza de trabajo en pulgadas. Como puede usted ver en la figura 2, para encontrar sfm, usted multiplica el diámetro por el valor rpm y luego divide la constante 3.82. La constante 3.82 representa 12 pulgadas divididas entre pi y ayuda a convertir de pulgadas a pies. Para unidades métricas, se utiliza una fórmula similar para convertir rpm a m/min. La figura 3 muestra los equivalentes métricos para conversiones de velocidad en el torno. En unidades métricas, la constante es 318.3, lo cual representa 1000 mm divididos entre pi.

    

Figura 1. Si rpm permanece igual, sfm (o m/min) disminuye conforme el diámetro disminuye y la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

El tipo de operación de corte que se realiza en el torno determina el tipo de variable de velocidad que debe conocer. Las operaciones como torneado, refrentado y mandrinado se programan en sfm (m/min) porque la herramienta se puede mover hacia la línea central y alejarse de ella. Las operaciones como taladrado y roscado requieren de velocidades a rpm constantes porque la herramienta se posiciona ya sea en el línea central del eje o permanece a igual distancia del eje. En un torno manual, la velocidad de husillo permanece relativamente constante. Sin embargo, los tornos de CNC son capaces de ajustar la velocidad de husillo durante la operación. Si la velocidad seprograma en sfm, la rotación del husillo se incrementa conforme la herramienta se acerca a la línea central. A esta función se le llama velocidad constante de superficie (CSS por sus siglas en inglés) y mantiene una constante de pies superficiales por minuto durante el corte. Las figuras 1 y 2 comparan valores de velocidad sin CSS y con CSS. Si se está ejecutando taladrado o roscado, el programa requiere de un valor de rpm constante sin CSS. Los códigos especiales del programa indican al torno de CNC qué valor de velocidad se está ejecutando. Las tablas de referencia proporcionadas por los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan velocidades en sfm y smm. Usted puede utilizar este valor de manera directa de las tablas de referencia para operaciones de torneado de rutina. Por medio de la fórmula para convertir de sfm o m/min a rpm, puede determinar la razón de rotación del husillo en rpm paraun diámetro de pieza de trabajo dado.

    

Figura 1. Si no se utiliza CSS, rpm permanece constante y sfm disminuye conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Si se utiliza CSS, sfm permanece constante y las rpm del husillo se incrementan conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Al igual que los valores de velocidad, la selección del avance para el torno es relativamente sencilla. La mayoría de las velocidades de avance se dan en pulgadas por revolución (ipr) o milímetros por revolución (mm/rev). Este valor representa hasta dónde recorre la herramienta con cada rotación completa del husillo. En términos generales, si la pieza de trabajo está girando, la velocidad de avance se mide en ipr (mm/min). Este es el caso de la operación de taladrado que se muestra en la figura 1. Si lo que estágirando es la herramienta, el avance se mide ya sea en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). Éste es el caso si usted está taladrando o fresando con herramientas motorizadas en el torno. Los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan un rango de velocidades de avance recomendadas en ipr y mm/rev para combinaciones específicas de herramientas y pieza de trabajo. Introducir este valor es muy sencillo y no requiere de conversiones. Para la mayoría de las aplicaciones, usted debe primero seleccionar la profundidad de corte más pesada posible. Después de seleccionar la profundidad del corte, la velocidad de avance preferente es tan fuerte como sea posible. Las velocidades de avance más elevadas tienen un efecto menor en el desgaste de la herramienta que las velocidades más elevadas. Sin embargo, en algún punto, una velocidad deavance demasiado fuerte estanca la máquina herramienta.

    

Figura 1. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa, ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Para comprender las variables de velocidad y avance en el torno, considere este ejemplo específico. Usted está torneando una pieza de trabajo de 1.500 pulg. de diámetro hecha de acero al carbono simple 1020. El primer corte es una operación de desbastado con una profundidad de corte de 0.16 pulg. Usted también sabe que la velocidad de husillo es 3311 rpm y que la velocidad de avancees 0.016 ipr. ¿Son éstas las variables adecuadas para su operación de torneado? El catálogo del fabricante es un recurso valioso para encontrar velocidades de corte y avances. Mediante la tabla que compara la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo, debe serle posible encontrar los avances listados en ipr y mm/rev. La tabla en particular de la figura 1 le indica que la velocidad de avance de 0.016 ipr es aceptable. Para su velocidad, usted conoce las rpm del husillo. Sin embargo, los catálogos de herramientas típicamente listan las velocidades en sfm y m/min. Si usted utiliza la fórmula que se muestra en la figura 2, puede convertir las rpm del husillo a sfm. Usted conoce el diámetro (1.5 pulg.) y rpm (3311) de la pieza de trabajo. Si multiplica el diámetro y las rpm y luego divide entre la constante 3.82, determina que la velocidad es aproximadamente 1300 sfm. Una rápida revisión al catálogo del fabricante le indica que esto se encuentra dentro del rango de velocidad recomendado para esta combinación de herramienta y material de pieza de trabajo.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra, los rangosadecuados para valores de velocidad y avance se proporcionan en sfm e ipr.

Figura 2. Muestra de cálculos para encontrar sfm y determinar velocidad de superficie.

La selección de velocidad y avance para la fresadora no es tan sencilla como lo es determinar las mismas variables en el torno. Para la fresadora, la velocidad siempre se mide en revoluciones por minuto (rpm). Esto es correcto para unidades tanto inglesas como métricas. Sin embargo, los fabricantes de herramienta de fresado proporcionan velocidades recomendadas en términos de piessuperficiales por minuto (sfm) y metros por minuto (m/min). La figura 1 compara dos herramientas con las mismas rpm, pero diferentes velocidades de superficie. Usted tiene que convertir estas velocidades en valores de rpm. Como puede usted ver en las figuras 2 y 3, las mismas fórmulas que se utilizan para convertir valores de velocidad para el torno aplican a las conversiones de velocidad en la fresadora. La diferencia clave es que usted trata con el diámetro de una herramienta en lugar del diámetro de unapieza de trabajo. Como usted utiliza típicamente herramientas de corte con diferentes diámetros, pueden requerirse de diferentes valores de rpm para herramientas que utilizan el mismo material deherramienta de corte. Como puede ver en la figura 4, si tiene un cortador con diámetro de 3.00 pulg. con una velocidad recomendada de 2200 sfm, la velocidad de husillo correcta es 2801.33 rpm. Ya sea que la herramienta se utilice para el torno o para la fresadora, los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tablas organizadas por combinaciones de material de herramientas y material de piezas de trabajo.

    

Figura 1. Dos fresadoras con diferentes diámetros girando a las mismas rpm tienen diferentes velocidades de superficie.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 4. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar la velocidad del husillo.

La selección del avance en la fresadora es más complejo que para el torno. La velocidad de avance programada en una fresadora de CNC es en pulgadas por minuto (ipm) o en milímetros por minuto (mm/min). Este valor determina la longitud que la herramienta recorre en un minuto. Sin embargo, los fabricantes de herramientas de corte típicamente proporcionan velocidades de avance como avance por diente (fpt), ya sea en pulgadas o milímetros. La figura 1 ilustra cómo se mide elavance por diente. A este valor también se le llama carga de viruta. El avance por diente permite a los fabricantes de herramientas recomendar velocidades de avance para un amplio rango de herramientas con diferentes diámetros o número de dientes de corte. Estevalor también determina el mejor grosor de viruta para asegurar que el calor sea alejado junto con la viruta y para mantener buen control de la viruta. Al determinar una velocidad de avance de fresadora para la máquina, usted debe convertir de avance por diente a avance por revolución (fpr), ya sea en pulgadas o milímetros. El avance por revolución se incrementa con el número de dientes en la cortadora. Entre más dientes tenga la cortadora, más rápido se incrementa la avance por revolución. Finalmente, usted debe convertir el valor fpr a ipm o a mm/min para determinar la velocidad final de avance que usted selecciona en la máquina. Las fórmulas que se muestran en las figuras 2 y 3 le ayudan a convertir rápidamente de fpt a ipm oa mm/min. Para determinar la velocidad de avance, usted debe conocer el avance por diente (fpt), elnúmero de dientes de la cortadora (T) y la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Multiplicando estas variables, puede determinar la velocidad de avance en ipm o en mm/min, dependiendo de si está trabajando con unidades inglesas o métricas.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el grosor de la viruta removida por una pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Para comprender cómo trabajan las velocidades y los avances en la fresadora, considere este problema de muestra. Piense que está refrentando una pieza cuadrada de aluminio de 4.000 pulg. Se le indica que la fresa de refrentado recomendada es una cortadora de 6.300 pulg. de diámetro con 8 dientes de corte. De acuerdo con la tabla del fabricante de muestra que se presenta en la figura 1, una buena velocidad de arranque es 1500 sfm, con una velocidad de avance de 0.010 ipt. ¿Cómo determina la velocidad y la avance correctas para programar en una fresadora de CNC? Para determinar la velocidad programada, debe convertir sfm a rpm. Usted sabe que la velocidad recomendada es 1500 sfm y el diámetro de la cortadora es 6.300 pulgadas. Colocando estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 2, usted determina que la velocidad de husillo es aproximadamente 909.52 rpm. Ahora que conoce las rpm, puede convertir el avance por diente al avance programable en pulgadas por minuto. El catálogo del fabricante recomienda 0.010 fpt como un buen punto de arranque. Usted también sabe que la herramienta de corte tiene 8 dientes y que la velocidad es 909.52 rpm. Si coloca estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 3, determina que el avance programable es 72.76 ipm. Tanto el valor de velocidad de 909.52 rpm y el valor de avance de 72.76 ipm aparecen como números programados que se utilizan en el programa de pieza real.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra se proporcionan rangos adecuados para velocidady avance en sfm e ipt.

