Fresadoras, Qué son, tipos y características

¿Qué es una Fresadora?

Una fresadora convencional, también llamada fresadora manual, es una máquina que puede fabricar todo tipo de piezas. El avance de la mesa es controlado manualmente por un operario.

Este tipo de fresadora es especialmente útil si necesita una máquina-herramienta para la producción de unidades, la producción de pequeñas series o el repaso de piezas. Son muy económicas en comparación con las fresadoras CNC que tienen control digital.

Existen diferentes tipos de fijación de herramientas para las fresadoras. Una vez que haya hecho su elección, tendrá que comprar las herramientas según el tipo de fresadora que tenga (cono fuerte o débil).

¿Cómo elegir una fresadora?

En primer lugar, debe definir el número de ejes que necesita. La mayoría de las fresadoras tienen tres ejes. Tienen un eje vertical llamado eje Z, un eje longitudinal llamado eje X y un eje transversal llamado eje Y.

Existen tres tipos principales de fresadoras:

• Las fresadoras verticales están equipadas con un husillo vertical y las herramientas se fijan perpendicularmente a la mesa.
• Las fresadoras horizontales están equipadas con un husillo horizontal y las herramientas se fijan en paralelo a la mesa.
• Fresadoras universales: están equipadas con un husillo de bisagra.

También tendrá que elegir la potencia de su fresadora en función de los materiales con los que quiera trabajar. Las fresadoras no estarán sometidas a los mismos esfuerzos si trabajan con acero, aluminio o PVC. También hay que tener en cuenta la profundidad de corte, es decir, la profundidad de penetración de la fresa en la pieza. Si elige una fresadora de baja potencia, es posible que tenga que realizar varias pasadas sucesivas para completar una operación de mecanizado que podría haberse realizado en una sola pasada con una máquina más potente.

También debe elegir su fresadora en función de las dimensiones de las piezas que tendrá que mecanizar y de la amplitud de los movimientos que serán necesarios para realizar todas las operaciones de mecanizado. Las capacidades de mecanizado de una fresadora se corresponden con sus amplitudes de movimiento (denominadas recorrido X, Y y Z) en cada eje.

Criterios de selección:

• número de ejes
• orientación del husillo
• poder
• Recorrido X, Y y Z

¿Cuántos ejes necesita para su fresadora?

Las fresadoras suelen estar equipadas con tre sejes: un eje vertical que permite elevar la mesa hacia la fresa (en el caso de una fresadora con husillo vertical) y dos ejes horizontales que permiten desplazar la mesa longitudinal y transversalmente.

También puede elegir una fresadora de 4 ejes. El cuarto eje permite girar la mesa para poder mecanizar la pieza en diferentes ángulos sin necesidad de desmontarla y cambiarla manualmente.

Las fresadoras de cinco ejes también disponen de un eje de rotación del husillo que permite variar el ángulo de aproximación de la fresa.

¿Una fresadora convencional vertical u horizontal?

Fresadora vertical

En las fresadoras de tamaño normal, la mesa de la pieza se mueve en el plano y también en vertical. Sin embargo, en las fresadoras verticales más grandes, el movimiento vertical se consigue moviendo el cabezal hacia arriba o hacia abajo (eje Z), mientras que la pieza, muy voluminosa y pesada, sólo se mueve horizontalmente en el plano. Estas fresadoras son muy grandes y alcanzan una gran potencia, así como una considerable capacidad de arranque de virutas con una precisión de hasta unas centésimas de milímetro.

Las operaciones de fresado que se pueden realizar en esta máquina herramienta son: aplanado, perfilado, ranurado, embolsado. También es posible realizar operaciones de taladrado, roscado y escariado. Para realizar estas operaciones, se montan herramientas en voladizo, como fresas frontales o fresas de mango integral (por ejemplo, fresas de punta o de cola de milano). Las herramientas están conectadas al eje del husillo mediante un cono, que está pretensado por un tirante y una tuerca que se aprieta en la zona superior del cabezal.

Una versión especial de la fresadora vertical es la fresadora de torreta. Estas fresadoras tienen una base giratoria graduada, llamada torreta, entre la columna y el brazo horizontal. El conjunto de brazos horizontales puede entonces girar alrededor del eje vertical de la columna. El motor del husillo está cerca del eje del mismo y el cambio de velocidad es variable gracias a una correa. El carro se traslada en los tres ejes y el eje del husillo puede trasladarse axialmente por medio de un manguito, al igual que un taladro. El diseño de la fresadora de torreta es adecuado para operaciones de fresado ligeras y, de hecho, estas máquinas suelen ser pequeñas y la potencia instalada es de pocos kW.

