Ranura Helicoidal Alonso Bustos

FRESADO DE RANURAS HELICOIDALES

El fresado con corte helicoidal es un mecanizado de gran importancia, puesto que permite, por ejemplo, efectuar ranuras helicoidales sobre árboles, el desahogo helicoidal de las brocas y la construcción de los dientes de las ruedas helicoidales y de las propias fresas. El mecanizado se efectúa en la fresadora horizontal, utilizando el platocabezal universal. 

Para tallar una ranura helicoidal es necesario imprimir a la pieza dos movimientos simultáneos, uno de rotación y otro de traslación en la dirección del eje. El movimiento resultante es el movimiento helicoidal de avance.

 SI se utiliza una fresa de disco, es necesario además calcular el ángulo que deberá girarse la mesa portapiezas para que se pueda obtener el ángulo  de inclinación de la hélice que se pretende construir.  El doble movimiento de rotación y de traslación de la pieza se obtiene enlazando el tornillo de avance de la mesa con el husillo del cabezal universal mediante un tren de engranajes. Este ultimo constituye un cambio de velocidad cuyas ruedas se eligen cada vez pare obtener una hélice de paso determinado Pe.

Cuando el cabezal divisor universal se enlaza con el tornillo de avance de la mesa, no se puede utilizar el dispositivo de división diferencial. La imposibilidad de aplicar el diferencial se debe al hecho de que el cabezal universal tiene un solo árbol para recibir el movimiento del exterior, ya sea que lo reciba de los engranajes para división diferencial, o que lo reciba de los engranajes de enlace con el tornillo de avance de la mesa.

El paso del tornillo de avance de la fresadora Pt, y el paso de la hélice de la ranura a construir Pe, son inversamente proporcionales a sus números de revoluciones: Pt

/

Pe = Ne

/

Nt

Ahora la relación de transmisión, viene dada por la relación entre los números de revoluciones del elemento conducido Nc y los del elemento motor Nm.

Teniendo en cuenta los engranajes Z1 y Z2 y el grupo del tornillo sinfín y de la rueda helicoidal (el tornillo sinfín tiene una sola entrada y es motor o conductor, la rueda helicoidal tiene 40 dientes por lo general y es conducida), se tiene: Pt

/

Pe = Nc

/

Nt = Z1

/

Z2 x 1

/

40

Puesto que no siempre bastan dos ruedas para utilizar la relación de transmisión deseada, resulta de uso más práctico la fórmula: Pe

/

Pt = Nm

/

Nc = 40 x Z2 x Z4 / Z1 x Z3

Donde las ruedas con subíndice par son ruedas

conducidas y las ruedas con

subíndice impar son ruedas motoras, montadas como en la figura. CÁLCULO DEL ÁNGULO DE INCLINACIÓN

Para construir una ranura helicoidal con una fresa de disco, la pieza P debe estar inclinada respecto al eje perpendicular al del árbol portafresas F un ángulo a igual al de la inclinación de la hélice que se pretende obtener.

A este fin, la mesa portapiezas T se gira el mismo ángulo a alrededor de su eje vertical. Se hace girar la mesa un ángulo a  la derecha si la hélice es a la izquierda.

La rotación es controlada mediante un sector graduado del carro transversal U, que desliza a su vez sobre el carro vertical V

Cuando no se indica el ángulo, pero se conoce el paso de la hélice que se quiere construir, su puede obtener aquel recurriendo a una fórmula trigonométrica. Sí sobre un plano se desarrolla el cilindro sobre el que se envuelve la hélice, la propia hélice resulta una línea recta, hipotenusa da un triángulo rectángulo que tiene por catetos el paso de la hélice, Pe, y la circunferencia rectificada, D x  ,donde D es el diámetro del cilindro. La tangente trigonométrica del ángulo  es igual a la relación entre el cateto opuesto y el adyacente al ángulo: tg  = D x  / Pe Conocido el valor de tg  se obtiene el valor del ángulo a en grados mediante las tablas trigonométricas.

Elección de la Fresa

El fresado de una ranura puede efectuarse con una fresa de disco o con una fresa de mango. Fresa de disco Una fresa de disco no permite obtener los flancos de una ranura paralelos entre sí. Si el paso de la hélice se ha calculado sobre el diámetro exterior, De, del cilindro, se obtiene la ranura ensanchada hacia su interior. Si el paso de la hélice se ha calculado sobre el diámetro interior, Di, de la ranura, ésta se obtiene ensanchada hacia el exterior.

Si el paso de la hélice se ha calculado sobre el diámetro medio, Dm, la ranura se obtiene ensanchada tanto hacia el interior como hacia el exterior, pero de una forma menos pronunciada que en los casos anteriores. Además, la fresa de disco debe elegirse de diámetro lo más pequeño posible, a fin de que pueda encajar mejor en la curva de la ranura. Fresa de mango Una fresa de mango da siempre una ranura con los flancos paralelos entre sí. Con esta fresa no es necesario girar la mesa el ángulo .