Figura 2. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar velocidad de husillo.

Figura 3. Cálculos de muestra para encontrar ipm y determinar avance.

Los catálogos de fabricantes meramente le proporcionan un rango práctico de variables de velocidad y avance. Sin embargo, recuerde que numerosos factores afectan toda operación de maquinado específica. Es imposible saber con completa certeza la mejor variable de velocidad y avance desde el principio. Un adecuado maquinado implica un cuidadoso monitoreo de las operaciones de maquinado. Como puede usted ver en la figura 1, usted típicamente ajusta estas variables a través de la corrida de producción para maximizar la combinación de desgaste de la herramienta, tiempo de ciclo y acabado superficial. Si el desgaste de la herramienta es demasiado, asegúrese de inspeccionar su herramental. ¿Sus herramientas de corte están operando de manera concéntrica o están descentradas? ¿Sus brocas están desviándose y dejando agujeros ovalados? ¿La longitud de la herramienta es demasiada y lleva a vibración? Un examen del herramental puede detectar una fuente que lleva a una vida deficiente de la herramienta. La figura 2 resume sólo unos cuantos de los posibles problemas de maquinado y sus causas posibles. Recuerde que la velocidad tiene un gran impacto en el desgaste de la herramienta. Si la herramienta de corte se desgasta a una tasa excesiva, una consideración razonable es reducir la velocidad de corte. Algunas fuentes de referencia proporcionan rangos adecuados de velocidad que definen puntos de arranque razonables, con otros rangos de velocidad para optimizar un proceso de corte. Al igual que la velocidad, las fuentes de referencia recomiendan velocidades de avance como un rango adecuado. Para muchas operaciones, lo mejor es primero maximizar la velocidad de avance y luego ajustar la velocidad. Para operaciones de fresado, raras veces debe usted tener un avance por diente menor que 0.003 pulg. (.075 mm) o que exceda 0.012 pulg. (0.3 mm). Las velocidades de avance demasiado elevadas pueden llevar a una presión excesiva de la herramienta y a socavadoo a un corte en exceso.

    

Figura 1. Puede ser que los valores de velocidad y avance tengan que ser ajustados durante una corrida de producción para mejorar la vida de la herramienta o el acabado superficial.

Figura 2. Los operadores experimentados aprenden cómo ajustar velocidades y avances si observan problemas durante el maquinado.

La selección adecuada de velocidad y avance es necesaria para maximizar la vida de la herramienta, la productividad y el acabado superficial. Múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Sin embargo, estas variables son determinadas ante todo por la operación específica y por la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo. Mientras que las máquinas manuales, como el torno paralelo y la fresadora de columna y codo requieren de un sentido de "instinto" del operador, las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y avance específicos programados. En el torno, la velocidad se mide ya sea en revoluciones por minuto (rpm) o en pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Si rpmpermanece constante, sfm o m/min disminuyen conforme la herramienta se acerca a la línea central.Sin embargo, la velocidad constante de superficie (CSS) ajusta las rpm del husillo para mantener una velocidad constante de superficie. Si la pieza de trabajo está girando, el avance se mide ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev). Sin embargo, si la herramienta está girando, el avance se mide en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). En la fresadora, la velocidad una vez más se mide en rpm o ya sea en sfm o m/min. Sin embargo, lavelocidad determina la rotación de la herramienta de corte y no la pieza de trabajo. Los avances de la fresadora difieren del torno por que típicamente se miden en avance por diente. Este valor debe convertirse a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min) para programar el avance correcto en una fresadora de CNC.

    

Figura 1. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 2. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas inglesas para fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 4. Fórmulas métricas para fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Term Definition

Avance (feed) Tasa a la que la pieza de trabajo o la herramienta de corte cambian en posición durante la longitud del corte. El avance típicamente define un movimiento lineal o de contorno.

Avance Por Diente (feed per tooth) Grosor del material de viruta que cada filo de corte de la herramienta remueve con una pasada.

Avance Por Revolución (feed per revolution) Distancia lineal que una herramienta avanza durante una rotación de la pieza de trabajo o herramienta de corte. En la fresadora, el avance por revolución (fpr) puede utilizarse para convertir de avance por diente (fpt) ya sea a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min).

Carga De Viruta (chip load) Otro término para avance por diente que se refiere al grosor del material de viruta removido por el filo de corte de una herramienta.

Desbastado (roughing) Pasada de corte que enfatiza altos índices de remoción de material con el posible sacrificio del acabado superficial o de la exactitud.

Dureza (hardness) Capacidad de un material para resistir rayado, indentación o penetración. Los materiales de pieza de trabajo con dureza aumentada generan más calor y son más difíciles de maquinar.

Fresadora De Columna Y Codo (column-and-knee-mill) El tipo de fresadora original y más básico que se utiliza para maquinar piezas de trabajo planas o rectangulares.

Herramientas Motorizadas (live tooling) Herramientas de corte impulsadas mecánicamente, como fresas universales de espiga y taladros, contenidas en la torreta del torno. Las herramientas motorizadas pueden realizar operaciones de maquinado fuera de la línea central de la pieza mientras se sostenga la pieza de trabajo estacionaria en el husillo.

Máquina De CNC (CNC machine) Sofisticada máquina herramienta operada por una computadora que puede realizar múltiples operaciones de maquinado en la misma preparación inicial con una variedad de herramientas. Las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y velocidad de avance programados.

Metros Superficiales Por Minuto (surface meters per minute) Distancia en metros que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorre en un minuto. Metros superficiales por minuto (smm) es una medición métrica para la velocidad.

Milímetros Por Minuto (millimeters per minute) Distancia en milímetros que la herramienta o pieza de trabajo completa avanza en un minuto. Milímetros por minuto (mm/min) es una medición métrica para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Milímetros Por Revolución (millimeters per revolution) Distancia en milímetros que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Milímetros por revolución (mm/rev) es una medición métrica para la avance en el torno.

Pi (pi) Valor constante especial que relaciona el diámetro de un círculo a su circunferencia. Pi, aproximadamente 3.14, se usa para determinar la circunferencia y área de un círculo.

Pies Superficiales Por Minuto (surface feet per minute) Distancia en pies que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorren en un minuto. Pies superficiales por minuto (sfm) es una medición inglesa para la velocidad.

Potencia (horsepower) Unidad de energía que se usa para describir la fuerza de una máquina. Una máquina con potencias aumentadas tiene un husillo que puede ejercer una mayor cantidad de fuerza.

Profundidad De Corte (depth of cut) Espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte.

Programa De Pieza (part program) Serie de instrucciones numéricas usadas por una máquina de CNC para realizar la secuencia de operaciones necesaria para maquinar una pieza de trabajo específica. 

Pulgadas Por Minuto (inches per minute) Distancia en pulgadas que la herramienta o pieza de trabajo completa avanzan en un minuto. Pulgadas por minuto (ipm) es una medida inglesa para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Pulgadas Por Revolución (inches per revolution) Distancia en pulgadas que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Pulgadas por revolución (ipr) es una medida inglesa para el avance del torno.

Revoluciones Por Minuto (revolutions per minute) Número de revoluciones que un husillo o herramienta de corte completan en un minuto. Las revoluciones por minuto (rpm) es una medición de velocidad en los sistemas inglés y métrico.

Torno Paralelo (engine lathe) El tipo original y más básico de torno manual que se utiliza para producir piezas de trabajo cilíndricas.

Velocidad (speed) Tasa a la cual la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de corte pasan una a otra en el punto de contacto. La velocidad típicamente define un movimiento giratorio.

Velocidad Constante De Superficie (constant surface speed) Modo de un torno de CNC que ajusta las rpm del husillo conforme la herramienta se recorre hacia el eje del husillo y cuando se aleja de éste.

