508

Capítulo 2 2 / O p e r a c i o n e s d e m a q u i n a d o y máquinas h e r r a m i e n t a

I

F I G U R A 22.4 Combinación d e formación y generación p a r a c r e a r f o r m a s : a) c o r t e d e r o s c a s e n t o r n o y b) f r e s a d o d e ranura.

a)

b)

22.1 TORNEADO Y OPERACIONES AFINES E l torneado e s u n p r o c e s o d e m a q u i n a d o e n e l c u a l u n a h e r r a m i e n t a d e u n a soi¿ r e m u e v e m a t e r i a l d e l a s u p e r f i c i e d e u n a p i e z a d e t r a b a j o c i l i n d r i c a e n roü . h e r r a m i e n t a a v a n z a l i n e a l m e n t e y e n u n a dirección p a r a l e l a a l e j e d e rotación, c ilustra e n las figuras 21.3a), 21.5 y 22.5. E l t o r n e a d o se l l e v a a c a b o t r a d i c i o n a l m e n t e

Sección 2 2 . 1 / T o r n e a d o y o p e r a c i o n e s a f i n e s

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máquina h e r r a m i e n t a l l a m a d a torno, l a c u a l s u m i n i s t r a l a p o t e n c i a p a r a t o r n e a r l a p i e z a a u n a v e l o c i d a d d e rotación d e t e r m i n a d a c o n a v a n c e d e l a h e r r a m i e n t a y p r o f u n d i d a d d e corte especificados.

1.1 Condiciones de corte en el torneado L a v e l o c i d a d d e rotación e n e l t o r n e a d o s e r e l a c i o n a c o n l a v e l o c i d a d d e c o r t e r e q u e r i d a e n l a s u p e r f i c i e c i l i n d r i c a d e l a p i e z a d e t r a b a j o p o r l a ecuación

d o n d e N = v e l o c i d a d d e rotación, r e v / m i n ; v = v e l o c i d a d d e c o r t e , m / m i n ( f t / m i n ) ; y D = diámetro o r i g i n a l d e l a p i e z a , m ( f t ) . L a operación d e t o r n e a d o r e d u c e e l diámetro d e l t r a b a j o D a l diámetro f i n a l D E l c a m b i o d e diámetro s e d e t e r m i n a p o r l a p r o f u n d i d a d d e c o r t e d: o

g

D= f

Do

Id

f

(22.2)

E l a v a n c e e n e l t o r n e a d o se e x p r e s a g e n e r a l m e n t e e n m m / r e v ( i n / r e v ) . E s t e a v a n c e se p u e d e c o n v e r t i r a v e l o c i d a d d e a v a n c e l i n e a l e n m m / m i n ( i n / m i n ) m e d i a n t e l a fórmula: /, = Nf

(22.3)

donde f = velocidad de avance, m m / m i n (in/min); y / = avance, m m / r e v (in/rev). E l t i e m p o p a r a m a q u i n a r u n a p i e z a d e t r a b a j o c i l i n d r i c a d e u n e x t r e m o a o t r o está dado por r

(22.4)

510

Capítulo 2 2 / O p e r a c i o n e s d e m a q u i n a d o y máquinas h e r r a m i e n t a

donde T = t i e m p o de m a q u i n a d o e nm i n ;y L = longitud de la pieza cilindrica e n U n cálculo más d i r e c t o d e l t i e m p o d e m a q u i n a d o l o p r o p o r c i o n a l a ecuación s i p

fv d o n d e D = diámetro d e l t r a b a j o , m m ( i n ) ; L = l o n g i t u d d e l a p i e z a d e t r a b a j o . / = avance, m m / r e v (in/rev); y v = velocidad de corte, m m / m i n (in/min). C o m o g e n e r a l , s e añade u n a p e q u e ñ a d i s t a n c i a a l a l o n g i t u d a l p r i n c i p i o y a l f i n a l d e La t r a b a j o p a r a d a r m a r g e n a l a aproximación y a l s o b r e r r e c o r r i d o d e l a h e r r a m i e n ' - x . L a v e l o c i d a d volumétrica d e remoción d e l m a t e r i a l s e p u e d e déte c o n v e n i e n t e m e n t e p o r l a ecuación s i g u i e n t e : o

R

M R

=

V d

f

donde R = v e l o c i d a d d e remoción d e m a t e r i a l , m m V m i n ( i n V m i n ) . E n e s t a unidades d e/ s e expresan simplemente c o m o m m ( i n ) ,ignorando e l efecto del t o r n e a d o . A s i m i s m o , se d e b e t o m a r las m e d i d a s necesarias p a r a asegura u n i d a d e s d e l a v e l o c i d a d sean consistentes c o n las átfyd. VR

