Los tornos CNC son cada vez más importantes en el sector manufacturero. Para garantizar la calidad de las piezas torneadas, las herramientas de torno deben adaptarse para satisfacer las demandas de alta eficiencia, alta velocidad y alta automatización.
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Este artículo proporcionará una descripción general de las herramientas de torno CNC, analizando los diferentes tipos de herramientas y cómo seleccionar las adecuadas.
El uso generalizado de tornos CNC en la producción ha hecho que la formación de una línea de producción cuantitativa y el desarrollo de la programación CNC sean un aspecto crucial del procesamiento CNC.
Durante el proceso de programación NC es necesario elegir herramientas y determinar parámetros de corte en tiempo real mediante la interacción persona-computadora.
Por lo tanto, los programadores deben tener conocimientos sobre los métodos de selección de herramientas de corte y los principios para determinar los parámetros de corte para garantizar la calidad y eficiencia de las piezas que se procesan. Esto, a su vez, maximiza los beneficios del uso de tornos CNC y aumenta la eficiencia económica y el nivel de producción de la empresa.
I . Estructura de herramientas CNC
La variedad de herramientas de torno CNC es enorme, cada una con diferentes funciones. Seleccionar la herramienta adecuada en función de las diferentes condiciones de procesamiento es un paso esencial para compilar el programa; por lo tanto, es necesario un conocimiento básico de los tipos y características de las herramientas de torno.
Las herramientas utilizadas en los tornos CNC incluyen herramientas externas de torno circular, brocas, herramientas de mandrinado, herramientas de corte, herramientas de procesamiento de roscas, etc., entre las cuales las herramientas externas de torno circular, herramientas de mandrinado y brocas son las más utilizadas.
Las herramientas de torno, herramientas de mandrinado, herramientas de corte y herramientas de procesamiento de roscas utilizadas en los tornos CNC se dividen en tipos integrales y tipos acoplados a máquina. Además de los tornos CNC económicos, ahora se utiliza ampliamente el tipo de herramienta de torno indexable adjunta a la máquina.
(1) Características de las herramientas indexables para tornos CNC
Los parámetros geométricos de las herramientas de torno indexables utilizadas en tornos CNC se forman combinando la forma de la estructura de la hoja y la orientación de la ranura de la hoja en el cuerpo de la herramienta.
En comparación con los tornos generales, generalmente no existe una diferencia esencial y su estructura básica y características funcionales son las mismas.
Sin embargo, los procedimientos de procesamiento de los tornos CNC se completan automáticamente, por lo que los requisitos para las herramientas de torno indexables son diferentes de los utilizados en los tornos generales. Los requisitos y características específicos se muestran en la siguiente tabla.
Tabla 2-2 Características de las herramientas de torno indexables
| Requisitos | Características | meta |
| Alta precisión | Utilice hojas de corte con nivel de precisión M o superior;
Emplear portaherramientas de precisión con mayor frecuencia; Portaherramientas preconfigurados con dispositivos de microajuste fuera de la máquina. |
Garantice la repetibilidad del posicionamiento de la hoja, facilite el ajuste de coordenadas y garantice la precisión de la posición de la punta de la herramienta. |
| Alta fiabilidad | Utilice herramientas de torneado con tipos de ranura rompevirutas de gran fiabilidad o con plataformas rompevirutas y rompevirutas;
Emplee herramientas de torneado estructuralmente sólidas utilizando marcos de accesorios compuestos y otras estructuras sujetas de manera confiable. |
La rotura de la viruta debe ser estable, sin desórdenes ni virutas en forma de cinta; debe permitir el movimiento rápido y el reposicionamiento del portaherramientas y no debe haber aflojamiento durante todo el proceso de corte automático. |
| Cambio rápido de herramienta | Adoptar un sistema de herramientas de torneado;
Utilizando un portaherramientas de cambio rápido. |
Cambie rápidamente varias formas de componentes de corte para completar una amplia gama de procesos de corte, aumentando así la eficiencia de producción. |
| Material de la hoja | Generalmente se utilizan hojas recubiertas. | Cumpla con los requisitos de tasa de producción y mejore la eficiencia del procesamiento. |
| Sección transversal de la varilla | Muchos portaherramientas utilizan vástagos de herramientas cuadrados, pero debido a diferencias significativas en las estructuras del sistema de portaherramientas, algunos requieren el uso de vástagos de herramientas especializados. | El mango de la herramienta corresponde al sistema portaherramientas. |
(2) Tipos de herramientas de torneado indexables
Las herramientas de torneado indexables se pueden clasificar según sus usos en herramientas de torneado de círculo exterior, herramientas de torneado de perfil, herramientas de torneado de extremo, herramientas de torneado de círculo interior, herramientas de torneado de ranurado, herramientas de torneado de corte y herramientas de torneado de rosca, como se muestra en la Tabla 2-3.