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Class Outline Objetivos Importancia de la velocidad y el avance Factores que determinan la velocidad y el avance Fuentes de referencia para velocidad y avance Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC Selección de la velocidad para el torno Velocidad constante de superficie Selección del avance para el torno Ejemplo con el torno Selección de la velocidad para la fresadora Selección del avance para la fresadora Ejemplo con la fresadora Optimización de velocidades y avances Resumen

 

Lesson: 1/14 Objetivos

 

Lesson: 2/14 Importancia de la velocidad y el avance

 

Lesson: 3/14 Factores que determinan la velocidad y el avance

 

Lesson: 4/14 Fuentes de referencia para velocidad y avance

 

Lesson: 5/14 Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC

 

Lesson: 6/14 Selección de la velocidad para el torno

 

Lesson: 7/14 Velocidad constante de superficie

 

Lesson: 8/14 Selección del avance para el torno

 

Lesson: 9/14 Ejemplo con el torno

 

Lesson: 10/14 Selección de la velocidad para la fresadora

 

Lesson: 11/14 Selección del avance para la fresadora

 

Lesson: 12/14 Ejemplo con la fresadora

 

Lesson: 13/14 Optimización de velocidades y avances

 

Lesson: 14/14 Resumen

 

Class Vocabulary

Selección de velocidad y avance 300

l Describa las relaciones entre velocidad de corte, dureza de pieza de trabajo y calor.

l Liste las variables que afectan la selección de velocidad y avance. l Describa las fuentes de información adecuadas para seleccionar velocidades y avances. l Distinga entre la selección de velocidad y avance para máquinas manuales y máquinas de CNC. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar la velocidad en el torno.

l Describa la relación entre velocidad constante de superficie y rpm. l Distinga las diversas unidades que se utilizan para determinar el avance en el torno.

l Determine el valor correcto de velocidad en el torno usando la fórmula apropiada. l Determine el valor correcto de velocidad en la fresadora usando la fórmula apropiada. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar el avance en la fresadora.

l Determine el valor correcto de avance en la fresadora usando la fórmula adecuada. l Identifique factores comunes que necesitan ajustes a los valores de velocidad y avance.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el espesor de la viruta removida poruna pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Toda operación de maquinado requiere de la selección de velocidad y avance adecuados para asegurar la mejor productividad, vida útil de la herramienta y calidad de la pieza. Las operaciones decorte generan una cantidad significativa de calor. En cada material de herramienta de corte, el exceso de calor lleva a un desgaste excesivo de herramienta, lo cual se muestra en la figura 1. Conforme se incrementa la velocidad de corte, el calor también se incrementa. Cada tipo de materialde herramienta de corte tiene su rango de calor propio y adecuado que puede soportar y aún desempeñarse efectivamente. Además de las diferencias en el material de herramienta, cada materialde pieza de trabajo ofrece su propia dureza. La figura 2 compara los valores de dureza para materiales de pieza de trabajo comunes. Un incremento en la dureza de la pieza de trabajo lleva a un incremento de calor para la herramienta de corte. Al seleccionar velocidad y avance para una operación de corte específica, usted debe considerar tanto la pieza de trabajo como el material de laherramienta. Esta clase le enseñará cómo seleccionar la velocidad y avance apropiados para las operaciones básicas de torneado y refrentado. También aprenderá cómo convertir las unidades de fuentes de referencia que seleccione a variables de velocidad y avance que pueda utilizar en la máquina.     

Figura 1. Las velocidades y los avances adecuados ayudan a controlar el desgaste de la herramienta, el cual se muestra en esta vista amplificada del filo de corte.

Figura 2. Los diversos materiales de pieza de trabajo ofrecen diferentes valores de dureza que afectan las velocidades y avances.

Como puede ver en la figura 1, múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Algunas variables son menos obvias que otras. Por ejemplo, toda operación de maquinado es afectada por:

l El tipo de material de la pieza de trabajo. Los materiales más duros son más difíciles de maquinar y típicamente requieren de velocidades y avances más conservadores.

l El tipo de material de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros pueden soportar incremento en desgaste más elevado y temperaturas elevadas.

l El acabado superficial requerido. Los acabados superficiales mejorados requieren de

velocidades más rápidas y avances menos agresivos. l El tipo de geometría de herramienta. Diferentes ángulos de inclinación y ángulos de posición 

proporcionan un intercambio entre resistencia del filo para avances aumentados y fuerzas de corte reducidas.

l El tipo de máquina herramienta. La máquina manual y la máquina de CNC proporcionan

potencia, rigidez y velocidades de husillo significativamente diferentes.

l El tipo de preparación para sujeción del trabajo. La rigidez y fuerza de sujeción mejoradas de un dispositivo de sujeción de trabajo permite velocidades de corte y avances más rápidos.

Dependiendo de la situación, puede ser que no le sea posible cambiar algunas de estas variables. Puede ser que usted solamente tenga una máquina herramienta disponible que proporcione menos rigidez o potencia. Puede que no haya tiempo o recursos para desarrollar una sujeción de trabajo hecha a la medida para una corrida pequeña de producción. Ya sea que pueda o no controlar estas variables, usted debe tomar en consideración su impacto en el maquinado al determinar sus velocidades y avances.

    

Figura 1. Múltiples factores determinan la selección de velocidad y avance adecuados.

Aunque cada operación de maquinado se ve afectada por una amplia gama de variables, lo primordial de la selección de velocidad y avance se encuentra el tipo específico de operación de maquinado y la combinación de pieza de trabajo y material de herramienta. De hecho, las fuentes de referencia proporcionan tablas organizadas con esta información. Por ejemplo, la figura 1 muestra una tabla listando velocidades y avances para tornear una pieza de trabajo de acero de bajo carbono con un grado específico de insertos de carburo. Para operaciones de rutina, las tablas de maquinado y los materiales de referencia le proporcionan un punto de partida razonable para seleccionar velocidades y avances. La mayoría de los talleres deben contar con un manual general que contenga esta información. Sin embargo, la fuente de referencia preferente es el catálogo del fabricante específico de herramientas de corte. Como puede ver en la figura 2, numerosos fabricantes ofrecen catálogos sobre sus herramientas específicas. En términos generales, usted ha de encontrar que los materiales de pieza de trabajo más duros y difíciles exigen velocidades iniciales de husillo más lentas. Los materiales de referencia simplemente le proporcionan un rango o punto de partida aceptable para las velocidades y los avances. Estas variables deben entonces ajustarse y optimizarse conforme usted continúa con la corrida de producción.

    

Figura 1. Tabla artificial para un material de pieza de trabajo específico que organiza velocidades y avances de acuerdo con el material de herramienta y tipo de corte.

Figura 2. El catálogo del fabricante de herramientas específico es la mejor referencia a utilizar para la selección de velocidad y avance.

Los enfoques tradicionales de maquinado se basan en máquinas manuales tales como el torno paralelo básico y la fresadora de columna y codo, las cuales se muestran en las figuras 1 y 2. Muchas compañías todavía usan estas máquinas en sus cuartos de herramientas para corridas cortas de producción y para trabajos sobre medida. Para máquinas manuales, la velocidad o el avance correcto implica más "arte" que "ciencia". Los operadores de máquinas se basan en su experiencia e instinto en la operación para juzgar correctamente la velocidad de husillo y el avance de herramienta. Las compañías modernas dependen cada vez más de máquinas de CNC. La figura 3 muestra un torno CNC. Las máquinas de CNC ofrecen mayor potencia, velocidades de husillo más rápidas y mayor rigidez. A diferencia de las máquinas manuales, las máquinas de CNC proporcionan un espacio cerrado que contiene las virutas y fluido de corte. En consecuencia, las velocidades y los avances de una máquina de CNC son mucho mayores que las que usted puede ver en una máquina manual. Debido a que un programa de pieza ejecuta todas las operaciones de maquinado de una máquina de CNC, usted debe programar o seleccionar un valor específico de avance y velocidad. Usted no puede actuar por "instinto" o depender de sus sentidos por que de esta manera queda fuera del proceso. Debido a que los avances de herramientas son automatizados, una variable de velocidad oavance incorrecta puede dañar la pieza de trabajo o la máquina herramienta o inclusive lesionar al operador. Las máquinas de CNC requieren de una sólida comprensión de la selección adecuada de velocidad y avance.

    

Figura 1. Esta fresadora de columna y codo manual tiene un espacio de trabajo abierto.

Figura 2. Un operador puede usar un "sentido de instinto" para operar un torno paralelo manual.

Figura 3. La mayoría de las máquinas de CNC tiene un espacio cerrado y ofrece mayor potencia que las máquinas manuales.

En un torno, la velocidad determina lo rápido que la pieza de trabajo gira en el husillo. Existen dos maneras de medir la velocidad: revoluciones por minuto (rpm) o pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Aunque ambas variables describen la razón de la rotación del husillo, cada tipo de variable de velocidad se basa en diferentes factores. Revoluciones por minuto es una medición directa de cuántas veces gira el husillo en un minuto. No está afectado por el diámetro de la pieza de trabajo opor la ubicación de la herramienta. Pies superficiales por minuto miden lo rápido que la pieza de trabajo pasa bajo la herramienta en el filo de corte. Como puede ver en la figura 1, esta velocidad depende del tamaño de la pieza de trabajo y de la ubicación de la herramienta. Si rpm permanece igual, los pies superficiales por minuto disminuyen conforme el tamaño de la pieza de trabajo tamaño disminuye. Una pieza de trabajo de diámetro menor "viaja" menos pies superficiales que una pieza de trabajo de diámetro mayor. Una fórmula sencilla le ayuda a convertir rpm a sfm. Debe conocer dos valores: rpm y diámetro de la pieza de trabajo en pulgadas. Como puede usted ver en la figura 2, para encontrar sfm, usted multiplica el diámetro por el valor rpm y luego divide la constante 3.82. La constante 3.82 representa 12 pulgadas divididas entre pi y ayuda a convertir de pulgadas a pies. Para unidades métricas, se utiliza una fórmula similar para convertir rpm a m/min. La figura 3 muestra los equivalentes métricos para conversiones de velocidad en el torno. En unidades métricas, la constante es 318.3, lo cual representa 1000 mm divididos entre pi.

