Selección de herramientas de torno CNC: Los Consejos de Expertos | MachineMFG

Selección de herramientas de torno CNC: Consejos del experto

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Los tornos CNC son cada vez más cruciales en el sector de la fabricación. 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.

Véase también:

Selección de herramientas de torno CNC Consejos de expertos

En este artículo se ofrece una visión general de las herramientas de torno CNC y se explican los distintos tipos de herramientas y cómo seleccionar las adecuadas.

El uso generalizado de tornos CNC en la producción ha convertido la formación de una línea de producción cuantitativa y el desarrollo de la programación CNC en un aspecto crucial del procesamiento CNC.

Durante el proceso de programación NC, es necesario elegir las herramientas y determinar parámetros de corte en tiempo real mediante la interacción persona-ordenador.

Por lo tanto, los programadores deben conocer los métodos de selección de las herramientas de corte y los principios de determinación de los parámetros de corte para garantizar la calidad y la eficacia de las piezas procesadas. Esto, a su vez, maximiza los beneficios del uso de tornos CNC y mejora la eficiencia económica y el nivel de producción de la empresa.

I. Estructura de las herramientas CNC

La variedad de herramientas de torno CNC es enorme, cada una con funciones diferentes. La selección de la herramienta adecuada en función de las diferentes condiciones de procesamiento es un paso esencial en la compilación de programas, por lo que es necesario un conocimiento básico de los tipos y características de las herramientas de torno.

Las herramientas utilizadas en los tornos CNC incluyen herramientas de torno circular externo, brocas, herramientas de mandrinar, herramientas de corte, herramientas de procesamiento de roscas, etc., entre las cuales las herramientas de torno circular externo, las herramientas de mandrinar y las brocas son las más utilizadas.

Las herramientas de torno, las herramientas de mandrinar, las herramientas de corte y las herramientas de procesamiento de roscas utilizadas en los tornos CNC se dividen en tipos integrales y tipos fijados a máquina. Aparte de los tornos CNC económicos, en la actualidad se utiliza ampliamente el tipo de herramientas de torno indexables fijadas a máquina.

(1) Características de las herramientas indexables para tornos CNC

Los parámetros geométricos de las herramientas de torno indexables utilizadas en tornos CNC están formados por la combinación de la forma de la estructura de la cuchilla y la orientación de la ranura de la cuchilla en el cuerpo de la herramienta.

En comparación con los tornos generales, no suele haber diferencias esenciales, y su estructura básica y características funcionales son las mismas.

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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

RequisitosCaracterísticas Objetivo
Alta precisiónUtilice cuchillas de corte de nivel de precisión M o superior;

Utilice portaherramientas de precisión con más frecuencia;

Portaherramientas preajustados con dispositivos de microajuste fuera de la máquina.
Aseguran la repetibilidad del posicionamiento de la cuchilla, facilitan el ajuste de coordenadas y garantizan la precisión de la posición de la punta de la herramienta. 
Alta fiabilidadUtilice herramientas de torneado con ranuras rompevirutas de alta fiabilidad o con plataformas rompevirutas y rompevirutas;

Emplear herramientas de torneado estructuralmente fiables, utilizando materiales compuestos. sujeción y otras estructuras con una sujeción fiable.
En rotura de virutas debe ser estable, sin desorden ni virutas en forma de cinta; debe acomodarse al rápido movimiento y reposicionamiento del portaherramientas, y no debe haber aflojamiento durante todo el proceso de corte automático.
Cambio rápido de herramientasAdoptar una herramienta de torneado sistema;

Utilizando un portaherramientas de cambio rápido.
Intercambie rápidamente diversas formas de componentes de corte para completar una amplia gama de procesos de corte, mejorando así la eficiencia de la producción.
Material de la cuchillaSe suelen utilizar cuchillas revestidas.Cumpla los requisitos de ritmo de producción y mejore la eficacia del procesamiento.
Sección transversal del vástagoMuchos portaherramientas utilizan barras cuadradas, pero debido a diferencias significativas en las estructuras de los sistemas de portaherramientas, algunos requieren el uso de barras especializadas.La barra portaherramientas coincide con el 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 perfilado, herramientas de torneado de caras frontales y herramientas de torneado de círculo interior, ranurado herramientas de torneado, herramientas de torneado de tronzado y herramientas de torneado de roscado, como se muestra en la Tabla 2-3.