22.1.2 Operaciones relacionadas con el torneado Además d e l t o r n e a d o , se p u e d e r e a l i z a r u n a g r a n v a r i e d a d d e o p e r a c i o n e s c k e n u n t o r n o . E n l a f i g u r a 22.6 se i l u s t r a n las siguientes: a) Careado. L a h e r r a m i e n t a se a l i m e n t a r a d i a l m e n t e sobre el e x t r e m o de rio para crear u n a superficie plana. b) Torneado ahusado o cónico. E n l u g a r d e q u e l a h e r r a m i e n t a a v a n c e e j e d e rotación d e l t r a b a j o , l o h a c e e n c i e r t o ángulo c r e a n d o u n a f o r n c) Torneado de contornos. E n lugar de que l ah e r r a m i e n t a avance a lo l; r e c t a p a r a l e l a a l e j e d e rotación c o m o e n t o r n e a d o , s i g u e u n c o n t o r n o línea r e c t a , c r e a n d o así u n a f o r m a c o n t o r n e a d a e n l a p i e z a t o r n e a d a . d) Torneado deformas. E n e s t a operación l l a m a d a a l g u n a s v e c e s f o r m a n t i e n e u n a f o r m a q u e se i m p a r t e a l t r a b a j o y se h u n d e r a d i a l m e n t e d e n t : e) Achaflanado. E l borde c o r t a n t e d e l a h e r r a m i e n t a se usa para c o r t a r _ r e s q u i n a d e l c i l i n d r o y f o r m a l o q u e s e l l a m a u n "chaflán". / ) Tronzado. L a herramienta avanza radialmente dentro del trabajo en rotaa* p u n t o a l o largo de s ulongitud, para trozar e le x t r e m o d e l apieza. A . l e l l a m a a l g u n a s v e c e s partición. g ) Roscado. U n a h e r r a m i e n t a p u n t i a g u d a a v a n z a l i n e a l m e n t e a través d e l e x t e r n a d e l a p i e z a d e t r a b a j o e n rotación y e n dirección p a r a l e l a a l . una velocidad de avance suficiente para crear cuerdas roscadas e n c l ^ H h) Perforado. U n a h e r r a m i e n t a d e p u n t a s e n c i l l a a v a n z a e n línea paraléis a ción, s o b r e e l d i á m e t r o i n t e r n o d e u n a g u j e r o e x i s t e n t e e n l a p i e z a . i) Taladrado. E lt a l a d r a d o se p u e d e ejecutar e n u n t o r n o , h a c i e n d o am d e n t r o d e l t r a b a j o r o t a t o r i o a l o l a r g o d e s u e j e . E l escariado se p u e d e similar. j ) Moleteado. É s t a e s u n a operación d e m a q u i n a d o p o r q u e n o i n \ . r i a l . E s u n a operación d e f o r m a d o d e m e t a l q u e s e u s a p a r a p r o d u c i r . o u n patrón e n l a s u p e r f i c i e d e t r a b a j o . L a s h e r r a m i e n t a s d e u n a s o l a p u n t a (sección 2 3 . 3 . 1 ) s e u s a n e n l a operaciones ejecutadas e n tornos. Las herramientas de corte para e l ahusado, contorneado, chaflanado y perforado son herramientas de u n a operación d e r o s c a d o s e e j e c u t a u s a n d o u n a h e r r a m i e n t a p l a n a s e n c i l l a -

Sección 2 2 . 1 / T o r n e a d o y o p e r a c i o n e s a f i n e s

h)

0

511

i)

O t r a s o p e r a c i o n e s d i f e r e n t e s a l t o r n e a d o q u e s e r e a l i z a n e n u n t o r n o : a) c a r e a d o , b) t o r n e a d o a h u s a d o , c) t o r n e a d o d e t o r n e a d o d e f o r m a s , e) a c h a f l a n a d o , f) t r o n z a d o , g) r o s c a d o , h) p e r f o r a d o , /) t a l a d r a d o y j) m o l e t e a d o .

f o r m a d e l a c u e r d a a p r o d u c i r . C i e r t a s o p e r a c i o n e s r e q u i e r e n h e r r a m i e n t a s diferentes a las d e u n a s o l a p u n t a . E l t o r n e a d o d e f o r m a s s e e j e c u t a c o n u n a d e diseño e s p e c i a l l l a m a d a h e r r a m i e n t a de f o r m a . E l perfil de l a f o r m a tallada e n l a h e r r a m i e n t a establece l a f o r m a d e l a p i e z a d e t r a b a j o . U n a h e r r a m i e n t a d e t r o n z a d o e s básicamente u n a h e r r a m i e n t a d e f o r m a . E l t a l a d r a d o s e r e a l i z a m e d i a n t e u n a b r o c a (sección 2 3 . 3 . 2 ) . E l m o l e t e a d o s e e j e c u t a con u n a h e r r a m i e n t a d e m o l e t e a d o que consiste e n dos rodillos formadores endurecidos y m o n t a d o s s o b r e s u s c e n t r o s . L o s r o d i l l o s f o r m a d o r e s t i e n e n e l patrón d e m o l e t e a d o d e s e a d o e n sus superficies. P a r a e j e c u t a r e l m o l e t e a d o , se p r e s i o n a l a h e r r a m i e n t a c o n t r a l a s u p e r f i c i e d e l a p i e z a r o t a t o r i a c o n l a presión s u f i c i e n t e p a r a i m p r i m i r e l patrón s o b r e l a s u p e r f i c i e d e trabajo.