    

Figura 1. Si rpm permanece igual, sfm (o m/min) disminuye conforme el diámetro disminuye y la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

El tipo de operación de corte que se realiza en el torno determina el tipo de variable de velocidad que debe conocer. Las operaciones como torneado, refrentado y mandrinado se programan en sfm (m/min) porque la herramienta se puede mover hacia la línea central y alejarse de ella. Las operaciones como taladrado y roscado requieren de velocidades a rpm constantes porque la herramienta se posiciona ya sea en el línea central del eje o permanece a igual distancia del eje. En un torno manual, la velocidad de husillo permanece relativamente constante. Sin embargo, los tornos de CNC son capaces de ajustar la velocidad de husillo durante la operación. Si la velocidad seprograma en sfm, la rotación del husillo se incrementa conforme la herramienta se acerca a la línea central. A esta función se le llama velocidad constante de superficie (CSS por sus siglas en inglés) y mantiene una constante de pies superficiales por minuto durante el corte. Las figuras 1 y 2 comparan valores de velocidad sin CSS y con CSS. Si se está ejecutando taladrado o roscado, el programa requiere de un valor de rpm constante sin CSS. Los códigos especiales del programa indican al torno de CNC qué valor de velocidad se está ejecutando. Las tablas de referencia proporcionadas por los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan velocidades en sfm y smm. Usted puede utilizar este valor de manera directa de las tablas de referencia para operaciones de torneado de rutina. Por medio de la fórmula para convertir de sfm o m/min a rpm, puede determinar la razón de rotación del husillo en rpm paraun diámetro de pieza de trabajo dado.

    

Figura 1. Si no se utiliza CSS, rpm permanece constante y sfm disminuye conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Si se utiliza CSS, sfm permanece constante y las rpm del husillo se incrementan conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Al igual que los valores de velocidad, la selección del avance para el torno es relativamente sencilla. La mayoría de las velocidades de avance se dan en pulgadas por revolución (ipr) o milímetros por revolución (mm/rev). Este valor representa hasta dónde recorre la herramienta con cada rotación completa del husillo. En términos generales, si la pieza de trabajo está girando, la velocidad de avance se mide en ipr (mm/min). Este es el caso de la operación de taladrado que se muestra en la figura 1. Si lo que estágirando es la herramienta, el avance se mide ya sea en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). Éste es el caso si usted está taladrando o fresando con herramientas motorizadas en el torno. Los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan un rango de velocidades de avance recomendadas en ipr y mm/rev para combinaciones específicas de herramientas y pieza de trabajo. Introducir este valor es muy sencillo y no requiere de conversiones. Para la mayoría de las aplicaciones, usted debe primero seleccionar la profundidad de corte más pesada posible. Después de seleccionar la profundidad del corte, la velocidad de avance preferente es tan fuerte como sea posible. Las velocidades de avance más elevadas tienen un efecto menor en el desgaste de la herramienta que las velocidades más elevadas. Sin embargo, en algún punto, una velocidad deavance demasiado fuerte estanca la máquina herramienta.

    

Figura 1. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa, ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Para comprender las variables de velocidad y avance en el torno, considere este ejemplo específico. Usted está torneando una pieza de trabajo de 1.500 pulg. de diámetro hecha de acero al carbono simple 1020. El primer corte es una operación de desbastado con una profundidad de corte de 0.16 pulg. Usted también sabe que la velocidad de husillo es 3311 rpm y que la velocidad de avancees 0.016 ipr. ¿Son éstas las variables adecuadas para su operación de torneado? El catálogo del fabricante es un recurso valioso para encontrar velocidades de corte y avances. Mediante la tabla que compara la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo, debe serle posible encontrar los avances listados en ipr y mm/rev. La tabla en particular de la figura 1 le indica que la velocidad de avance de 0.016 ipr es aceptable. Para su velocidad, usted conoce las rpm del husillo. Sin embargo, los catálogos de herramientas típicamente listan las velocidades en sfm y m/min. Si usted utiliza la fórmula que se muestra en la figura 2, puede convertir las rpm del husillo a sfm. Usted conoce el diámetro (1.5 pulg.) y rpm (3311) de la pieza de trabajo. Si multiplica el diámetro y las rpm y luego divide entre la constante 3.82, determina que la velocidad es aproximadamente 1300 sfm. Una rápida revisión al catálogo del fabricante le indica que esto se encuentra dentro del rango de velocidad recomendado para esta combinación de herramienta y material de pieza de trabajo.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra, los rangosadecuados para valores de velocidad y avance se proporcionan en sfm e ipr.

Figura 2. Muestra de cálculos para encontrar sfm y determinar velocidad de superficie.

La selección de velocidad y avance para la fresadora no es tan sencilla como lo es determinar las mismas variables en el torno. Para la fresadora, la velocidad siempre se mide en revoluciones por minuto (rpm). Esto es correcto para unidades tanto inglesas como métricas. Sin embargo, los fabricantes de herramienta de fresado proporcionan velocidades recomendadas en términos de piessuperficiales por minuto (sfm) y metros por minuto (m/min). La figura 1 compara dos herramientas con las mismas rpm, pero diferentes velocidades de superficie. Usted tiene que convertir estas velocidades en valores de rpm. Como puede usted ver en las figuras 2 y 3, las mismas fórmulas que se utilizan para convertir valores de velocidad para el torno aplican a las conversiones de velocidad en la fresadora. La diferencia clave es que usted trata con el diámetro de una herramienta en lugar del diámetro de unapieza de trabajo. Como usted utiliza típicamente herramientas de corte con diferentes diámetros, pueden requerirse de diferentes valores de rpm para herramientas que utilizan el mismo material deherramienta de corte. Como puede ver en la figura 4, si tiene un cortador con diámetro de 3.00 pulg. con una velocidad recomendada de 2200 sfm, la velocidad de husillo correcta es 2801.33 rpm. Ya sea que la herramienta se utilice para el torno o para la fresadora, los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tablas organizadas por combinaciones de material de herramientas y material de piezas de trabajo.

    

Figura 1. Dos fresadoras con diferentes diámetros girando a las mismas rpm tienen diferentes velocidades de superficie.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 4. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar la velocidad del husillo.

La selección del avance en la fresadora es más complejo que para el torno. La velocidad de avance programada en una fresadora de CNC es en pulgadas por minuto (ipm) o en milímetros por minuto (mm/min). Este valor determina la longitud que la herramienta recorre en un minuto. Sin embargo, los fabricantes de herramientas de corte típicamente proporcionan velocidades de avance como avance por diente (fpt), ya sea en pulgadas o milímetros. La figura 1 ilustra cómo se mide elavance por diente. A este valor también se le llama carga de viruta. El avance por diente permite a los fabricantes de herramientas recomendar velocidades de avance para un amplio rango de herramientas con diferentes diámetros o número de dientes de corte. Estevalor también determina el mejor grosor de viruta para asegurar que el calor sea alejado junto con la viruta y para mantener buen control de la viruta. Al determinar una velocidad de avance de fresadora para la máquina, usted debe convertir de avance por diente a avance por revolución (fpr), ya sea en pulgadas o milímetros. El avance por revolución se incrementa con el número de dientes en la cortadora. Entre más dientes tenga la cortadora, más rápido se incrementa la avance por revolución. Finalmente, usted debe convertir el valor fpr a ipm o a mm/min para determinar la velocidad final de avance que usted selecciona en la máquina. Las fórmulas que se muestran en las figuras 2 y 3 le ayudan a convertir rápidamente de fpt a ipm oa mm/min. Para determinar la velocidad de avance, usted debe conocer el avance por diente (fpt), elnúmero de dientes de la cortadora (T) y la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Multiplicando estas variables, puede determinar la velocidad de avance en ipm o en mm/min, dependiendo de si está trabajando con unidades inglesas o métricas.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el grosor de la viruta removida por una pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Para comprender cómo trabajan las velocidades y los avances en la fresadora, considere este problema de muestra. Piense que está refrentando una pieza cuadrada de aluminio de 4.000 pulg. Se le indica que la fresa de refrentado recomendada es una cortadora de 6.300 pulg. de diámetro con 8 dientes de corte. De acuerdo con la tabla del fabricante de muestra que se presenta en la figura 1, una buena velocidad de arranque es 1500 sfm, con una velocidad de avance de 0.010 ipt. ¿Cómo determina la velocidad y la avance correctas para programar en una fresadora de CNC? Para determinar la velocidad programada, debe convertir sfm a rpm. Usted sabe que la velocidad recomendada es 1500 sfm y el diámetro de la cortadora es 6.300 pulgadas. Colocando estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 2, usted determina que la velocidad de husillo es aproximadamente 909.52 rpm. Ahora que conoce las rpm, puede convertir el avance por diente al avance programable en pulgadas por minuto. El catálogo del fabricante recomienda 0.010 fpt como un buen punto de arranque. Usted también sabe que la herramienta de corte tiene 8 dientes y que la velocidad es 909.52 rpm. Si coloca estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 3, determina que el avance programable es 72.76 ipm. Tanto el valor de velocidad de 909.52 rpm y el valor de avance de 72.76 ipm aparecen como números programados que se utilizan en el programa de pieza real.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra se proporcionan rangos adecuados para velocidady avance en sfm e ipt.