Tabla 2-3 Tipos de herramientas de torneado indexables

TipoÁngulo de corte mayorMáquinas herramienta aplicables:
Herramienta de torneado exterior900、500、600、750、450Torno convencional y torno CNC,
Herramienta de torneado de perfiles930、107.50Torno de perfiles y torno CNC,
Herramienta de torneado de extremos900、450、750Torno convencional y torno CNC,
Herramienta de torneado interior450、600、750、900、910、930、950、107.50Torno convencional y torno CNC,
Herramienta de separación Torno convencional y torno CNC,
Hilo Herramienta de corte Torno convencional y torno CNC,
Herramienta de ranurado Torno convencional y torno CNC.

(3) Formas estructurales de herramientas de torneado indexables:

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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 se basa en la fuerza ejercida por la palanca al presionar contra el tornillo para sujetar el inserto de corte.

Se adapta a todo tipo de ángulos de desprendimiento positivos y negativos, con una gama efectiva de ángulos de desprendimiento de -60° a +180°. Las virutas pueden fluir sin obstrucción, y el calor de corte no afecta al agujero del tornillo ni a la palanca. Las dos paredes de la ranura proporcionan un fuerte soporte para el inserto de corte y garantizan la precisión de indexación.

② Tipo de cuña:

Como se muestra en la Figura 2-17, se compone de un tornillo de sujeción, 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 fijar el inserto de corte.

Se adapta a todo tipo de ángulos de desprendimiento negativos, con un rango de ángulo de desprendimiento efectivo de -60° a +180°. No hay paredes de ranura en ambos lados, lo que es adecuado para el corte de perfiles o la operación inversa con holgura.

③ Tipo de sujeción por cuña:

Como se muestra en la Figura 2-18, se compone de un tornillo de sujeción, una cuña, un pasador, una cuña de presión y un inserto de corte. Este método se basa en la fuerza descendente del pasador y la cuña para sujetar el inserto de corte.

Tiene las mismas características que el tipo de cuña, pero el flujo de virutas no es tan suave como el tipo de cuña.

Además, existen otros tipos, como el prensado de pernos, el prensado de agujeros y el prensado superior.

II. Material de la cuchilla

La calidad del rendimiento de corte de materiales para herramientas afecta directamente a la productividad de las operaciones de corte y a la calidad de la superficie mecanizada.

La aparición de nuevos materiales para herramientas suele mejorar significativamente la productividad, convirtiéndose en la clave para procesar determinados materiales difíciles de mecanizar, e impulsando el desarrollo y la actualización de las máquinas herramienta.

(1) Requisitos del material de las piezas de corte de la herramienta

En corte de metalesCuando la superficie de corte es irregular o discontinua, la herramienta también está sometida a impactos.

Para garantizar que la herramienta pueda realizar el trabajo de corte, el material de las piezas de corte de la herramienta debe tener las siguientes prestaciones de corte:

① Alta dureza y resistencia al desgaste

La herramienta debe ser más dura que la pieza para poder cortar virutas de ella. A temperatura ambiente, la dureza de la herramienta debe ser superior a 60HRC. Cuanto mayor sea la dureza del material de la herramienta, mejor será su resistencia al desgaste.

② Resistencia y tenacidad suficientes.

Para soportar 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 térmica se expresa en términos de temperatura de resistencia térmica.

La temperatura de resistencia térmica se refiere a la temperatura máxima que puede mantener básicamente el rendimiento de corte de la herramienta. Cuanto mejor sea la resistencia térmica, mayor será la temperatura de corte admisible para el material de la herramienta.

La estabilidad química se refiere a la capacidad del material de la herramienta para resistir las reacciones químicas con el material de la pieza de trabajo y los medios circundantes en condiciones de alta temperatura, incluidas las capacidades de antioxidación y antiadherencia.

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 una buena procesabilidad y economía.

Estos incluyen: el acero para herramientas debe tener una mínima deformación de endurecimiento, poca descarburización y una buena templabilidad; los materiales de alta dureza deben tener un buen rendimiento de amolado; las herramientas de conformado laminadas en caliente deben tener una buena plasticidad a alta temperatura; el rendimiento de soldadura de los materiales utilizados para las herramientas de soldadura debe ser bueno; los materiales de las herramientas utilizados deben ser lo más ricos y baratos posible en recursos de nuestro país.