I torno mecánico E l t o r n o básico u s a d o p a r a t o r n e a d o y o p e r a c i o n e s a f i n e s e s u n torno mecánico. E s u n a máquina h e r r a m i e n t a m u y versátil q u e s e o p e r a e n f o r m a m a n u a l y s e u t i l i z a a m p l i a m e n t e e n producción b a j a y m e d i a . E l término máquina ( e n g i n e e n inglés) s e originó e n e l t i e m p o e n q u e e s t o s m e c a n i s m o s e r a n m o v i d o s p o r máquinas d e v a p o r .

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Capítulo 2 2 / O p e r a c i o n e s d e m a q u i n a d o y máquinas h e r r a m i e n t a Cabezal

Controles de velocidad

Contrapunto

Controles de avance

Carro transversal F I G U R A 22.7 D i a g r a m a d e u n t o r n o mecánico, e n q u e se indican sus c o m p o n e n t e s principales.

Carro principal Guías Tornillo guía (roscado)

Bancada

Tecnología del torno mecánico. L a f i g u r a 2 2 . 7 e s u n d i a g r a m a d e u n t o r n o m¿ e l q u e s e m u e s t r a n s u s c o m p o n e n t e s p r i n c i p a l e s . E l cabezal contiene la unidad de sión q u e m u e v e e l h u s i l l o q u e h a c e g i r a r a l t r a b a j o . O p u e s t a a l c a b e z a l está e l cora e n e lc u a l se m o n t a u n c e n t r o p a r a sostener e l o t r o e x t r e m o d e l a p i e z a d e trabaje L a h e r r a m i e n t a d e c o r t e e s s o s t e n i d a p o r u n a torreta q u e s e e n c u e n t r a fija transversal, q u e s e e n s a m b l a a l carro p r i n c i p a l . E l c a r r o p r i n c i p a l s e diseña p a r . : s o b r e l a s guías d e l t o r n o a f i n d e h a c e r a v a n z a r l a h e r r a m i e n t a paralélame! rotación. L a s guías s o n u n a e s p e c i e d e r i e l e s a l o l a r g o d e l o s c u a l e s s e m u e v e d < están h e c h a s c o n g r a n precisión p a r a l o g r a r u n a l t o g r a d o d e p a r a l e l i s m o r e s p e , h u s i l l o . L a s guías s e c o n s t r u y e n s o b r e l a bancada del torno que provee u n armare p a r a l a máquina h e r r a m i e n t a . E l c a r r o s e m u e v e p o r m e d i o d e u n t o r n i l l o guía q u e g i r a a l a v e l o c i d a d p r o b t e n e r l a v e l o c i d a d d e a v a n c e d e s e a d a . E l c a r r o t r a n s v e r s a l está diseñado p a r í e n u n a dirección p e r p e n d i c u l a r a l m o v i m i e n t o d e l c a r r o . P o r t a n t o , a l m o v e r c. herramienta puede avanzar paralela al eje del trabajo para ejecutar el torneado r t m o v e r e l c a r r o t r a n s v e r s a l , l a h e r r a m i e n t a p u e d e a v a n z a r r a d i a l m e n t e d e n t r o c¿; p a r a e j e c u t a r e l c a r e a d o , e l t o r n e a d o d e f o r m a o l a operación d e t r o n z a d o . E l t o r n o mecánico c o n v e n c i o n a l y l a mayoría d e o t r a s máquinas d e s c r i t a sección s o n máquinas de torneado horizontal, es decir, e l eje d e l husillo es h o e s a d e c u a d o p a r a l a mayoría d e l o s t r a b a j o s d e t o r n o d o n d e l a l o n g i t u d e s m a y e diámetro. P a r a t r a b a j o s d o n d e e l diámetro e s m a y o r q u e l a l o n g i t u d y e l t r a b a e s más c o n v e n i e n t e o r i e n t a r e l t r a b a j o d e m a n e r a q u e g i r e a l r e d e d o r d e u n e j e éstas s o n l a s máquinas de torneado vertical. E l t a m a ñ o d e l t o r n o s e d e s i g n a p o r e l v o l t e o y l a máxima d i s t a n c i a a d m i s i b l e c e n t r o s . E l volteo e s e l diámetro máximo d e l a p i e z a d e t r a b a j o q u e p u e d e g i r a r e¡ se d e t e r m i n a c o m o e l d o b l e d e l a d i s t a n c i a q u e e x i s t e e n t r e e l e j e c e n t r a l d e l hv. guías d e l a máquina. E l máximo t a m a ñ o r e a l d e l a p i e z a d e t r a b a j o c i l i n d r i c a q ' j e ; a c o m o d a r s e e n e l t o r n o e s a l g o más p e q u e ñ a , d e b i d o a q u e e l c a r r o y l a c o r r e e , están s o b r e l a s guías. L a máxima distancia entre los centros i n d i c a l a l o n g i t u d m i la pieza d e trabajo q u e puede serm o n t a d a entre e l cabezal y e l contrapunto. P o r j u n t o r n o d e 3 5 0 m m X 1.2 m ( 1 4 i n X 4 8 i n ) i n d i c a q u e e l v o l t e o e s d e 3 5 0 m m máxima d i s t a n c i a e n t r e c e n t r o s e s d e 1.2 m ( 4 8 i n ) .