Ejemplo de mecanizado do una ranura helicoidal Se quieren tallar, sobre un cilindro, 3 ranuras helicoidales simétricas, esto es, a 120.

Datos Diámetro del cilindro = 29 mm Profundidad de cada ranura = 4 mm Ancho de cada ranura = 4 mm Paso de la hélice a realizar Pe =450 mm Sentido de la hélice: a la derecha Pt= 5 mm Utillaje La fresa empleada es una fresa de disco de 63 mm de diámetro, 16 dientes y 3,5 mm de ancho. Las ruedas de que se dispone tienen los siguientes números de dientes: 24 - 24 - 28 32 - 36 - 40 - 44 - 48 - 56 - 64 - 72 –86 - 96 –100 - 120 Cálculo de los engranajes La determinación de la relación de transmisión entre el número de revoluciones de la pieza a ranurar y el número de revoluciones del tornillo de avance se efectúa utilizando la fórmula: Pe

/

Pt = 40 x Z2 x Z4 / Z1 x Z3

Pe / Pt x 1 / 40 = Z2 x Z4 / Z1 x Z3 450 / 5 x 40 = Z2 x Z4 / Z1 x Z3 450 / 200 = Z2 x Z4 / Z1 x Z3 9 / 4 = Z2 x Z4 / Z1 x Z3

Z2 x Z4 3 x 3 ------------ = -------------- ====> Z1 x Z3 2 x 2

Z2 x Z4 3 x 12 3 x 24 ------------- = ---------------- x -------------Z1 x Z3 2 x 12 2 x 24

Z2 x Z4 36 x 72 -------------- = ---------------Z1 x Z3 24 x 48 Sentido de la hélice Como ya se ha visto, cuando se quiere obtener une hélice a le derecha también la pieza debe girar a la derecha. En el caso en que la pieza gira a la izquierda, es

necesario añadir al tren de engranajes una rueda intermediaria que Invierta el sentido de rotación del husillo del cabezal universal. Control del paso Se señala con lápiz sobre el flanco de la mesa un tramo correspondiente a la longitud exacta del paso, entonces, haciendo referencia a una línea L marcada sobre la plataforma giratoria se controla, actuando sobre el volante V, que la manivela del disco divisor complete 40 vueltas y que la carrera de la mesa resulte Igual a la longitud señalada del paso. Cálculo del ángulo de inclinación de la hélice El ángulo que es necesario girar la mesa portapiezas es igual al ángulo de inclinación de la hélice y se calcula con la fórmula trigonométrica: Tg  = D x  / Pe El diámetro D que se debe utilizar en la fórmula es el diámetro medio Dm, a fin de obtener, puesto que se emplea una fresa de disco, ranuras de sección lo más rectangular posible. El diámetro medio resulta ser: 4+4 Dm=29 ---------------------- =25 mm, por lo tanto 3,14159 x 25 3.1416 x 25 tg  = ------------------------ =O.17453, de donde:  = 9 54” 450 Preparación del divisor Puesto que se deben construir 3 ranuras, es necesario preparar el divisor para que, después de cada carrera de trabajo, complete una rotación de 120 (360/3). Para dividir la circunferencia en tres partes se aplica la fórmula de la división indirecta: 40 40 1 9 ----- = -----= 13 + ----- = 13 + ---n 3 3 27 Por lo tanto, cada vez se deberán dar 13 vueltas de la manivela y además desplazar el obturador 9 intervalos sobre la circunferencia de 27 agujeros. Posicionado de la pieza: Se sitúa la pieza bajo la herramienta mediante el movimiento del carro transversal.

Se levanta la ménsula hasta poner la pieza en contacto con la fresa en movimiento. En este momento, se fresa una pequeña huella en forma de elipse E en la parte superior de la pieza. La huella se forma por la intersección de los cilindros, constituido uno por la pieza y el Otro por la fresa. La figura geométrica resultante es muy parecida a una elipse. Pasada de prueba El surco que se ha de obtener por fresado se centra sobre la elipse obtenida. A este fin se inicia una pasada de prueba levantando la pieza con la rnénsula. Se controla, observando con lupa, si el surco de prueba está centrado exactamente respecto a la elipse y se regula la pieza para obtener esto de la forma más precisa. Primera pasada Con avance manual, se efectúa una primera pasada de 2 mm de profundidad en las tres ranuras, sucesivamente. Mediante el aparato divisor, entre una carrera y la siguiente se gira la pieza 120. Pasadas siguientes Con una segunda pasada se dejan las ranuras a la profundidad deseada de 4 mm A continuación se ensanchan con pasadas de acabado sobre el lado derecho y sobre el izquierdo, hasta alcanzar el ancho requerido de 4 mm. Después de cada pasada, antes de volver atrás, es necesario bajar la ménsula hasta hacer salir completamente la fresa de la ranura. Control final de las ranuras El control de la profundidad y del ancho de las ranuras puede efectuarse con un pie de rey. Si se requiere una tolerancia determinada, el control del ancho de la ranura puede efectuarse con un calibre tampón pasa-no pasa.