Figura 2. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar velocidad de husillo.

Figura 3. Cálculos de muestra para encontrar ipm y determinar avance.

Los catálogos de fabricantes meramente le proporcionan un rango práctico de variables de velocidad y avance. Sin embargo, recuerde que numerosos factores afectan toda operación de maquinado específica. Es imposible saber con completa certeza la mejor variable de velocidad y avance desde el principio. Un adecuado maquinado implica un cuidadoso monitoreo de las operaciones de maquinado. Como puede usted ver en la figura 1, usted típicamente ajusta estas variables a través de la corrida de producción para maximizar la combinación de desgaste de la herramienta, tiempo de ciclo y acabado superficial. Si el desgaste de la herramienta es demasiado, asegúrese de inspeccionar su herramental. ¿Sus herramientas de corte están operando de manera concéntrica o están descentradas? ¿Sus brocas están desviándose y dejando agujeros ovalados? ¿La longitud de la herramienta es demasiada y lleva a vibración? Un examen del herramental puede detectar una fuente que lleva a una vida deficiente de la herramienta. La figura 2 resume sólo unos cuantos de los posibles problemas de maquinado y sus causas posibles. Recuerde que la velocidad tiene un gran impacto en el desgaste de la herramienta. Si la herramienta de corte se desgasta a una tasa excesiva, una consideración razonable es reducir la velocidad de corte. Algunas fuentes de referencia proporcionan rangos adecuados de velocidad que definen puntos de arranque razonables, con otros rangos de velocidad para optimizar un proceso de corte. Al igual que la velocidad, las fuentes de referencia recomiendan velocidades de avance como un rango adecuado. Para muchas operaciones, lo mejor es primero maximizar la velocidad de avance y luego ajustar la velocidad. Para operaciones de fresado, raras veces debe usted tener un avance por diente menor que 0.003 pulg. (.075 mm) o que exceda 0.012 pulg. (0.3 mm). Las velocidades de avance demasiado elevadas pueden llevar a una presión excesiva de la herramienta y a socavadoo a un corte en exceso.

    

Figura 1. Puede ser que los valores de velocidad y avance tengan que ser ajustados durante una corrida de producción para mejorar la vida de la herramienta o el acabado superficial.

Figura 2. Los operadores experimentados aprenden cómo ajustar velocidades y avances si observan problemas durante el maquinado.

La selección adecuada de velocidad y avance es necesaria para maximizar la vida de la herramienta, la productividad y el acabado superficial. Múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Sin embargo, estas variables son determinadas ante todo por la operación específica y por la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo. Mientras que las máquinas manuales, como el torno paralelo y la fresadora de columna y codo requieren de un sentido de "instinto" del operador, las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y avance específicos programados. En el torno, la velocidad se mide ya sea en revoluciones por minuto (rpm) o en pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Si rpmpermanece constante, sfm o m/min disminuyen conforme la herramienta se acerca a la línea central.Sin embargo, la velocidad constante de superficie (CSS) ajusta las rpm del husillo para mantener una velocidad constante de superficie. Si la pieza de trabajo está girando, el avance se mide ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev). Sin embargo, si la herramienta está girando, el avance se mide en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). En la fresadora, la velocidad una vez más se mide en rpm o ya sea en sfm o m/min. Sin embargo, lavelocidad determina la rotación de la herramienta de corte y no la pieza de trabajo. Los avances de la fresadora difieren del torno por que típicamente se miden en avance por diente. Este valor debe convertirse a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min) para programar el avance correcto en una fresadora de CNC.

    

Figura 1. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 2. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas inglesas para fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 4. Fórmulas métricas para fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Term Definition

Avance (feed) Tasa a la que la pieza de trabajo o la herramienta de corte cambian en posición durante la longitud del corte. El avance típicamente define un movimiento lineal o de contorno.

Avance Por Diente (feed per tooth) Grosor del material de viruta que cada filo de corte de la herramienta remueve con una pasada.

Avance Por Revolución (feed per revolution) Distancia lineal que una herramienta avanza durante una rotación de la pieza de trabajo o herramienta de corte. En la fresadora, el avance por revolución (fpr) puede utilizarse para convertir de avance por diente (fpt) ya sea a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min).

Carga De Viruta (chip load) Otro término para avance por diente que se refiere al grosor del material de viruta removido por el filo de corte de una herramienta.

Desbastado (roughing) Pasada de corte que enfatiza altos índices de remoción de material con el posible sacrificio del acabado superficial o de la exactitud.

Dureza (hardness) Capacidad de un material para resistir rayado, indentación o penetración. Los materiales de pieza de trabajo con dureza aumentada generan más calor y son más difíciles de maquinar.

Fresadora De Columna Y Codo (column-and-knee-mill) El tipo de fresadora original y más básico que se utiliza para maquinar piezas de trabajo planas o rectangulares.

Herramientas Motorizadas (live tooling) Herramientas de corte impulsadas mecánicamente, como fresas universales de espiga y taladros, contenidas en la torreta del torno. Las herramientas motorizadas pueden realizar operaciones de maquinado fuera de la línea central de la pieza mientras se sostenga la pieza de trabajo estacionaria en el husillo.

Máquina De CNC (CNC machine) Sofisticada máquina herramienta operada por una computadora que puede realizar múltiples operaciones de maquinado en la misma preparación inicial con una variedad de herramientas. Las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y velocidad de avance programados.

Metros Superficiales Por Minuto (surface meters per minute) Distancia en metros que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorre en un minuto. Metros superficiales por minuto (smm) es una medición métrica para la velocidad.

Milímetros Por Minuto (millimeters per minute) Distancia en milímetros que la herramienta o pieza de trabajo completa avanza en un minuto. Milímetros por minuto (mm/min) es una medición métrica para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Milímetros Por Revolución (millimeters per revolution) Distancia en milímetros que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Milímetros por revolución (mm/rev) es una medición métrica para la avance en el torno.

Pi (pi) Valor constante especial que relaciona el diámetro de un círculo a su circunferencia. Pi, aproximadamente 3.14, se usa para determinar la circunferencia y área de un círculo.

Pies Superficiales Por Minuto (surface feet per minute) Distancia en pies que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorren en un minuto. Pies superficiales por minuto (sfm) es una medición inglesa para la velocidad.

Potencia (horsepower) Unidad de energía que se usa para describir la fuerza de una máquina. Una máquina con potencias aumentadas tiene un husillo que puede ejercer una mayor cantidad de fuerza.

Profundidad De Corte (depth of cut) Espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte.

Programa De Pieza (part program) Serie de instrucciones numéricas usadas por una máquina de CNC para realizar la secuencia de operaciones necesaria para maquinar una pieza de trabajo específica. 

Pulgadas Por Minuto (inches per minute) Distancia en pulgadas que la herramienta o pieza de trabajo completa avanzan en un minuto. Pulgadas por minuto (ipm) es una medida inglesa para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Pulgadas Por Revolución (inches per revolution) Distancia en pulgadas que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Pulgadas por revolución (ipr) es una medida inglesa para el avance del torno.

Revoluciones Por Minuto (revolutions per minute) Número de revoluciones que un husillo o herramienta de corte completan en un minuto. Las revoluciones por minuto (rpm) es una medición de velocidad en los sistemas inglés y métrico.

Torno Paralelo (engine lathe) El tipo original y más básico de torno manual que se utiliza para producir piezas de trabajo cilíndricas.

Velocidad (speed) Tasa a la cual la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de corte pasan una a otra en el punto de contacto. La velocidad típicamente define un movimiento giratorio.

Velocidad Constante De Superficie (constant surface speed) Modo de un torno de CNC que ajusta las rpm del husillo conforme la herramienta se recorre hacia el eje del husillo y cuando se aleja de éste.