Sección 2 2 . 1 / T o r n e a d o y o p e r a c i o n e s a f i n e s

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: C u a t r o métodos p a r a s u j e t a r e l t r a b a j o e n u n t o r n o : a) m o n t a d o d e l t r a b a j o e n t r e c e n t r o s u s a n d o u n p e r r o d e a r r a s t r e , b) d e t r e s m o r d a z a s , c) b o q u i l l a y d) p l a t o d e sujeción p a r a p i e z a s d e t r a b a j o n o c i l i n d r i c a s .

Métodos de sujeción del trabajo al torno S e u s a n c u a t r o métodos c o m u n e s p a r a s u j e t a r las piezas d e t r a b a j o e n e l t o r n e a d o , q u e a s u v e z c o n s i s t e n e n v a r i o s m e c a n i s m o s p a r a s u j e t a r e l t r a b a j o , c e n t r a r l o y m a n t e n e r l o e n posición s o b r e e l e j e d e l h u s i l l o y h a c e r l o g i r a r . L o s métodos s e i l u s t r a n e n l a f i g u r a 2 2 . 8 y s o n : a) m o n t u r a d e t r a b a j o e n t r e c e n t r o s , b) m a n d r i l , c ) b o q u i l l a y d) p l a t o d e sujeción. L a sujeción d e t r a b a j o entre centros se r e f i e r e a l u s o d e d o s centros, u n o e n e l c a b e z a l y e l o t r o e n e l c o n t r a p u n t o , c o m o se m u e s t r a e n l a f i g u r a 2 2 . 8 a ) . E s t e método e s a p r o p i a d o p a r a p i e z a s q u e t i e n e n u n a a l t a relación e n t r e l a l o n g i t u d y e l d i á m e t r o . E n e l c e n t r o d e l c a b e z a l s e f i j a u n a b r i d a l l a m a d a perro o plato de arrastre, e n l a parte e x t e r i o r d e l t r a b a j o q u e s e u s a p a r a t r a n s m i t i r l a rotación d e l h u s i l l o . E l c e n t r o d e l c o n t r a p u n t o t i e n e u n a p u n t a e n f o r m a d e c o n o q u e se i n s e r t a e n u n a g u j e r o p r a c t i c a d o en e l extremo del trabajo. E l centro del contrapunto puede ser u ncentro "vivo" o u n c e n t r o " m u e r t o " . U n centro vivo g i r a e n u n c o j i n e t e d e l c o n t r a p u n t o , d e m a n e r a q u e n o h a y r o t a c i ó n r e l a t i v a e n t r e e l t r a b a j o y e l c e n t r o v i v o y p o r t a n t o n o h a y fricción. E n c o n t r a s t e , u n centro muerto está f i j o e n e l c o n t r a p u n t o y n o g i r a ; l a p i e z a d e t r a b a j o g i r a a l r e d e d o r d e l a p u n t a . D e b i d o a l a fricción y a l a a c u m u l a c i ó n d e l c a l o r q u e r e s u l t a , e s t a disposición s e u s a n o r m a l m e n t e a m e n o r e s v e l o c i d a d e s d e r o t a c i ó n . E l c e n t r o v i v o se p u e d e u s a r a a l t a s v e l o c i d a d e s . E l m a n d r i l , f i g u r a 22.8¿>), t i e n e v a r i o s diseños, c o n t r e s o c u a t r o m o r d a z a s p a r a s o s t e n e r l a p i e z a c i l i n d r i c a s o b r e s u diámetro e x t e r i o r . L a s m o r d a z a s s e diseñan f r e c u e n t e m e n t e p a r a s o s t e n e r también e l diámetro i n t e r i o r d e u n a p i e z a t u b u l a r . U n m a n d r i l autocentrante t i e n e u n m e c a n i s m o q u e m u e v e simultáneamente l a s m o r d a z a s h a c i a d e n t r o o h a c i a f u e r a , y d e esta f o r m a centra e l trabajo e n e l e j e d e l husillo. O t r o s m a n d r i l e s p e r m i t e n l a operación i n d e p e n d i e n t e d e c a d a m o r d a z a . L o s m a n d r i l e s s e p u e d e n u s a r c o n o s i n e l c e n t r o d e l c o n t r a p u n t o . P a r a p i e z a s c o n b a j a relación e n t r e l a l o n g i t u d y e l diámetro, l a sujeción