Tabla 2-3 Tipos de herramientas de torneado indexables
| Tipo | Ángulo de corte principal | Máquinas herramienta aplicables: |
| Herramienta de torneado externo | 900.500.600.750.450 | Torno convencional y torno CNC, |
| Herramienta de torneado de perfiles | 930、107,50 | Torno de perfiles y torno CNC, |
| Herramienta de torneado de cara final | 900、450、750 | Torno convencional y torno CNC, |
| Herramienta de torneado interno | 450.600.750.900.910.930.950.107,50 | Torno convencional y torno CNC, |
| Herramienta de partición | Torno convencional y torno CNC, | |
| Herramienta de corte de línea | Torno convencional y torno CNC, | |
| Herramienta de canal | Torno Convencional y Torno CNC. |
(3) Formas estructurales de herramientas de torneado indexables:
① Tipo de palanca:
Como se muestra en la Figura 2-16, se compone de una palanca, un tornillo, una cuña, un pasador de cuña y un inserto de corte. Este método depende de la fuerza ejercida por la palanca que presiona el tornillo para fijar el inserto de corte.
Se adapta a todo tipo de ángulos de inclinación positivos y negativos, con un rango de ángulo de inclinación efectivo de -60° a +180°. Las virutas pueden fluir sin obstrucciones y el calor de corte no afecta el orificio del tornillo ni la palanca. Las dos paredes ranuradas proporcionan un fuerte soporte para el inserto de corte y garantizan una precisión de indexación.
② Tipo de cuña:
Como se muestra en la Figura 2-17, consta de un tornillo de fijación, una cuña, un pasador, una cuña y un inserto de corte. Este método se basa en la fuerza de compresión entre el pasador y la cuña para asegurar el inserto de corte.
Se adapta a todo tipo de ángulos de inclinación negativos, con un rango de ángulo de inclinación efectivo de -60° a +180°. No hay paredes ranuradas en ambos lados, lo que es adecuado para cortar perfiles o realizar operaciones inversas con espacio libre.
③ Tipo de fijación de cuña:
Como se muestra en la Figura 2-18, consta de un tornillo de fijación, una cuña, un pasador, una cuña de presión y un inserto de corte. Este método se basa en la fuerza hacia abajo del pasador y la cuña para asegurar el inserto de corte.
Tiene las mismas características que el tipo cuña, pero el flujo de virutas no es tan suave como el tipo cuña.
Además, existen otros tipos como el prensado de tornillos, el prensado de agujeros y el prensado superior.
II. Material de la hoja
La calidad del rendimiento de corte de los materiales de las herramientas afecta directamente la productividad de las operaciones de corte y la calidad de la superficie mecanizada.
La aparición de nuevos materiales para herramientas a menudo mejora significativamente la productividad, convirtiéndose en la clave para procesar ciertos materiales difíciles de mecanizar y estimulando el desarrollo y la mejora de las máquinas herramienta.
(1) Requisitos para el material de las piezas de corte de herramientas.
Durante el corte de metales, la parte cortante de la herramienta está sujeta a alta presión, alta temperatura y fricción intensa; Cuando la tolerancia de mecanizado es irregular o la superficie de corte es discontinua, la herramienta también está sujeta a impacto.