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Class Outline Objetivos Importancia de la velocidad y el avance Factores que determinan la velocidad y el avance Fuentes de referencia para velocidad y avance Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC Selección de la velocidad para el torno Velocidad constante de superficie Selección del avance para el torno Ejemplo con el torno Selección de la velocidad para la fresadora Selección del avance para la fresadora Ejemplo con la fresadora Optimización de velocidades y avances Resumen

 

Lesson: 1/14 Objetivos

 

Lesson: 2/14 Importancia de la velocidad y el avance

 

Lesson: 3/14 Factores que determinan la velocidad y el avance

 

Lesson: 4/14 Fuentes de referencia para velocidad y avance

 

Lesson: 5/14 Máquinas manuales en comparación con máquinas de CNC

 

Lesson: 6/14 Selección de la velocidad para el torno

 

Lesson: 7/14 Velocidad constante de superficie

 

Lesson: 8/14 Selección del avance para el torno

 

Lesson: 9/14 Ejemplo con el torno

 

Lesson: 10/14 Selección de la velocidad para la fresadora

 

Lesson: 11/14 Selección del avance para la fresadora

 

Lesson: 12/14 Ejemplo con la fresadora

 

Lesson: 13/14 Optimización de velocidades y avances

 

Lesson: 14/14 Resumen

 

Class Vocabulary

Selección de velocidad y avance 300

l Describa las relaciones entre velocidad de corte, dureza de pieza de trabajo y calor.

l Liste las variables que afectan la selección de velocidad y avance. l Describa las fuentes de información adecuadas para seleccionar velocidades y avances. l Distinga entre la selección de velocidad y avance para máquinas manuales y máquinas de CNC. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar la velocidad en el torno.

l Describa la relación entre velocidad constante de superficie y rpm. l Distinga las diversas unidades que se utilizan para determinar el avance en el torno.

l Determine el valor correcto de velocidad en el torno usando la fórmula apropiada. l Determine el valor correcto de velocidad en la fresadora usando la fórmula apropiada. l Distinga las diversas unidades utilizadas para determinar el avance en la fresadora.

l Determine el valor correcto de avance en la fresadora usando la fórmula adecuada. l Identifique factores comunes que necesitan ajustes a los valores de velocidad y avance.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el espesor de la viruta removida poruna pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Toda operación de maquinado requiere de la selección de velocidad y avance adecuados para asegurar la mejor productividad, vida útil de la herramienta y calidad de la pieza. Las operaciones decorte generan una cantidad significativa de calor. En cada material de herramienta de corte, el exceso de calor lleva a un desgaste excesivo de herramienta, lo cual se muestra en la figura 1. Conforme se incrementa la velocidad de corte, el calor también se incrementa. Cada tipo de materialde herramienta de corte tiene su rango de calor propio y adecuado que puede soportar y aún desempeñarse efectivamente. Además de las diferencias en el material de herramienta, cada materialde pieza de trabajo ofrece su propia dureza. La figura 2 compara los valores de dureza para materiales de pieza de trabajo comunes. Un incremento en la dureza de la pieza de trabajo lleva a un incremento de calor para la herramienta de corte. Al seleccionar velocidad y avance para una operación de corte específica, usted debe considerar tanto la pieza de trabajo como el material de laherramienta. Esta clase le enseñará cómo seleccionar la velocidad y avance apropiados para las operaciones básicas de torneado y refrentado. También aprenderá cómo convertir las unidades de fuentes de referencia que seleccione a variables de velocidad y avance que pueda utilizar en la máquina.     

Figura 1. Las velocidades y los avances adecuados ayudan a controlar el desgaste de la herramienta, el cual se muestra en esta vista amplificada del filo de corte.

Figura 2. Los diversos materiales de pieza de trabajo ofrecen diferentes valores de dureza que afectan las velocidades y avances.

Como puede ver en la figura 1, múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Algunas variables son menos obvias que otras. Por ejemplo, toda operación de maquinado es afectada por:

l El tipo de material de la pieza de trabajo. Los materiales más duros son más difíciles de maquinar y típicamente requieren de velocidades y avances más conservadores.

l El tipo de material de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros pueden soportar incremento en desgaste más elevado y temperaturas elevadas.

l El acabado superficial requerido. Los acabados superficiales mejorados requieren de

velocidades más rápidas y avances menos agresivos. l El tipo de geometría de herramienta. Diferentes ángulos de inclinación y ángulos de posición 

proporcionan un intercambio entre resistencia del filo para avances aumentados y fuerzas de corte reducidas.

l El tipo de máquina herramienta. La máquina manual y la máquina de CNC proporcionan

potencia, rigidez y velocidades de husillo significativamente diferentes.

l El tipo de preparación para sujeción del trabajo. La rigidez y fuerza de sujeción mejoradas de un dispositivo de sujeción de trabajo permite velocidades de corte y avances más rápidos.

Dependiendo de la situación, puede ser que no le sea posible cambiar algunas de estas variables. Puede ser que usted solamente tenga una máquina herramienta disponible que proporcione menos rigidez o potencia. Puede que no haya tiempo o recursos para desarrollar una sujeción de trabajo hecha a la medida para una corrida pequeña de producción. Ya sea que pueda o no controlar estas variables, usted debe tomar en consideración su impacto en el maquinado al determinar sus velocidades y avances.

    

Figura 1. Múltiples factores determinan la selección de velocidad y avance adecuados.

Aunque cada operación de maquinado se ve afectada por una amplia gama de variables, lo primordial de la selección de velocidad y avance se encuentra el tipo específico de operación de maquinado y la combinación de pieza de trabajo y material de herramienta. De hecho, las fuentes de referencia proporcionan tablas organizadas con esta información. Por ejemplo, la figura 1 muestra una tabla listando velocidades y avances para tornear una pieza de trabajo de acero de bajo carbono con un grado específico de insertos de carburo. Para operaciones de rutina, las tablas de maquinado y los materiales de referencia le proporcionan un punto de partida razonable para seleccionar velocidades y avances. La mayoría de los talleres deben contar con un manual general que contenga esta información. Sin embargo, la fuente de referencia preferente es el catálogo del fabricante específico de herramientas de corte. Como puede ver en la figura 2, numerosos fabricantes ofrecen catálogos sobre sus herramientas específicas. En términos generales, usted ha de encontrar que los materiales de pieza de trabajo más duros y difíciles exigen velocidades iniciales de husillo más lentas. Los materiales de referencia simplemente le proporcionan un rango o punto de partida aceptable para las velocidades y los avances. Estas variables deben entonces ajustarse y optimizarse conforme usted continúa con la corrida de producción.

    

Figura 1. Tabla artificial para un material de pieza de trabajo específico que organiza velocidades y avances de acuerdo con el material de herramienta y tipo de corte.

Figura 2. El catálogo del fabricante de herramientas específico es la mejor referencia a utilizar para la selección de velocidad y avance.

Los enfoques tradicionales de maquinado se basan en máquinas manuales tales como el torno paralelo básico y la fresadora de columna y codo, las cuales se muestran en las figuras 1 y 2. Muchas compañías todavía usan estas máquinas en sus cuartos de herramientas para corridas cortas de producción y para trabajos sobre medida. Para máquinas manuales, la velocidad o el avance correcto implica más "arte" que "ciencia". Los operadores de máquinas se basan en su experiencia e instinto en la operación para juzgar correctamente la velocidad de husillo y el avance de herramienta. Las compañías modernas dependen cada vez más de máquinas de CNC. La figura 3 muestra un torno CNC. Las máquinas de CNC ofrecen mayor potencia, velocidades de husillo más rápidas y mayor rigidez. A diferencia de las máquinas manuales, las máquinas de CNC proporcionan un espacio cerrado que contiene las virutas y fluido de corte. En consecuencia, las velocidades y los avances de una máquina de CNC son mucho mayores que las que usted puede ver en una máquina manual. Debido a que un programa de pieza ejecuta todas las operaciones de maquinado de una máquina de CNC, usted debe programar o seleccionar un valor específico de avance y velocidad. Usted no puede actuar por "instinto" o depender de sus sentidos por que de esta manera queda fuera del proceso. Debido a que los avances de herramientas son automatizados, una variable de velocidad oavance incorrecta puede dañar la pieza de trabajo o la máquina herramienta o inclusive lesionar al operador. Las máquinas de CNC requieren de una sólida comprensión de la selección adecuada de velocidad y avance.

    

Figura 1. Esta fresadora de columna y codo manual tiene un espacio de trabajo abierto.

Figura 2. Un operador puede usar un "sentido de instinto" para operar un torno paralelo manual.

Figura 3. La mayoría de las máquinas de CNC tiene un espacio cerrado y ofrece mayor potencia que las máquinas manuales.

En un torno, la velocidad determina lo rápido que la pieza de trabajo gira en el husillo. Existen dos maneras de medir la velocidad: revoluciones por minuto (rpm) o pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Aunque ambas variables describen la razón de la rotación del husillo, cada tipo de variable de velocidad se basa en diferentes factores. Revoluciones por minuto es una medición directa de cuántas veces gira el husillo en un minuto. No está afectado por el diámetro de la pieza de trabajo opor la ubicación de la herramienta. Pies superficiales por minuto miden lo rápido que la pieza de trabajo pasa bajo la herramienta en el filo de corte. Como puede ver en la figura 1, esta velocidad depende del tamaño de la pieza de trabajo y de la ubicación de la herramienta. Si rpm permanece igual, los pies superficiales por minuto disminuyen conforme el tamaño de la pieza de trabajo tamaño disminuye. Una pieza de trabajo de diámetro menor "viaja" menos pies superficiales que una pieza de trabajo de diámetro mayor. Una fórmula sencilla le ayuda a convertir rpm a sfm. Debe conocer dos valores: rpm y diámetro de la pieza de trabajo en pulgadas. Como puede usted ver en la figura 2, para encontrar sfm, usted multiplica el diámetro por el valor rpm y luego divide la constante 3.82. La constante 3.82 representa 12 pulgadas divididas entre pi y ayuda a convertir de pulgadas a pies. Para unidades métricas, se utiliza una fórmula similar para convertir rpm a m/min. La figura 3 muestra los equivalentes métricos para conversiones de velocidad en el torno. En unidades métricas, la constante es 318.3, lo cual representa 1000 mm divididos entre pi.