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Capítulo 2 2 / O p e r a c i o n e s d e m a q u i n a d o y máquinas h e r r a m i e n t a

de l a pieza a l m a n d r i l e n f o r m a e m p o t r a d a ( e n v o l a d i z o ) es p o r l o g e n e r a l suficien s o p o r t a r las fuerzas d e corte. P a r a barras largas d e t r a b a j o se necesita e l sopor;, i trapunto. U n a boquilla consiste e n u nbuje tubular con hendiduras longitudinales q u e sobre la m i t a d d e s u l o n g i t u d e i g u a l m e n t e espaciadas alrededor d e su circunferenc-j s e m u e s t r a e n l a f i g u r a 2 2 . 8 c ) . E l diámetro i n t e r i o r d e l a b o q u i l l a s e u s a p a r a s o s t e i bajos d e f o r m a c i l i n d r i c a c o m o barras. D e b i d o a las h e n d i d u r a s , u n e x t r e m o d e la b p u e d e a p r e t a r s e p a r a r e d u c i r s u diámetro y s u m i n i s t r a r u n a presión d e a g a r r e s e g e l t r a b a j o . C o m o h a y u n límite e n l a reducción q u e s e p u e d e o b t e n e r e n u n a b : c u a l q u i e r diámetro, e s t o s d i s p o s i t i v o s d e sujeción d e l t r a b a j o s e d e b e n h a c e r e n v d i d a s p a r a i g u a l a r e l tamaño p a r t i c u l a r d e l a p i e z a d e t r a b a j o . U n plato de sujeción, f i g u r a 22.8d), e s u n d i s p o s i t i v o p a r a s u j e t a r e l t r a b ^ : fija a l h u s i l l o d e l t o r n o y se u s a p a r a s o s t e n e r piezas c o n f o r m a s i r r e g u l a r e s . D e f o r m a i r r e g u l a r , e s t a s p i e z a s n o s e p u e d e n s o s t e n e r p o r o t r o s métodos d e s u j t a n t o , e l p l a t o está e q u i p a d o c o n m o r d a z a s diseñadas a l a m e d i d a d e l a f o r m a de l a pieza.

22.1.4 Otros tornos y máquinas de torneado A d e m á s d e l o s t o r n o s mecánicos, s e h a n i n v e n t a d o o t r a s máquinas d e t o satisfacer funciones particulares o para a u t o m a t i z a r e l proceso d e torneado. E máquinas están: 1 ) e l t o r n o p a r a h e r r a m i e n t a s , 2 ) e l t o r n o d e v e l o c i d a d , 3 ) e l t o r n o 4 ) e l t o r n o d e m a n d r i l , 5 ) l a máquina automática d e t o r n i l l o s y 6 ) e l t o r n o numéricamente. E l t o r n o p a r a h e r r a m i e n t a s y e l t o r n o d e v e l o c i d a d están íntimamente reí c o n e l t o r n o mecánico. E l torno p a r a herramientas e s más p e q u e ñ o y t i e n e más v e y a v a n c e s d i s p o n i b l e s . S e c o n s t r u y e también p a r a p r e c i s i o n e s más a l t a s e n c o n c o r ' s u propósito d e f a b r i c a r c o m p o n e n t e s p a r a h e r r a m i e n t a s , a c c e s o r i o s y o t r o s d i s a l t a precisión. E l torno de velocidad e s más s i m p l e e n s u construcción q u e e l t o r n o m e e t i e n e c a r r o p r i n c i p a l n i c a r r o t r a n s v e r s a l n i t a m p o c o t o r n i l l o guía p a r a m a n e j a r e l o p e r a d o r s o s t i e n e l a h e r r a m i e n t a d e c o r t e u s a n d o u n sostén f i j o e n l a b a n c a d a d d L a s v e l o c i d a d e s s o n más a l t a s e n e l t o r n o d e v e l o c i d a d , p e r o e l n ú m e r o d e . e s l i m i t a d o . L a s a p l i c a c i o n e s d e e s t e t i p o d e máquina i n c l u y e n e l t o r n e a d o d e rechazado de metal y operaciones de pulido. U n torno revólver e s u n t o r n o o p e r a d o m a n u a l m e n t e e n e l c u a l e l c o se h a r e e m p l a z a d o p o r u n a t o r r e t a q u e s o s t i e n e h a s t a s e i s h e r r a m i e n t a s d e c h e r r a m i e n t a s s e p u e d e n p o n e r rápidamente e n acción f r e n t e a l t r a b a j o , u n a . g i r a n d o l a t o r r e t a . Además, e l p o s t e c o n v e n c i o n a l d e h e r r a m i e n t a s q u e s e u s a ; mecánico está r e m p l a z a d o p o r u n a t o r r e t a d e c u a t r o l a d o s , q u e e s c a p a z d e p e h e r r a m i e n t a s e n posición. D a d a l a c a p a c i d a d d e c a m b i o s rápidos d e h e r r a m i e n t a . revólver s e u s a p a r a t r a b a j o s d e a l t a producción q u e r e q u i e r e n u n a s e c u e n c : . sobre l a pieza. E l torno de m a n d r i l , c o m o s u n o m b r e l o i n d i c a , u s a u n m a n d r i l e n e l h s o s t e n e r l a p i e z a d e t r a b a j o . E l c o n t r a p u n t o está a u s e n t e e n e s t a máquina, d e m a n e r a piezas n o se p u e d e n m o n t a r e n t r e los centros. E s t o restringe el uso d e u n t o r n o de p i e z a s c o r t a s y l i g e r a s . L a disposición d e l a operación e s s i m i l a r a l t o r n o revólvei p o r q u e l a s a c c i o n e s d e a v a n c e d e l a s h e r r a m i e n t a s d e c o r t e s e c o n t r o l a n más ¿T automática q u e m e d i a n t e u n o p e r a d o r . L a función d e l o p e r a d o r e s c a r g a r y d e piezas. U n a máquina de b a r r a e s s i m i l a r a l t o r n o d e m a n d r i l , e x c e p t o p o r q u e • b o q u i l l a e n l u g a r d e u n m a n d r i l , l a c u a l p e r m i t e a l i m e n t a r b a r r a s l a r g a s a través d e i e n posición d e t r a b a j o . A l f i n a l d e c a d a c i c l o d e m a q u i n a d o , u n a operación d e c o r t e —