(2) De uso común Materiales para herramientas de corte

Los materiales para herramientas de corte más utilizados pueden clasificarse en cuatro tipos: acero rápido (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 el wolframio, el molibdeno, el cromo y el vanadio, con una fracción másica de carbono de alrededor de 1%.

Tras el tratamiento térmico, el dureza del HSS alcanza los 62-65 HRC, con una temperatura de resistencia al calor de 550-600°C, una resistencia a la flexión de unos 3500 MPa y una tenacidad 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, por lo que es el material principal para fabricar herramientas de formas complejas, como brocas, fresas, herramientas de brochado, roscadoras y fresas de engranajes. Debido a sus limitaciones de resistencia al calor, el HSS no puede utilizarse para el corte a alta velocidad.

② Carburos cementados

Los carburos cementados se forman prensando y sinterizando un polvo de carburo de wolframio (WC) de gran dureza y alto punto de fusión, titanio carburo (TiC), carburo de tántalo (TaC), carburo de niobio (NbC), utilizando cobalto (Co) como aglutinante.

Su dureza a temperatura ambiente es de 88-93 HRA, con una temperatura de resistencia al calor de 800-1000°C, que es mucho más dura, más resistente al desgaste y al calor que el HSS.

Por lo tanto, la velocidad de corte permitida de las herramientas de carburo cementado es de 5 a 10 veces superior a la de las herramientas de HSS. Sin embargo, su resistencia a la flexión es sólo 1/2 a 1/4 de HSS, y la resistencia al impacto es sólo una fracción de HSS. Los carburos cementados son frágiles y sensibles al impacto y a las vibraciones.

Debido al importante aumento de productividad que permiten las herramientas de carburo cementado, no sólo se adoptan para una gran mayoría de herramientas de torneado, cepillado, fresado frontal sino también una cantidad considerable de brocas, escariadores y otras fresas.

Hoy en día, incluso las herramientas de brochado complejas, las fresas de roscar y las fresas de engranajes se fabrican gradualmente con carburos cementados.

En nuestro país, existen actualmente tres tipos de aleaciones duras de uso común:

Las aleaciones de carburo de wolframio, compuestas por WC y Co, se codifican como YG, similar a la categoría K de ISO. Se utilizan principalmente para procesar materiales quebradizos, como hierro fundido, metales no férreos y... no metálico materiales.

Las marcas más comunes son YG3, YG6 e YG8. El número indica el porcentaje de Co, siendo el resto el porcentaje de WC.

En las aleaciones duras, el Co actúa como aglutinante. Cuanto más Co contenga la aleación, mayor será su tenacidad. Por lo tanto, YG8 es adecuada para el mecanizado en bruto y el corte interrumpido, YG6 es adecuada para el mecanizado semiacabado, e YG3 es adecuada para el mecanizado fino y el corte continuo.

Las aleaciones de tungsteno, titanio y cobalto se componen de WC, TiC y Co, y se codifican como YT, similar a la categoría P de ISO. Dado que el TiC es más duro, resistente al desgaste y al calor que el WC, pero también más quebradizo, las aleaciones de la clase YT tienen mayor dureza y resistencia al calor que las de la clase YG. Sin embargo, son menos resistentes al impacto y a las vibraciones.

Como la deformación plástica es importante en el mecanizado del acero y la fricción entre la viruta y la herramienta es intensa, las temperaturas de corte son elevadas. Pero como las virutas tienen forma de banda y el corte es relativamente estable, las aleaciones duras de clase YT son adecuadas para procesar acero.

Los tipos más comunes de aleaciones de carburo de titanio y wolframio son YT30, YTl5 e YT5. El número indica el porcentaje de TiC. Por lo tanto, YT30 es adecuado para el mecanizado fino y corte continuo de acero, YTl5 es adecuado para el mecanizado semiacabado, y YT5 es adecuado para el mecanizado en bruto y corte interrumpido.

Las aleaciones de tungsteno, titanio y tántalo (niobio) se componen de una pequeña cantidad de TaC o NbC añadida a la clase YT, y se codifican como YW, similar a la categoría M de ISO. La dureza, la resistencia al desgaste, la resistencia al calor, la resistencia a la flexión y la tenacidad al impacto de las aleaciones duras de la clase YW son superiores a las de la clase YT, y los dos últimos índices son similares a los de la clase YG.