Para garantizar que la herramienta pueda realizar trabajos de corte, el material para las piezas cortantes de la herramienta debe tener el siguiente rendimiento de corte:
① Alta dureza y resistencia al desgaste.
La herramienta debe ser más dura que la pieza de trabajo para poder cortar virutas. A temperatura ambiente, la dureza de la herramienta debe ser superior a 60 HRC. Cuanto mayor sea la dureza del material de la herramienta, mejor será su resistencia al desgaste.
② Fuerza y resistencia suficientes
Para resistir la presión y el impacto durante el proceso de corte, el material de la herramienta debe tener suficiente resistencia y tenacidad.
③ Alta resistencia al calor y estabilidad química.
La resistencia al calor se refiere a la capacidad del material de la herramienta para mantener su rendimiento de corte en condiciones de alta temperatura. La resistencia al calor se expresa en términos de temperatura de resistencia al calor.
La temperatura de resistencia al calor se refiere a la temperatura máxima que básicamente puede mantener el rendimiento de corte de la herramienta. Cuanto mejor sea la resistencia al calor, mayor será la temperatura de corte permitida para el material de la herramienta.
La estabilidad química se refiere a la capacidad del material de la herramienta para resistir reacciones químicas con el material de la pieza de trabajo y el medio circundante en condiciones de alta temperatura, incluida la capacidad antioxidante y antiadhesiva.
Cuanto mayor sea la estabilidad química, más lento será el desgaste de la herramienta. La resistencia al calor y la estabilidad química son los principales indicadores para medir el rendimiento de corte de la herramienta.
Además de un excelente rendimiento de corte, los materiales de las herramientas también deben tener buena procesabilidad y economía.
Estos incluyen: el acero para herramientas debe tener una deformación mínima al endurecerse, una capa de descarburación poco profunda y una buena templabilidad; los materiales de alta dureza deben tener un buen rendimiento de molienda; las herramientas de conformado laminadas en caliente deben tener buena plasticidad a altas temperaturas; el rendimiento de soldadura de los materiales utilizados en las herramientas de soldadura debe ser bueno; Los materiales de herramientas utilizados deben ser lo más ricos y baratos posible en los recursos de nuestro país.
(2) Materiales de herramientas de corte de uso común
Los materiales de herramientas de corte más utilizados se pueden clasificar en cuatro tipos: acero de alta velocidad (HSS), carburos cementados, materiales cerámicos y materiales ultraduros.
① Acero de alta velocidad
El acero rápido es una aleación de acero para herramientas que contiene una cantidad significativa de elementos de aleación como tungsteno, molibdeno, cromo y vanadio, con una fracción de masa de carbono de aproximadamente el 1%.
Después del tratamiento térmico, la dureza del HSS alcanza 62-65 HRC, con una temperatura de resistencia al calor de 550-600 °C, una resistencia a la flexión de aproximadamente 3500 MPa y una resistencia al impacto de aproximadamente 0,3 MJ por metro cuadrado.
El HSS tiene buena resistencia y tenacidad, puede soportar impactos y es fácil de rectificar, lo que lo convierte en el material principal para fabricar herramientas de formas complejas como taladros, fresas, brochadores, cortadores de hilo y cortadores de engranajes. Debido a su limitada resistencia al calor, el HSS no se puede utilizar para cortes a alta velocidad.
② Carburos cementados
Los carburos cementados se forman presionando y sinterizando un polvo de alta dureza y alto punto de fusión de carburo de tungsteno (WC), carburo de titanio (TiC), carburo de tantalio (TaC), carburo de niobio (NbC), utilizando cobalto (Co) como aglutinante.
Su dureza a temperatura ambiente es 88-93 HRA, con una temperatura de resistencia al calor de 800-1000°C, que es mucho más duro, más resistente al desgaste y al calor que el HSS.
Por lo tanto, la velocidad de corte permitida de las herramientas de carburo es de 5 a 10 veces mayor que la de las herramientas HSS. Sin embargo, su resistencia a la flexión es sólo de 1/2 a 1/4 de la del HSS, y su resistencia al impacto es sólo una fracción de la del HSS. Los carburos cementados son frágiles y sensibles al impacto y la vibración.
