INDICE.
1. INTRODUCCION
- BLOQUES FUNCIONALES
- CADENAS CINEMÁTICAS Y RELACIONES DE TRANSMISIÓN
3.1 Modos de accionamiento
3.2 Relaciones de transmisión
3.2.1 Regulación con escalonamiento
3.2.2 Regulación continua
- MOVIMIENTOS FUNDAMENTALES
- ACCIONES SOBRE LAS CIMENTACIONES
- MEDIOS E INSTALACIONES AUXILIARES A LAS MÁQUINAS
6.1 Alimentación eléctrica
6.2 Instalación de refrigeración y lubricación
6.3 Instalación neumática
1. INTRODUCCIÓN
Si observamos cualquier máquina, veremos que está formada por un conjunto de piezas elementales u órganos acoplados entre sí, cuyas superficies de contacto son casi siempre muy sencillas (planas, cilíndricas, cónicas, helicoidales…) obtenidas estas por mecanizado. Es decir, se hace penetrar en la pieza, cerca de la superficie el filo de una herramienta acoplada a una máquina. El movimiento relativo de la pieza y la herramienta provoca el arranque de una delgada capa de material en forma de viruta.
Las máquinas-herramientas por tanto son aquellas, que mediante una herramienta o útil, dan forma a una preforma desprendiéndose virutas metálicas durante el proceso.
2. LAS MÁQUINAS HERRAMIENTAS
Se puede considerar que las máquinas herramientas modernas datan de 1775, año en el que el inventor británico John Wilkinson construyó una taladradora horizontal que permitía conseguir superficies cilíndricas interiores. Durante el siglo XIX se alcanzó un grado de precisión relativamente alto en torno, fresadoras, taladradoras…etc. Durante los albores del siglo XX aparecieron máquinas herramientas más grandes y de mayor precisión. A partir de 1920 estas máquinas se especializaron y entre 1930 y 1950 se desarrollaron máquinas más potentes y rígidas que aprovechaban los nuevos materiales de corte desarrollados en aquel momento.
Algo más tarde nace el concepto de control numérico que se generaliza en los años 80 y se beneficia del avance de la informática. Con el control numérico y su extensión a todo tipo de máquinas nace el concepto de centro de mecanizado, que es una máquina que es capaz de realizar las funciones de otras de diferente tipo, tornea, fresa, madrina, taladra… Todo ello con un control centralizado.
En definitiva las máquinas herramientas son la base de la industria moderna utilizándose directa o indirectamente para conformar infinidad de piezas de máquinas y/o herramientas mediante el arranque de material metálico generalmente a partir de una preforma.
- BLOQUES FUNCIONALES
3.1 Elementos estructurales
Todas las m-h constan de: bancada, guías, accionamientos, mecanismos, elementos de maniobra y accesorios.
a. Bancada. También llamada bastidor o montante, en ella descansan los grupos constructivos (mecanismos, carros, mesas…) que soportan, sujetan y mueven las piezas y las herramientas. Las bancadas suelen ser muy robustas y fabricadas de fundición.
b. Mediante las guías se desplazan las herramientas y las piezas. Han de poseer gran precisión pues de ellas depende en gran medida la calidad final de la pieza.
Como guías rectas podemos nombrar las de cola de milano, las planas, las prismáticas, redondas…etc. También existen guías rectas con cuerpos rodantes interpuestos (bolos, rodillos…etc.)
Como guías giratorias consideraremos los cojinetes o asientos que trabajan por deslizamiento o rodadura.
c. Accionamiento. La máquina necesita de una fuerza motriz que genere el movimiento inicial. Generalmente es un motor eléctrico el realiza esta función.
d. Mecanismo. El mecanismo de la máquina transmite y/o convierte el movimiento generado por el accionamiento. Estas transmisiones pueden ser de tipo mecánico (correas, engranajes) de tipo hidráulico o neumático.
e. Elementos de maniobra. Mediante ellos, variamos las posiciones, movimientos, velocidades y demás parámetros que afectan al proceso. Los elementos de maniobra son los volantes, palancas, pulsadores y demás partes que actúan sobres los movimientos de conexión.
f. Accesorios. Entre los accesorios pueden considerarse, entre otros, las instalaciones de refrigeración y lubricación, iluminación, aire comprimido para pistolas de limpieza…etc.
- CADENAS CINEMÁTICAS Y RELACIONES DE TRANSMISIÓN
4.1 Modos de accionamiento
Como decimos, el accionamiento de la máquina es la fuerza motriz que inicia el movimiento de la misma. Este movimiento puede ser transmitido a la máquina desde una instalación general o bien la máquina puede disponer de un motor independiente.