Sección 2 2 . 1 / T o r n e a d o y o p e r a c i o n e s a f i n e s

515

a) T i p o d e p i e z a p r o d u c i d a e n u n a máquina d e b a r r a s automática d e s e i s h u s i l l o s y b) s e c u e n c i a d e o p e r a c i o n e s p a r a e z a : 1) a v a n c e d e l m a t e r i a l h a s t a e l t o p e , 2) t o r n e a d o d e l diámetro p r i n c i p a l , 3) f o r m a d o d e l s e g u n d o diámetro y c e n t r a d o , ") a c h a f l a n a d o y 6) t r o n z a d o .

pieza t o r n e a d a . L a b a r r a se c o r r e e n t o n c e s hacia d e l a n t e p a r a p r e s e n t a r n u e v o m a t e r i a l p a r a l a próxima p i e z a . E l a v a n c e d e l m a t e r i a l , así c o m o l o s c o r r i m i e n t o s y l o s a v a n c e s d e l a s h e r r a m i e n t a s d e c o r t e , s e r e a l i z a n automáticamente. D e b i d o a l a l t o n i v e l d e operación automática, f r e c u e n t e m e n t e s e l e d a a e s t a máquina e l n o m b r e d e máquina de barras automática. U n a aplicación i m p o r t a n t e d e e s t e t i p o d e máquinas e s l a producción d e t o r n i l l o s y p i e z a s s i m i l a r e s d e artículos d e ferretería. A m e n u d o s e u s a e l término máquina automática de tornillos p a r a l a s máquinas q u e s e u s a n e n e s t a s a p l i c a c i o n e s . L a s máquinas d e b a r r a s p u e d e n c l a s i f i c a r s e c o m o d e h u s i l l o s i m p l e y d e h u s i l l o múltip l e . U n a máquina de barras de husillo simple tiene u n husillo que p e r m i t e usar solamente u n a h e r r a m i e n t a d e corte a l a vez p o r cada pieza que se m a q u i n a . P o r tanto, m i e n t r a s cada h e r r a m i e n t a c o r t a e l t r a b a j o l a s o t r a s h e r r a m i e n t a s están o c i o s a s ( l o s t o r n o s revólver y l o s t o r n o s d e m a n d r i l están también l i m i t a d a s p o r e s t a operación s e c u e n c i a l n o simultánea). P a r a i n c r e m e n t a r l a utilización d e l a s h e r r a m i e n t a s d e c o r t e y l a v e l o c i d a d d e producción e x i s t e n l a s máquinas de barras de husillo múltiple. E s t a s máquinas t i e n e n más d e u n h u s i l l o , d e m a n e r a q u e m u c h a s p i e z a s s e p u e d e n m a q u i n a r simultáneamente p o r m u c h a s h e r r a m i e n t a s . P o r e j e m p l o , u n a máquina d e b a r r a s automática d e s e i s h u s i l l o s p u e d e c o r t a r seis p i e z a s a l m i s m o t i e m p o , c o m o se m u e s t r a e n l a f i g u r a 2 2 . 9 . A l f i n a l d e c a d a c i c l o d e m a q u i n a d o , l o s h u s i l l o s ( i n c l u i d a s l a s b o q u i l l a s y l a s b a r r a s d e t r a b a j o ) s e c o r r e n a l a posición siguiente. E n la figura, cada pieza d e b e ser c o r t a d a e n f o r m a secuencial p o r cinco juegos d e h e r r a m i e n t a s d e c o r t e q u e t o m a n s e i s c i c l o s d e m a q u i n a d o ( l a posición 1 e s p a r a a v a n z a r l a b a r r a a u n a " t o p e " ) . C o n este arreglo, cada pieza se c o m p l e t a a l final d e cada ciclo. C o m o r e s u l t a d o , u n a máquina automática p a r a t o r n i l l o s c o n s e i s h u s i l l o s t i e n e l a v e l o c i d a d más a l t a d e producción q u e c u a l q u i e r máquina d e t o r n e a d o . L a secuenciación y l a actuación d e l o s m o v i m i e n t o s e n l a s máquinas p a r a t o r n i l l o s y d e m a n d r i l se h a n c o n t r o l a d o t r a d i c i o n a l m e n t e p o r m e d i o d e levas y otros dispositivos mecánicos. L a f o r m a m o d e r n a e s e l control numérico computarizado ( C N C ) , e n e l q u e las o p e r a c i o n e s d e l a máquina h e r r a m i e n t a s o n c o n t r o l a d o s p o r u n " p r o g r a m a d e i n s t r u c c i o n e s " (sección 3 9 . 1 . 4 ) . E l C N C e s u n m e d i o s o f i s t i c a d o y m u y versátil p a r a c o n t r o l a r l o s d i s p o s i t i v o s mecánicos, q u e h a c o n d u c i d o a l a creación d e máquinas h e r r a m i e n t a c a p a c e s d e c i c l o s d e m a q u i n a d o y f o r m a s geométricas más c o m p l e j a s y a n i v e l e s más a l t o s d e o p e r a ción automática q u e l a s máquinas p a r a t o r n i l l o s c o n v e n c i o n a l e s y l a s máquinas d e m a n d r i l .