Por lo tanto, las aleaciones de la clase YW pueden procesar tanto acero y hierro fundido como virutas de metales no férreos, y se conocen como aleaciones duras universales. Las marcas más comunes son YWl e YW2; la primera se utiliza para el mecanizado semiacabado y fino, y la segunda, para el mecanizado en bruto y semiacabado.

Actualmente, aleación dura las herramientas de corte suelen adoptar revestimientos de materiales de gran dureza como TiC C , TiN y Al2O3. La vida útil de las herramientas de metal duro 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 el mecanizado de precisión.

Los materiales utilizados para las herramientas de corte cerámicas incluyen cerámicas de alúmina, cerámicas metálicas, cerámicas de nitruro de silicio (Si3N4) y cerámicas compuestas Si3N4. Desde la década de 1980, las herramientas de corte cerámicas se han desarrollado rápidamente.

La resistencia a la flexión y la tenacidad al impacto de las cerámicas metálicas, las cerámicas de nitruro de silicio y las cerámicas compuestas se aproximan a las de los carburos, lo que las hace adecuadas para el mecanizado semiacabado y el mecanizado en bruto con fluido de corte.

④ Materiales superduros

Los diamantes sintéticos se crean a partir de grafito a alta temperatura y presión mediante la acción catalizadora de metales. Los diamantes sintéticos se utilizan para fabricar muelas de diamante y, tras la policristalización, para producir discos de diamante sintético basados 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 aristas de corte afiladas que pueden cortar virutas muy finas. Sin embargo, son muy quebradizos y tienen gran afinidad con los metales ferrosos, por lo que no pueden utilizarse para el mecanizado en bruto ni para cortar virutas ferrosas.

En la actualidad, los diamantes sintéticos se utilizan principalmente como abrasivos para el rectificado de carburos. También pueden utilizarse para el 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 del nitruro de boro de cristal hexagonal (también conocido como grafito blanco) a alta temperatura y alta presión. El CBN posee una dureza y una resistencia a la abrasión extremadamente altas, solo superadas por el diamante, y puede soportar altas temperaturas de hasta 1.400 a 1.500 °C.

No reacciona químicamente con los metales ferrosos a 1200 a 1300°C.

Sin embargo, puede reaccionar químicamente con el agua a altas temperaturas, por lo que suele utilizarse para el corte en seco. El CBN es adecuado para el mecanizado de precisión de acero templado, fundición enfriada, aleaciones de alta temperatura, materiales de proyección térmica, aleaciones duras y otros materiales difíciles de procesar.

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III. La forma de la hoja

El icono "Seleccionar forma de la cuchilla" se muestra en la Figura 2-20. Los principales métodos de selección de parámetros son los siguientes:

① Ángulo del filo de corte

El tamaño del ángulo del filo de corte determina la resistencia de la hoja. Cuando la estructura y la rigidez de la pieza lo permitan, debe elegirse un ángulo de filo de corte lo mayor posible. Normalmente, este ángulo oscila entre 35° y 90°.

En la Figura 2-19, la cuchilla circular de tipo R tiene una buena estabilidad durante el corte pesado, pero es propensa a generar grandes fuerzas radiales.

② Selección de la forma de la cuchilla

La forma de la cuchilla se elige principalmente en función de la forma de la superficie de la pieza que se va a procesar, el método de corte, la vida útil de la herramienta y el número de rotaciones de la cuchilla, entre otros factores.

Las cuchillas triangulares equiláteras pueden utilizarse para herramientas de torneado circular exterior, herramientas de torneado de caras frontales y herramientas de torneado de agujeros interiores con un ángulo de filo de corte mayor de 60° o 90°. Debido al pequeño ángulo del filo de corte, la escasa resistencia y la baja durabilidad de esta cuchilla, sólo debe utilizarse con cantidades de corte más pequeñas.

Las cuchillas cuadradas tienen un ángulo de corte de 90°, que es mayor que el de 60° de las cuchillas triangulares equiláteras, por lo que mejoran su resistencia y su capacidad de disipación del calor. Estas cuchillas son bastante versátiles y se utilizan principalmente para herramientas de torneado circular externo, herramientas de torneado de caras frontales y herramientas de mandrinado con un ángulo de filo de corte mayor de 45°, 60°, 75°, etc.