La tendencia desde hace varias décadas es utilizar este último tipo de accionamiento en pro del cual abogan muchas razones:
I. Permite a la máquina gran autonomía, de modo que su funcionamiento, al ser independiente del conjunto, puede actuar o pararse sin perturbar el conjunto. .
II. Al no existir más transmisiones que las propias, internas de la máquina, se mejoran los rendimientos y se puede operar con mayores potencias.
III. Son susceptibles de instalarse en cualquier lugar.
IV. Al no funcionar en vacío, se aprovecha al máximo la potencia disponible.
4.2 Relaciones de transmisión
Independientemente del sistema de accionamiento utilizado, la velocidad de mecanizado de una pieza varía con respecto a la del motor que acciona el movimiento de la máquina.
La velocidad con que una pieza va a ser torneada, por ejemplo, debe ser regulada ya que piezas distintas (por el material de la pieza, por sus dimensiones, por el útil…etc.) se mecanizan a diferentes velocidades.
Esta velocidad puede ser regulada escalonadamente (100, 200,300…rpm) o de forma continua (de cero a un número máximo de rpm, pasando por todos los valores posibles).
4.2.1 Regulación con escalonamiento
En los sistemas escalonados, se adscribe cada máquina a una gama de velocidades, de forma que se construye la misma de modo que sus valores formen una progresión aritmética o geométrica.
A la razón de de cada progresión se le conoce con el nombre de factor de escalonamiento (φ). Las normas aconsejan unos valores de φ dependiendo del tipo de máquina.
Está probado que la gama de progresión geométrica es más apropiada que la aritmética si se trata de velocidades de corte, mientras que es indiferente en lo que ataña a velocidades de avance.
Los mecanismos físicos utilizados para regular escalonadamente las velocidades son:
Mecanismos de poleas escalonadas, las reducciones están escalonadas según una serie geométrica. Mediante el posicionamiento de la correa en una u otra polea de diferentes diámetros se consiguen diferentes relaciones de transmisión. Es un procedimiento sencillo y barato, si bien no es muy preciso y se pierde tiempo por el desplazamiento de la correa.
Mecanismos de engranajes. Para potencias altas y para mayor constancia en las relaciones de transmisión se usan mecanismos de engranajes en lugar de poleas escalonadas.
Cuando se trata sólo de cambio en la magnitud de la velocidad se usan ruedas cambiables, desplazables y con acoplamiento.
Sistemas más completos de regulación son el mecanismo de chaveta desplazable y el Norton.
En el mecanismo Norton un piñón montado sobre un eje oscilante engrana con una de las ruedas de cono de engranajes. El piñón motor corre a lo largo del eje y transmite su movimiento a las ruedas del cono Norton por medio de un piñón intermedio.
Este método de transmisión recibe su nombre a raíz de que fue utilizado por primara vez en los tornos Hendbey-Norton.
Mecanismos eléctricos, la velocidad se puede escalonar en el propio motor de accionamiento cambiando el número de polos del estator. Es muy poco habitual y las velocidades obtenidas no son convenientes.
4.2.2 Regulación continua
Debido a las ventajas que presenta la regulación continua de las velocidades, actualmente la mayoría de m-h actúan de esta forma. Entre las ventajas principales podemos citar:
ÞSe mejora la calidad de las superficies.
ÞSe observa de forma exacta la duración de las herramientas de corte, previamente determinadas.
ÞEl trabajo ideal de un sistema de regulación continua consiste en aprovechar la potencia motriz máxima, cualquiera que sea el número de revoluciones. Esta condición la satisfacen los medios de reducción eléctricos, mecánicos e hidráulicos.
Mecanismos de eléctricos. Junto con la reducción hidráulica es con diferencia la forma más habitual de regular la velocidad de las máquinas-herramientas.
En los motores de corriente alterna (los más usados) la regulación se hace a través de variadores de frecuencia de la corriente de alimentación. Se consiguen así altas prestaciones.
Mecanismos de reducción hidráulicos. Están constituidos por una bomba hidráulica que genera un flujo de aceite que hace girar un hidromotor. Mediante el descentramiento del eje del hidromotor puede elevarse o bajarse la velocidad de rotación de forma continua.
Estos mecanismos permiten efectuar una reducción de velocidad entre límites muy amplios, si bien en la práctica se limita por la disminución de rendimiento. Hasta los pequeños movimientos pueden ser controlados con seguridad, por lo que estos mecanismos también son apropiados para mecanizados de precisión.
Mecanismos de reducción mecánicos. Fueron los más usados, si bien son imprecisos y generan más averías. Entre ellos podemos citar las poleas-conos, las poleas con diámetro variable y mecanismos de fricción formados por ruedas y platos de fricción.