3BLEMAS eado y operaciones afines U n a p i e z a d e t r a b a j o c i l i n d r i c a d e 200 m m d e diámetro y 700 m m d e l a r g o s e v a a t o r n e a r e n u n t o r n o mecánico. L a s condiciones d e corte son las siguientes: velocidad d e corte d e 2.30 m / s , e l a v a n c e d e 0.32 m m / r e v y l a p r o f u n d i d a d d e c o r t e d e 1.80 m m . D e t e r m i n e : a ) e l t i e m p o d e c o r t e y b ) l a v e l o c i d a d d e remoción d e l m e t a l . E n u n a operación d e t o r n e a d o , e l o p e r a d o r h a e s t a b l e c i d o que s e debe completar u n solo paso e nlapieza d e trabaj o c i l i n d r i c a e n 5.0 m i n . L a p i e z a t i e n e 400 m m d e l a r g o y 150 m m d e diámetro. U t i l i z a n d o u n a v a n c e d e 0.30 m m / r e v y u n a p r o f u n d i d a d d e c o r t e d e 4.0 m m , ¿qué v e l o c i d a d d e c o r t e deberá u t i l i z a r s e p a r a c u m p l i r e s t e t i e m p o d e m a q u i nado? U n a operación d e c a r e a d o s e l l e v a a c a b o e n u n t o r n o m e cánico. E l diámetro d e l a p i e z a c i l i n d r i c a e s d e 6 i n y e l l a r g o e s d e 15 i n . E l h u s i l l o s e c o n f i g u r a p a r a g i r a r a u n a v e l o c i d a d d e c o r t e d e 180 r e v / m i n . L a p r o f u n d i d a d d e c o r t e e s d e 0.110 i n y e l a v a n c e e s d e 0.008 i n / r e v . S u p o n g a q u e l a h e r r a m i e n t a d e c o r t e s e m u e v e a p a r t i r d e l diámetro e x t e r i o r d e l a p i e z a de t r a b a j o a e x a c t a m e n t e el c e n t r o a u n a v e l o c i d a d c o n s t a n t e . D e t e r m i n e : a) l a v e l o c i d a d d e l a h e r r a m i e n t a a m e d i d a q u e s e m u e v e d e s d e e l diámetro e x t e r i o r h a c i a e l c e n t r o y b \ el t i e m p o de corte.

22.4.

U n a s u p e r f i c i e r o s c a d a s e v a a t o r n e a r e n u n t o r n o automát i c o . L a p i e z a d e t r a b a j o t i e n e 750 m m d e l a r g o c o n diámet r o s mínimo y máximo d e 100 m m y 200 m m e n l o s e x t r e m o s o p u e s t o s . L o s c o n t r o l e s automáticos e n e l t o r n o p e r m i t e n que l a velocidad e n l a superficie se m a n t e n g a a u n valor c o n s t a n t e d e 200 m / m i n , a j u s f a n d o l a v e l o c i d a d r o t a c i o n a l e n función d e l diámetro d e l a p i e z a d e t r a b a j o . E l a v a n c e e s i g u a l a 0.25 m m / r e v y l a p r o f u n d i d a d d e c o r t e d e 3.0 m m . L a f o r m a rígida d e l a p i e z a y a s e formó y e s t a operación será el corte final. D e t e r m i n e : a ) el t i e m p o q u e s erequiere p a r a t o r n e a r l a r o s c a y b ) l a s v e l o c i d a d e s d e rotación a l c o m i e n z o y al final del corte.

22.5.

E n el t r a b a j o d e t o r n e a d o d e la r o s c a d e l p r o b l e m a anterior, s u p o n g a q u e e l t o r n o automático c o n c o n t r o l d e v e l o c i d a d s u p e r f i c i a l n o está d i s p o n i b l e y q u e s e d e b e u t i l i z a r u n t o r no convencional. Determine lavelocidad rotacional que se requerirá p a r a r e a l i z a r e l t r a b a j o e n e x a c t a m e n t e e l m i s m o t i e m p o q u e especificó e n l a r e s p u e s t a d e l i n c i s o a) d e d i c h o problema. U n a b a r r a d e t r a b a j o c o n u n diámetro d e 4.5 i n y l a r g o d e 52 i n está r o s c a d a e n u n t o r n o mecánico y s o p o r t a d o e n e l e x t r e m o o p u e s t o u t i l i z a n d o u n c e n t r o v i v o . U n a p i e z a d e 46.0 i n d e l a l o n g i t u d t o t a l s e v a a t o r n e a r a u n diámetro d e 4.25

22.6.