Debido al importante aumento de la productividad que proporcionan las herramientas de carburo, no sólo se adoptan para la gran mayoría de herramientas de torneado, herramientas de cepillado, fresas frontales, sino también para un número considerable de brocas, escariadores y otras fresas.
Hoy en día, incluso las herramientas complejas de brochado, fresas de roscar y fresas dentadas se fabrican progresivamente con carburo.
En nuestro país actualmente existen tres tipos de aleaciones duras habitualmente utilizadas:
Las aleaciones de carburo de tungsteno, compuestas de WC y Co, están codificadas como YG, similar a la categoría K de ISO. Se utilizan principalmente para procesar materiales frágiles como hierro fundido, metales no ferrosos y materiales no metálicos.
Las marcas comunes incluyen YG3, YG6 y YG8. El número indica el porcentaje de Co, siendo el resto el porcentaje de WC.
En aleaciones duras, el Co actúa como aglutinante. Cuanto más Co contenga la aleación, mejor será su tenacidad. Por lo tanto, YG8 es adecuado para mecanizado en desbaste y corte interrumpido, YG6 es adecuado para mecanizado semiacabado y YG3 es adecuado para mecanizado fino y corte continuo.
Las aleaciones de tungsteno-titanio-cobalto están compuestas de WC, TiC y Co y están codificadas como YT, similar a la categoría P en ISO. Debido a que el TiC es más duro, más resistente al desgaste y al calor que el WC, pero también más frágil, las aleaciones de clase YT tienen mayor dureza y resistencia al calor que las aleaciones de clase YG. Sin embargo, son menos resistentes a impactos y vibraciones.
Como la deformación plástica es significativa en el mecanizado de acero y la fricción entre la viruta y la herramienta es severa, las temperaturas de corte son altas. Pero debido a que las virutas tienen forma de tira y el corte es relativamente estable, las aleaciones duras de grado YT son adecuadas para el procesamiento de acero.
Los tipos comunes de aleaciones de carburo de tungsteno y titanio incluyen YT30, YTl5 e YT5. El número indica el porcentaje de TiC. Por lo tanto, YT30 es adecuado para mecanizado fino y corte continuo de acero, YTl5 es adecuado para mecanizado de semiacabados y YT5 es adecuado para mecanizado en desbaste y corte interrumpido.
Las aleaciones de tungsteno, titanio y tantalio (niobio) se componen de una pequeña cantidad de TaC o NbC agregada a la clase YT y están codificadas como YW, similar a la categoría M en ISO. La dureza, resistencia al desgaste, resistencia al calor, resistencia a la flexión y resistencia al impacto de las aleaciones duras de grado YW son todas más altas que las del grado YT, y los dos últimos índices son similares a los del grado YG.
Por lo tanto, las aleaciones de clase YW pueden procesar acero, hierro fundido y virutas de metales no ferrosos y se conocen como aleaciones duras universales. Las marcas comunes incluyen YWl y YW2, la primera se usa para mecanizado fino y semiacabado, y la segunda se usa para mecanizado en bruto y semiacabado.
En la actualidad, las herramientas de corte de aleaciones duras adoptan generalmente recubrimientos de materiales de alta dureza como TiC C, TiN y Al 2 Ó 3 . La vida útil de las herramientas de carburo recubiertas es de 2 a 10 veces mayor que la de sus homólogas sin recubrir.
③ Materiales cerámicos
Los materiales cerámicos tienen mayor dureza, resistencia al desgaste, resistencia al calor y estabilidad química que los carburos, pero son más quebradizos. Se utilizan principalmente para mecanizado de precisión.
Los materiales utilizados para las herramientas de corte cerámico incluyen cerámicas de alúmina, cerámicas metálicas, cerámicas de nitruro de silicio (Si3N4) y cerámicas compuestas de Si3N4. Desde la década de 1980, las herramientas de corte cerámicas se han desarrollado rápidamente.