- MOVIMIENTOS FUNDAMENTALES
El movimiento relativo de pieza y herramienta se traduce en la aparición de dos trayectorias elementales combinadas: una de movimiento rápido, denominada de corte (Mc) y otra de movimiento más lento, denominada de avance (Ma). Además de estos, podemos considerar otros dos movimientos: de aproximación, hasta situar la herramienta en el lugar de ataque y de penetración que determina el espesor o profundidad de la capa a arrancar.
Los movimientos de avance y corte pueden aplicarse:
ÞAmbos a la herramienta, inmovilizando la pieza
ÞAmbos a la pieza, inmovilizando ahora la herramienta
ÞUno a la herramienta y otro a la pieza.
La superficie engendrada depende de las trayectorias correspondientes a Ma y Mc:
- Si ambas son rectilíneas, en el mismo plano se obtiene una superficie plana (limadora, cepilladora, mortajadora…etc.).
- Si una es circular y la otra rectilínea, ambas en el mismo plano (refrentado, fresado) la superficie obtenida también es plana.
- Si una es circular y otro rectilíneo, en planos perpendiculares se pueden obtener superficies cilíndricas, cónicas y helicoidales (torneado, taladrado, roscado en el torno…etc.)
- ACCIONES SOBRE LAS CIMENTACIONES
Las fuerzas producidas durante el proceso de mecanizado son transmitidas a través de la bancada de la máquina al suelo sobre el que se apoya. Estas vibraciones pueden ser especialmente perjudiciales para otra máquina-herramienta situada en las proximidades.
Es por esto, que frecuentemente a las máquinas grandes se les construye una cimentación especial e individual para cada máquina.
Esta cimentación, que se llama loseta, va montada sobre un colchón de un material que absorba bien las vibraciones como el caucho.
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- MEDIOS E INSTALACIONES AUXILIARES A LAS MÁQUINAS
Para desarrollar las funciones de las máquinas-herramientas, es necesario que una serie de instalaciones auxiliares como son:
7.1 Alimentación Eléctrica
Las máquinas-herramientas usuales reciben la fuerza motriz en forma de energía eléctrica, accionando uno o varios motores para realizar el mecanizado. Además del accionamiento principal la instalación eléctrica ha de alimentar a las demás fuentes auxiliares como son la bomba del circuito de refrigeración o el compresor de la instalación neumática, si este es propio de la máquina.
Por mínima que sea la potencia de la máquina, éstas se alimentan de corriente trifásica. La conexión del cableado se realiza en cajas con altos índices de protección. Estas cajas eléctricas son propias de cada máquina. Además por motivos de seguridad se han de disponer de dispositivos de corte y protección así como setas de corte manual para emergencias.
7.2 Refrigeración, Lubricación y Engrase
Todos los elementos móviles de las máquinas deben estar convenientemente engrasados y lubricados para su correcto funcionamiento.
Además debe refrigerarse y lubricarse el corte; ambas operaciones se realizan utilizando un mismo fluido.
El la instalación de refrigeración consta de un depósito que contiene el líquido y una bomba generalmente de engranajes, que lo aspira y envía por canalización adecuada hasta la boquilla de salida. Estas boquillas van montadas sobre tubos flexibles para poder orientar adecuadamente el chorro de líquido sobre el corte. Generalmente el fluido refrigerante es filtrado y recirculado.
El mejor refrigerante es el agua, por su elevado calor específico mientras que los mejores lubricantes son las grasas y aceites. De forma más común se usan taladrinas, formadas por agua y emulsiones de aceite en proporciones del 2% hasta el 20%.
7.3 Instalación neumática
El objetivo de la misma es proporcionar aire comprimido a las pistolas que se usarán para expulsar la viruta producida. El compresor puede ser propio de la máquina u obtener el caudal de aire de la instalación del lugar de trabajo. En cualquier caso han de contar como mínimo con:
Compresor, con filtro para evitar impurezas.
Depósito que regula la presión y elimina el agua que pueda condensarse. Además este compresor evita constantes paradas y arranques del compresor.
Válvula de retención, que impide el retroceso del aire hacia el compresor.
- CONCLUSIÓN
En este tema hemos comentado la importancia que han representado y representan las máquinas herramientas para la fabricación de piezas de formas más o menos sencillas, tan numerosas en la industria.
Estas máquinas estarán formadas por un motor eléctrico cuya energía se transmite a la máquina y dentro de esta, un conjunto de mecanismos que permiten la transmisión, transformación y regulación del movimiento. Junto a ellos se disponen de instalaciones auxiliares para asegurar la fuerza motriz y la calidad del corte.