Taladrado 22.10. S e e j e c u t a u n a operación d e t a l a d r a d o c o n u n a b r o c a h e l i c o i d a l d e 12.7 m m d e diámetro e n u n a p i e z a d e t r a b a j o de acero. E l agujero e s u nagujero ciego que tiene una prof u n d i d a d d e 60 m m y e l ángulo d e l a p u n t a e s d e 118°. L a v e l o c i d a d d e c o r t e e s d e 25 m / m i n y e l a v a n c e e s d e 0.30 m m / r e v . D e t e r m i n e : a) e l t i e m p o d e c o r t e p a r a c o m p l e t a r l a operación d e t a l a d r a d o y b ) l a v e l o c i d a d d e remoción d e m e t a l d u r a n t e l a operación después d e q u e l a b r o c a d e l t a l a d r o h a y a a l c a n z a d o e l diámetro c o r r e s p o n d i e n t e . 22.11. U n t a l a d r o d e d o b l e h u s i l l o simultáneamente p e r f o r a u n a g u j e r o d e Vi i n y o t r o d e % d e i n m e d i a n t e u n a p i e z a d e t r a b a j o d e 1.0 i n d e a n c h o . A m b o s t a l a d r o s s o n d e b r o c a h e l i c o i d a l c o n ángulos e n l a p u n t a d e 118°. L a v e l o c i d a d d e c o r t e p a r a e l m a t e r i a l e s d e 230 f t / m i n . L a v e l o c i d a d d e rotación d e c a d a h u s i l l o p u e d e c o n f i g u r a r s e d e m a n e r a i n dividual. L a velocidad d e avance d e ambos agujeros debe configurarse a lm i s m o valor, y a que losdos husillos bajan a la m i s m a v e l o c i d a d . L a v e l o c i d a d d e a v a n c e s e c o n f i g u r a d e t a l m a n e r a q u e l a v e l o c i d a d t o t a l d e remoción d e m e t a l n o e x c e d a 1.50 i n / m i n . D e t e r m i n e : a) l a v e l o c i d a d máxima d e avance (in/min) q u e p u e d e utilizarse, b ) l o savances individuales (in/rev) q u e resultan e n cada a g u j e r o y c) e l t i e m p o r e q u e r i d o p a r a p e r f o r a r los agujeros. 3

22.12. U n a p r e n s a t a l a d r a d o r a d e C N e j e c u t a u n a s e r i e d e a g u j e r o s c o m p l e t o s e n u n a p l a c a g r u e s a d e a l u m i n i o d e 1.75 i n , q u e e s u n c o m p o n e n t e d e u n i n t e r c a m b i a d o r d e calor. C a d a a g u j e r o t i e n e % d e i n d e diámetro. H a y 100 a g u j e r o s e n t o t a l

a r r e g l a d o s e n u n a f o r m a d e m a t r i z d e 10 X 10, y l a d i > : _ e n t r e l o s c e n t r o s d e l o s a g u j e r o s a d y a c e n t e s (a l o largc c u a d r o ) e s d e 1.5 i n . L a v e l o c i d a d d e c o r t e e s d e 300 f t e l a v a n c e d e penetración (dirección z ) e s d e 0.015 i n v e l o c i d a d d e c o r t e e s d e 300 f t / m i n , e l a v a n c e d e p e ción (dirección z ) e s d e 0.015 i n / r e v y l a v e l o c i d a d d e a \ e n t r e a g u j e r o s ( p l a n o x - y ) e s d e 15.0 f t / m i n . S u p o n g a q m o v i m i e n t o s x - y s e h a c e n a u n a d i s t a n c i a d e 0.05 i n s ~ superficie d etrabajo y que esta distancia debe inclu l a v e l o c i d a d d e a v a n c e d e penetración p a r a c a d a a g A s i m i s m o , la velocidad a la cual la broca s e retira d e agujero es dos veces la velocidad d e avance d e penet L a b r o c a t i e n e u n ángulo d e p u n t a d e 100°. D e t e r tiempo requerido desde el principio del primer agujerc t a l a terminación d e l último; s u p o n g a q u e s e usará l a i c i a d e t a l a d r a d o más e f i c i e n t e p a r a c o m p l e t a r e l t r a b S e u s a u n a operación d e t a l a d r a d o p a r a h a c e r u n d e 9/64 i n d e diámetro a c i e r t a p r o f u n d i d a d . L a e j . d e l a operación t o m a 4.5 m i n d e t a l a d r a d o , u s a n d o u n d o r e f r i g e r a n t e a a l t a presión e n l a p u n t a d e l a b r o c i condiciones d ecorte incluyen una velocidad d eh 4 000 r e v / m i n a u n a v a n c e d e 0.0017 i n / r e v . P a r a m e acabado d e la superficie e n e l agujero se h a decidido m e n t a r l a v e l o c i d a d e n 20% y d i s m i n u i r e l a v a n c e e n ¿Cuánto t i e m p o tomará e j e c u t a r l a operación d e l a s r. condiciones d e corte? :

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