La resistencia a la flexión y la resistencia al impacto de las cerámicas metálicas, las cerámicas de nitruro de silicio y las cerámicas compuestas son similares a las de los carburos, lo que las hace adecuadas para el mecanizado de semiacabados y el mecanizado en desbaste con fluido de corte.
④ Materiales superduros
Los diamantes sintéticos se crean a partir de grafito a alta temperatura y presión mediante la acción catalítica de metales. Los diamantes sintéticos se utilizan para fabricar muelas diamantadas y, tras la policristalización, para producir muelas diamantadas sintéticas basadas en sustratos de carburo para herramientas de corte.
Los diamantes son el material más duro de la naturaleza, con una resistencia al desgaste extremadamente alta y bordes cortantes afilados que pueden cortar virutas muy finas. Sin embargo, son muy frágiles y tienen una gran afinidad con los metales ferrosos, por lo que no se pueden utilizar para mecanizado en desbaste o corte de virutas ferrosas.
Actualmente, los diamantes sintéticos se utilizan principalmente como abrasivos para rectificar carburos. También se pueden utilizar para torneado y mandrinado de precisión a alta velocidad de virutas no ferrosas y sus aleaciones.
El nitruro de boro cúbico (CBN) se transforma a partir de nitruro de boro cristalino hexagonal (también conocido como grafito blanco) a alta temperatura y alta presión. El CBN tiene una dureza y resistencia a la abrasión extremadamente altas, solo superada por el diamante, y puede soportar altas temperaturas de 1400 a 1500°C.
No reacciona químicamente con metales ferrosos entre 1200 y 1300°C.
Sin embargo, puede reaccionar químicamente con el agua a altas temperaturas, por lo que generalmente se utiliza para corte en seco. El CBN es adecuado para el mecanizado de precisión de acero endurecido, hierro fundido enfriado, aleaciones de alta temperatura, materiales de pulverización térmica, aleaciones duras y otros materiales difíciles de procesar.
III. La forma de la hoja
El icono "Seleccionar forma de hoja" se muestra en la Figura 2-20. Los principales métodos de selección de parámetros son los siguientes:
① Ángulo del filo
El tamaño del ángulo del filo determina la resistencia de la hoja. Cuando la estructura y rigidez de la pieza lo permitan, se debe elegir un ángulo de corte lo más grande posible. Normalmente, este ángulo está entre 35° y 90°.
En la Figura 2-19, la hoja circular tipo R tiene buena estabilidad durante cortes pesados, pero tiende a generar grandes fuerzas radiales.
② Selección de forma de hoja
La forma de la hoja se elige principalmente en función de la forma de la superficie de la pieza que se está procesando, el método de corte, la vida útil de la herramienta y el número de rotaciones de la hoja, entre otros factores.
Las hojas triangulares equiláteras se pueden utilizar para herramientas de torneado circular externo, herramientas de torneado de extremo y herramientas de torneado de orificios internos con un ángulo de filo principal de 60° o 90°. Debido al pequeño ángulo del filo, la baja resistencia y la baja durabilidad de esta hoja, sólo debe usarse con cantidades de corte más pequeñas.
Las hojas cuadradas tienen un ángulo de punta de 90°, que es mayor que los 60° de las hojas triangulares equiláteras y, por lo tanto, se mejora su resistencia y rendimiento de disipación de calor. Estas hojas son bastante versátiles y se utilizan principalmente para herramientas de torneado circular externo, herramientas de torneado frontal y herramientas de mandrinado con un ángulo de filo principal de 45°, 60°, 75°, etc.
Las hojas pentagonales tienen un ángulo de corte de 108° y ofrecen alta resistencia y durabilidad, así como una gran área de disipación de calor. Sin embargo, generan grandes fuerzas radiales durante el corte y sólo deben usarse en situaciones donde el sistema de mecanizado tenga buena rigidez.
Los discos circulares y con forma de diamante se utilizan principalmente para dar forma a superficies y procesar superficies de arco. Su forma y tamaño se pueden determinar consultando las normas nacionales en combinación con el objeto a mecanizar.