    

Figura 1. Si rpm permanece igual, sfm (o m/min) disminuye conforme el diámetro disminuye y la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

El tipo de operación de corte que se realiza en el torno determina el tipo de variable de velocidad que debe conocer. Las operaciones como torneado, refrentado y mandrinado se programan en sfm (m/min) porque la herramienta se puede mover hacia la línea central y alejarse de ella. Las operaciones como taladrado y roscado requieren de velocidades a rpm constantes porque la herramienta se posiciona ya sea en el línea central del eje o permanece a igual distancia del eje. En un torno manual, la velocidad de husillo permanece relativamente constante. Sin embargo, los tornos de CNC son capaces de ajustar la velocidad de husillo durante la operación. Si la velocidad seprograma en sfm, la rotación del husillo se incrementa conforme la herramienta se acerca a la línea central. A esta función se le llama velocidad constante de superficie (CSS por sus siglas en inglés) y mantiene una constante de pies superficiales por minuto durante el corte. Las figuras 1 y 2 comparan valores de velocidad sin CSS y con CSS. Si se está ejecutando taladrado o roscado, el programa requiere de un valor de rpm constante sin CSS. Los códigos especiales del programa indican al torno de CNC qué valor de velocidad se está ejecutando. Las tablas de referencia proporcionadas por los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan velocidades en sfm y smm. Usted puede utilizar este valor de manera directa de las tablas de referencia para operaciones de torneado de rutina. Por medio de la fórmula para convertir de sfm o m/min a rpm, puede determinar la razón de rotación del husillo en rpm paraun diámetro de pieza de trabajo dado.

    

Figura 1. Si no se utiliza CSS, rpm permanece constante y sfm disminuye conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Figura 2. Si se utiliza CSS, sfm permanece constante y las rpm del husillo se incrementan conforme la herramienta se acerca a la línea central.

Al igual que los valores de velocidad, la selección del avance para el torno es relativamente sencilla. La mayoría de las velocidades de avance se dan en pulgadas por revolución (ipr) o milímetros por revolución (mm/rev). Este valor representa hasta dónde recorre la herramienta con cada rotación completa del husillo. En términos generales, si la pieza de trabajo está girando, la velocidad de avance se mide en ipr (mm/min). Este es el caso de la operación de taladrado que se muestra en la figura 1. Si lo que estágirando es la herramienta, el avance se mide ya sea en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). Éste es el caso si usted está taladrando o fresando con herramientas motorizadas en el torno. Los fabricantes de herramentales para torno típicamente proporcionan un rango de velocidades de avance recomendadas en ipr y mm/rev para combinaciones específicas de herramientas y pieza de trabajo. Introducir este valor es muy sencillo y no requiere de conversiones. Para la mayoría de las aplicaciones, usted debe primero seleccionar la profundidad de corte más pesada posible. Después de seleccionar la profundidad del corte, la velocidad de avance preferente es tan fuerte como sea posible. Las velocidades de avance más elevadas tienen un efecto menor en el desgaste de la herramienta que las velocidades más elevadas. Sin embargo, en algún punto, una velocidad deavance demasiado fuerte estanca la máquina herramienta.

    

Figura 1. Si la pieza de trabajo está girando, lavelocidad de avance se programa, ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev).

Para comprender las variables de velocidad y avance en el torno, considere este ejemplo específico. Usted está torneando una pieza de trabajo de 1.500 pulg. de diámetro hecha de acero al carbono simple 1020. El primer corte es una operación de desbastado con una profundidad de corte de 0.16 pulg. Usted también sabe que la velocidad de husillo es 3311 rpm y que la velocidad de avancees 0.016 ipr. ¿Son éstas las variables adecuadas para su operación de torneado? El catálogo del fabricante es un recurso valioso para encontrar velocidades de corte y avances. Mediante la tabla que compara la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo, debe serle posible encontrar los avances listados en ipr y mm/rev. La tabla en particular de la figura 1 le indica que la velocidad de avance de 0.016 ipr es aceptable. Para su velocidad, usted conoce las rpm del husillo. Sin embargo, los catálogos de herramientas típicamente listan las velocidades en sfm y m/min. Si usted utiliza la fórmula que se muestra en la figura 2, puede convertir las rpm del husillo a sfm. Usted conoce el diámetro (1.5 pulg.) y rpm (3311) de la pieza de trabajo. Si multiplica el diámetro y las rpm y luego divide entre la constante 3.82, determina que la velocidad es aproximadamente 1300 sfm. Una rápida revisión al catálogo del fabricante le indica que esto se encuentra dentro del rango de velocidad recomendado para esta combinación de herramienta y material de pieza de trabajo.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra, los rangosadecuados para valores de velocidad y avance se proporcionan en sfm e ipr.

Figura 2. Muestra de cálculos para encontrar sfm y determinar velocidad de superficie.

La selección de velocidad y avance para la fresadora no es tan sencilla como lo es determinar las mismas variables en el torno. Para la fresadora, la velocidad siempre se mide en revoluciones por minuto (rpm). Esto es correcto para unidades tanto inglesas como métricas. Sin embargo, los fabricantes de herramienta de fresado proporcionan velocidades recomendadas en términos de piessuperficiales por minuto (sfm) y metros por minuto (m/min). La figura 1 compara dos herramientas con las mismas rpm, pero diferentes velocidades de superficie. Usted tiene que convertir estas velocidades en valores de rpm. Como puede usted ver en las figuras 2 y 3, las mismas fórmulas que se utilizan para convertir valores de velocidad para el torno aplican a las conversiones de velocidad en la fresadora. La diferencia clave es que usted trata con el diámetro de una herramienta en lugar del diámetro de unapieza de trabajo. Como usted utiliza típicamente herramientas de corte con diferentes diámetros, pueden requerirse de diferentes valores de rpm para herramientas que utilizan el mismo material deherramienta de corte. Como puede ver en la figura 4, si tiene un cortador con diámetro de 3.00 pulg. con una velocidad recomendada de 2200 sfm, la velocidad de husillo correcta es 2801.33 rpm. Ya sea que la herramienta se utilice para el torno o para la fresadora, los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tablas organizadas por combinaciones de material de herramientas y material de piezas de trabajo.

    

Figura 1. Dos fresadoras con diferentes diámetros girando a las mismas rpm tienen diferentes velocidades de superficie.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 4. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar la velocidad del husillo.

La selección del avance en la fresadora es más complejo que para el torno. La velocidad de avance programada en una fresadora de CNC es en pulgadas por minuto (ipm) o en milímetros por minuto (mm/min). Este valor determina la longitud que la herramienta recorre en un minuto. Sin embargo, los fabricantes de herramientas de corte típicamente proporcionan velocidades de avance como avance por diente (fpt), ya sea en pulgadas o milímetros. La figura 1 ilustra cómo se mide elavance por diente. A este valor también se le llama carga de viruta. El avance por diente permite a los fabricantes de herramientas recomendar velocidades de avance para un amplio rango de herramientas con diferentes diámetros o número de dientes de corte. Estevalor también determina el mejor grosor de viruta para asegurar que el calor sea alejado junto con la viruta y para mantener buen control de la viruta. Al determinar una velocidad de avance de fresadora para la máquina, usted debe convertir de avance por diente a avance por revolución (fpr), ya sea en pulgadas o milímetros. El avance por revolución se incrementa con el número de dientes en la cortadora. Entre más dientes tenga la cortadora, más rápido se incrementa la avance por revolución. Finalmente, usted debe convertir el valor fpr a ipm o a mm/min para determinar la velocidad final de avance que usted selecciona en la máquina. Las fórmulas que se muestran en las figuras 2 y 3 le ayudan a convertir rápidamente de fpt a ipm oa mm/min. Para determinar la velocidad de avance, usted debe conocer el avance por diente (fpt), elnúmero de dientes de la cortadora (T) y la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Multiplicando estas variables, puede determinar la velocidad de avance en ipm o en mm/min, dependiendo de si está trabajando con unidades inglesas o métricas.

    

Figura 1. El avance por diente indica la carga de viruta o el grosor de la viruta removida por una pasada de un solo diente de corte.

Figura 2. Fórmulas inglesas de fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 3. Fórmulas métricas de fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Para comprender cómo trabajan las velocidades y los avances en la fresadora, considere este problema de muestra. Piense que está refrentando una pieza cuadrada de aluminio de 4.000 pulg. Se le indica que la fresa de refrentado recomendada es una cortadora de 6.300 pulg. de diámetro con 8 dientes de corte. De acuerdo con la tabla del fabricante de muestra que se presenta en la figura 1, una buena velocidad de arranque es 1500 sfm, con una velocidad de avance de 0.010 ipt. ¿Cómo determina la velocidad y la avance correctas para programar en una fresadora de CNC? Para determinar la velocidad programada, debe convertir sfm a rpm. Usted sabe que la velocidad recomendada es 1500 sfm y el diámetro de la cortadora es 6.300 pulgadas. Colocando estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 2, usted determina que la velocidad de husillo es aproximadamente 909.52 rpm. Ahora que conoce las rpm, puede convertir el avance por diente al avance programable en pulgadas por minuto. El catálogo del fabricante recomienda 0.010 fpt como un buen punto de arranque. Usted también sabe que la herramienta de corte tiene 8 dientes y que la velocidad es 909.52 rpm. Si coloca estos valores en la fórmula que se muestra en la figura 3, determina que el avance programable es 72.76 ipm. Tanto el valor de velocidad de 909.52 rpm y el valor de avance de 72.76 ipm aparecen como números programados que se utilizan en el programa de pieza real.