Las cuchillas pentagonales tienen un ángulo de corte de 108° y ofrecen una gran resistencia y durabilidad, así como una amplia zona de disipación del calor. Sin embargo, generan grandes fuerzas radiales durante el corte y solo deben utilizarse en situaciones en las que el sistema de mecanizado tenga una buena rigidez.

Los discos diamantados y circulares se utilizan principalmente para el perfilado de superficies y el mecanizado de superficies en arco. Su forma y tamaño pueden determinarse tomando como referencia las normas nacionales en combinación con el objeto de mecanizado.

IV. Tipos de herramientas de torno CN

Los tornos CNC requieren herramientas cada vez más estables, duraderas y fáciles de sustituir.

En los últimos años, el uso de Máquina CNC La sujeción de herramientas indexables se ha generalizado y desempeñan un papel importante en el proceso de mecanizado, constituyendo una gran parte de las herramientas utilizadas.

¿Cuáles son los Tipos de CNC ¿Herramientas de torno?

Las herramientas de torno CNC pueden dividirse en tres categorías en función de su estructura: tipo integral, tipo incrustación y tipo especial.

Además, pueden clasificarse en cuatro grupos en función del material utilizado para fabricar las herramientas: herramientas de diamante, herramientas de acero rápido, carburo de cemento y herramientas fabricadas con otros materiales, como la cerámica.

Las herramientas de torno CNC también pueden clasificarse en función del número de cuchillas que tengan. Son herramientas de una sola cuchilla o herramientas de varias cuchillas. Las herramientas monocuchilla tienen un solo filo principal, mientras que las herramientas multicuchilla tienen dos o más filos 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)
  • Cambio rápido de herramientas
  • Rendimiento de corte estable
  • Baja resistencia a las vibraciones y a la deformación térmica
  • Fácil ajuste del tamaño de la herramienta para reducir el tiempo de cambio de herramienta
  • Capacidad fiable de rotura de virutas o virutas de hierro

La serialización y la normalización también son necesarias para una retirada eficaz de las virutas y para facilitar la programación y la gestión de las 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.

Véase también:

El programador debe realizar una selección adecuada de herramientas y portaherramientas para el torno CNC, teniendo en cuenta diversos factores como la capacidad de procesamiento, los procedimientos de procesamiento, la pieza de trabajo propiedades del materialparámetros de corte, etc.

La regla general para la selección de herramientas es dar prioridad a las que sean rígidas, duraderas, precisas y fáciles de instalar y ajustar.

Sin dejar de cumplir los requisitos de procesamiento, se recomienda elegir herramientas con un mango más corto para mejorar la rigidez durante el procesamiento.

En el proceso de utilización de un torno CNC económico, el rectificado, la medición y el cambio de herramientas se realizan manualmente, lo que supone un largo tiempo auxiliar. Es crucial organizar la secuencia de herramientas de forma eficiente para minimizar este tiempo auxiliar.

Los principios generales a seguir son:

  • Minimizar el número de herramientas utilizadas
  • Completar todos los pasos de mecanizado con una sola herramienta una vez sujeta
  • Utilizar herramientas distintas para el desbaste y el acabado
  • Al mecanizar con herramientas similares, dar prioridad al mecanizado de acabado superficial
  • Elija un tamaño de herramienta compatible con el tamaño de la superficie de la pieza de trabajo
  • Para el mecanizado de superficies de forma libre, las herramientas de cabeza esférica se utilizan a menudo para el acabado de superficies
  • Las fresas de cabeza plana son preferibles para el mecanizado de desbaste y acabado de superficies curvas siempre que no se garantice el corte

Es importante tener en cuenta que la durabilidad y la precisión de la herramienta están relacionadas con su coste. Aunque seleccionar una herramienta de alta calidad aumenta el coste de la herramienta, reduce el coste total de procesamiento al mejorar la calidad y la eficacia del procesamiento.

A través de este debate sobre las herramientas de torno CNC, aprendemos que los tipos de herramientas pueden clasificarse en función de la estructura de la herramienta, los materiales de fabricación y el número de filos de corte. La selección de herramientas tiene lugar mediante la interacción hombre-máquina en el Proceso de mecanizado CNC. Como componente crucial en el procesamiento de torno CNC, la herramienta juega un papel importante.

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