4. Tipos de herramientas de torno NC
Los tornos CNC requieren herramientas cada vez más estables, duraderas y fácilmente reemplazables.
En los últimos años se ha generalizado el uso de herramientas de sujeción intercambiables para máquinas CNC y juegan un papel importante en el proceso de mecanizado, constituyendo gran parte de las herramientas utilizadas.
¿Cuáles son los tipos de herramientas de torno CNC?
Las herramientas de torno CNC se pueden dividir en tres categorías según su estructura: tipo integral, tipo incorporado y tipo especial.
Además, se pueden clasificar en cuatro grupos en función del material utilizado para fabricar las herramientas: herramientas de diamante, herramientas de acero rápido, herramientas de carburo y herramientas de otros materiales como la cerámica.
Las herramientas de torno CNC también se pueden clasificar según el número de hojas que tengan. Se trata de herramientas de una sola hoja o de varias hojas. Las herramientas de una sola hoja tienen un solo filo de corte principal, mientras que las herramientas de varias hojas tienen dos o más filos de corte principales.
En comparación con las herramientas de torno convencionales, las herramientas CNC tienen requisitos diferentes, caracterizados por:
- Alta precisión
- Buena intercambiabilidad
- Larga vida útil
- Buena rigidez (especialmente para herramientas de mecanizado en bruto)
- Conveniente para un cambio rápido de herramientas
- Rendimiento de corte estable
- Baja resistencia a la vibración y a la deformación térmica.
- Tamaño de herramienta fácil de ajustar para reducir el tiempo de cambio de herramienta
- Capacidad confiable de rotura de virutas o virutas de hierro
La serialización y la estandarización también son necesarias para una eliminación eficiente de chips y para facilitar la programación y la gestión de herramientas.
V. Selección de herramientas de torno CNC
La selección de herramientas en el proceso de mecanizado CNC se realiza mediante la interacción hombre-máquina.
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El programador debe realizar una selección adecuada de herramientas y portaherramientas para el torno CNC teniendo en cuenta varios factores como la capacidad de procesamiento, los procedimientos de procesamiento, las propiedades del material de la pieza de trabajo, los parámetros de corte y más.
La regla general para la selección de herramientas es priorizar herramientas que sean rígidas, duraderas, precisas y fáciles de instalar y ajustar.
Aunque todavía cumple con los requisitos de procesamiento, se recomienda elegir herramientas con un mango más corto para aumentar la rigidez durante el procesamiento.
En el proceso de uso de un torno CNC económico, el rectificado, la medición y el reemplazo de herramientas se realizan manualmente, lo que resulta en un largo tiempo auxiliar. Es fundamental organizar la secuencia de herramientas de manera eficiente para minimizar este tiempo auxiliar.
Los principios generales a seguir son:
- Minimizar el número de herramientas utilizadas.
- Complete todos los pasos de mecanizado con una sola herramienta una vez sujeta
- Utilice herramientas independientes para el mecanizado de desbaste y acabado.
- Al mecanizar con herramientas similares, priorice primero el mecanizado de acabado superficial.
- Elija un tamaño de herramienta que sea compatible con el tamaño de la superficie de la pieza
- Para el mecanizado de superficies de forma libre, las herramientas con cabeza esférica se utilizan a menudo para el acabado de superficies.
- Las fresas de cabeza plana se prefieren para el mecanizado de desbaste y acabado de superficies curvas, siempre que no se garantice el corte.
Es importante señalar que la durabilidad y precisión de la herramienta están relacionadas con su costo. Aunque seleccionar una herramienta de alta calidad aumenta el costo de la herramienta, reduce el costo general de procesamiento al tiempo que mejora la calidad y la eficiencia del procesamiento.
A través de esta discusión sobre las herramientas de torno CNC, aprendimos que los tipos de herramientas se pueden clasificar según la estructura de la herramienta, los materiales de fabricación y la cantidad de filos de corte. La selección de herramientas se produce mediante la interacción hombre-máquina en el proceso de mecanizado CNC. Como componente crucial en el procesamiento del torno CNC, la herramienta juega un papel importante.