    

Figura 1. En esta tabla de muestra se proporcionan rangos adecuados para velocidady avance en sfm e ipt.

Figura 2. Cálculos de muestra para encontrar rpm y determinar velocidad de husillo.

Figura 3. Cálculos de muestra para encontrar ipm y determinar avance.

Los catálogos de fabricantes meramente le proporcionan un rango práctico de variables de velocidad y avance. Sin embargo, recuerde que numerosos factores afectan toda operación de maquinado específica. Es imposible saber con completa certeza la mejor variable de velocidad y avance desde el principio. Un adecuado maquinado implica un cuidadoso monitoreo de las operaciones de maquinado. Como puede usted ver en la figura 1, usted típicamente ajusta estas variables a través de la corrida de producción para maximizar la combinación de desgaste de la herramienta, tiempo de ciclo y acabado superficial. Si el desgaste de la herramienta es demasiado, asegúrese de inspeccionar su herramental. ¿Sus herramientas de corte están operando de manera concéntrica o están descentradas? ¿Sus brocas están desviándose y dejando agujeros ovalados? ¿La longitud de la herramienta es demasiada y lleva a vibración? Un examen del herramental puede detectar una fuente que lleva a una vida deficiente de la herramienta. La figura 2 resume sólo unos cuantos de los posibles problemas de maquinado y sus causas posibles. Recuerde que la velocidad tiene un gran impacto en el desgaste de la herramienta. Si la herramienta de corte se desgasta a una tasa excesiva, una consideración razonable es reducir la velocidad de corte. Algunas fuentes de referencia proporcionan rangos adecuados de velocidad que definen puntos de arranque razonables, con otros rangos de velocidad para optimizar un proceso de corte. Al igual que la velocidad, las fuentes de referencia recomiendan velocidades de avance como un rango adecuado. Para muchas operaciones, lo mejor es primero maximizar la velocidad de avance y luego ajustar la velocidad. Para operaciones de fresado, raras veces debe usted tener un avance por diente menor que 0.003 pulg. (.075 mm) o que exceda 0.012 pulg. (0.3 mm). Las velocidades de avance demasiado elevadas pueden llevar a una presión excesiva de la herramienta y a socavadoo a un corte en exceso.

    

Figura 1. Puede ser que los valores de velocidad y avance tengan que ser ajustados durante una corrida de producción para mejorar la vida de la herramienta o el acabado superficial.

Figura 2. Los operadores experimentados aprenden cómo ajustar velocidades y avances si observan problemas durante el maquinado.

La selección adecuada de velocidad y avance es necesaria para maximizar la vida de la herramienta, la productividad y el acabado superficial. Múltiples variables afectan la selección de velocidad y avance. Sin embargo, estas variables son determinadas ante todo por la operación específica y por la combinación de herramienta y material de pieza de trabajo. Mientras que las máquinas manuales, como el torno paralelo y la fresadora de columna y codo requieren de un sentido de "instinto" del operador, las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y avance específicos programados. En el torno, la velocidad se mide ya sea en revoluciones por minuto (rpm) o en pies superficiales por minuto (sfm). El equivalente métrico de sfm es metros superficiales por minuto (m/min). Si rpmpermanece constante, sfm o m/min disminuyen conforme la herramienta se acerca a la línea central.Sin embargo, la velocidad constante de superficie (CSS) ajusta las rpm del husillo para mantener una velocidad constante de superficie. Si la pieza de trabajo está girando, el avance se mide ya sea en pulgadas por revolución (ipr) o en milímetros por revolución (mm/rev). Sin embargo, si la herramienta está girando, el avance se mide en pulgadas por minuto (ipm) o milímetros por minuto (mm/min). En la fresadora, la velocidad una vez más se mide en rpm o ya sea en sfm o m/min. Sin embargo, lavelocidad determina la rotación de la herramienta de corte y no la pieza de trabajo. Los avances de la fresadora difieren del torno por que típicamente se miden en avance por diente. Este valor debe convertirse a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min) para programar el avance correcto en una fresadora de CNC.

    

Figura 1. Fórmulas inglesas para torno para determinar pies superficiales por minuto (sfm) yrevoluciones por minuto (rpm).

Figura 2. Fórmulas métricas para torno para determinar metros por minuto (m/min) y revoluciones por minuto (rpm).

Figura 3. Fórmulas inglesas para fresadora para determinar pulgadas por minuto (ipm).

Figura 4. Fórmulas métricas para fresadora para determinar milímetros por minuto (mm/min).

Term Definition

Avance (feed) Tasa a la que la pieza de trabajo o la herramienta de corte cambian en posición durante la longitud del corte. El avance típicamente define un movimiento lineal o de contorno.

Avance Por Diente (feed per tooth) Grosor del material de viruta que cada filo de corte de la herramienta remueve con una pasada.

Avance Por Revolución (feed per revolution) Distancia lineal que una herramienta avanza durante una rotación de la pieza de trabajo o herramienta de corte. En la fresadora, el avance por revolución (fpr) puede utilizarse para convertir de avance por diente (fpt) ya sea a pulgadas por minuto (ipm) o a milímetros por minuto (mm/min).

Carga De Viruta (chip load) Otro término para avance por diente que se refiere al grosor del material de viruta removido por el filo de corte de una herramienta.

Desbastado (roughing) Pasada de corte que enfatiza altos índices de remoción de material con el posible sacrificio del acabado superficial o de la exactitud.

Dureza (hardness) Capacidad de un material para resistir rayado, indentación o penetración. Los materiales de pieza de trabajo con dureza aumentada generan más calor y son más difíciles de maquinar.

Fresadora De Columna Y Codo (column-and-knee-mill) El tipo de fresadora original y más básico que se utiliza para maquinar piezas de trabajo planas o rectangulares.

Herramientas Motorizadas (live tooling) Herramientas de corte impulsadas mecánicamente, como fresas universales de espiga y taladros, contenidas en la torreta del torno. Las herramientas motorizadas pueden realizar operaciones de maquinado fuera de la línea central de la pieza mientras se sostenga la pieza de trabajo estacionaria en el husillo.

Máquina De CNC (CNC machine) Sofisticada máquina herramienta operada por una computadora que puede realizar múltiples operaciones de maquinado en la misma preparación inicial con una variedad de herramientas. Las máquinas de CNC requieren de valores de velocidad y velocidad de avance programados.

Metros Superficiales Por Minuto (surface meters per minute) Distancia en metros que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorre en un minuto. Metros superficiales por minuto (smm) es una medición métrica para la velocidad.

Milímetros Por Minuto (millimeters per minute) Distancia en milímetros que la herramienta o pieza de trabajo completa avanza en un minuto. Milímetros por minuto (mm/min) es una medición métrica para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Milímetros Por Revolución (millimeters per revolution) Distancia en milímetros que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Milímetros por revolución (mm/rev) es una medición métrica para la avance en el torno.

Pi (pi) Valor constante especial que relaciona el diámetro de un círculo a su circunferencia. Pi, aproximadamente 3.14, se usa para determinar la circunferencia y área de un círculo.

Pies Superficiales Por Minuto (surface feet per minute) Distancia en pies que la superficie de la pieza de trabajo o filo de corte recorren en un minuto. Pies superficiales por minuto (sfm) es una medición inglesa para la velocidad.

Potencia (horsepower) Unidad de energía que se usa para describir la fuerza de una máquina. Una máquina con potencias aumentadas tiene un husillo que puede ejercer una mayor cantidad de fuerza.

Profundidad De Corte (depth of cut) Espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte.

Programa De Pieza (part program) Serie de instrucciones numéricas usadas por una máquina de CNC para realizar la secuencia de operaciones necesaria para maquinar una pieza de trabajo específica. 

Pulgadas Por Minuto (inches per minute) Distancia en pulgadas que la herramienta o pieza de trabajo completa avanzan en un minuto. Pulgadas por minuto (ipm) es una medida inglesa para el avance de una herramienta de corte giratoria en la fresadora o torno.

Pulgadas Por Revolución (inches per revolution) Distancia en pulgadas que la herramienta avanza en una revolución completa de la pieza de trabajo. Pulgadas por revolución (ipr) es una medida inglesa para el avance del torno.

Revoluciones Por Minuto (revolutions per minute) Número de revoluciones que un husillo o herramienta de corte completan en un minuto. Las revoluciones por minuto (rpm) es una medición de velocidad en los sistemas inglés y métrico.

Torno Paralelo (engine lathe) El tipo original y más básico de torno manual que se utiliza para producir piezas de trabajo cilíndricas.

Velocidad (speed) Tasa a la cual la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de corte pasan una a otra en el punto de contacto. La velocidad típicamente define un movimiento giratorio.

Velocidad Constante De Superficie (constant surface speed) Modo de un torno de CNC que ajusta las rpm del husillo conforme la herramienta se recorre hacia el eje del husillo y cuando se aleja de éste.

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