Una fresadora vertical se caracteriza por:

• Base y montante – La base y el montante trasero actúan como el esqueleto de la fresadora. El montante aloja las guías verticales de la corredera inferior (consola). En el interior de la columna se encuentran el motor eléctrico, que está conectado a la caja de cambios para accionar el husillo y los alimentadores, y la bomba de refrigerante.
• Cabezal – El cabezal de la máquina herramienta tiene una configuración de eje vertical y puede inclinarse sobre el eje horizontal.
• Mesa de trabajo – La mesa de trabajo está unida al carro por medio de guías de cola de milano y se desplaza longitudinalmente. La mordaza se sujeta en ella para sujetar la pieza, que también puede sujetarse directamente en la mesa mediante las ranuras en T.
• Accionamiento – Los tres ejes son movidos por el operario mediante los volantes, o pueden hacerse automáticos gracias a los avances conectados al motor principal mediante una caja de cambios. El movimiento de rotación resultante se transfiere a un tornillo trapezoidal y, finalmente, a la tuerca conectada al eje.

Fresadora horizontal

La estructura de las fresadoras horizontales es similar a la de las verticales, de nuevo con una base vertical y un montante, pero en este caso el eje del husillo es horizontal. El husillo sobresale del montante, al que se conecta el husillo de fresado mediante un acoplamiento cónico. Por otro lado, el eje portafresas se apoya en un cilindro superior que impide que se doble durante el fresado. La mesa de la pieza se mueve en el espacio en las tres direcciones alimentando el proceso de retirada de virutas.

Esta máquina manual tiene un campo de aplicación bastante limitado y restringido y se utiliza principalmente para el fresado frontal y el ranurado. Por este motivo, hoy en día ya no se utiliza de forma generalizada y ha sido sustituida por las fresadoras universales y las fresadoras CNC.

Características principales de la fresadora horizontal

Como su nombre indica, en la fresadora horizontal el eje del husillo es horizontal. Estas máquinas herramienta se utilizan para el fresado frontal de grandes superficies y para la realización de ranuras rectas.

Normalmente, el eje del husillo está fijo en el espacio y sólo tiene movimiento de corte, permitiendo que la fresa gire. La pieza, por su parte, se mueve en las tres direcciones a través de los tres ejes de la mesa de trabajo. Sin embargo, cuando las piezas superan un determinado tamaño o peso, el movimiento de los tres ejes lineales puede desplazarse a la máquina en lugar de a la pieza.

En el husillo se suele acoplar una fresa tangencial, por ejemplo una fresa cilíndrica con dientes helicoidales para el fresado de caras o fresas de disco para el fresado de ranuras. También se pueden fresar perfiles complejos con fresas de disco de forma cóncava y convexa. El método de fresado puede estar en concordancia, si la velocidad de corte está de acuerdo con la velocidad de avance, o en discordancia, si la velocidad de corte es opuesta a la velocidad de avance.

Aunque el diseño más común de estas máquinas es el que se muestra en la figura (con una sola columna), en el caso de las grandes fresadoras es posible que la estructura del carnero se repliegue hacia la bancada con una columna secundaria colocada en la parte delantera.

Los principales elementos de una fresadora horizontal son:

• Base y columna – La base y la columna son de hierro fundido y suelen formar un solo cuerpo. Esto mejora la rigidez general y evita la necesidad de conexiones atornilladas. Toda la cinemática de la máquina-herramienta se aloja en el interior de la columna, como el motor eléctrico con su caja de cambios, los engranajes para los avances automáticos, la unidad de control y el sistema de refrigeración. En la parte delantera están las guías para el movimiento vertical de la unidad de deslizamiento de la pieza y en la parte superior están los anclajes para el cilindro.
• Ariete – El Ariete es una estructura conectada a la columna que soporta el husillo de fresado, evitando que se doble debido a las fuerzas de corte.
• Husillo – El eje del husillo está situado en el interior del mástil y es accionado en rotación por la caja de cambios. El husillo de fresado está conectado mediante un acoplamiento cónico ISO al eje del husillo, mientras que el otro lado se apoya en el ariete. En la parte trasera del ariete se encuentra la tuerca para pretensar el tirante que se atornilla al husillo de fresado.
• Eje portafresas – En este eje se montan las diferentes fresas tangenciales utilizadas para el mecanizado. Las cuchillas son forzadas a girar por un acoplamiento de chaveta. Este elemento puede ser bastante largo y a él se pueden conectar varias fresas que mecanizarán simultáneamente la pieza en diferentes zonas (por ejemplo, varias fresas de disco para realizar varias ranuras simultáneamente). En el eje del portacuchillas hay casquillos que actúan como adaptadores entre el diámetro del eje del portacuchillas y el agujero de la cuchilla que se va a montar.
• Mesa de la pieza – La mesa es el órgano al que se conectan los sistemas de anclaje de la pieza (por ejemplo, abrazaderas o soportes). A su vez, la mesa está unida mediante guías de cola de milano al carro inferior y al carro, que le permiten desplazarse vertical, transversal y longitudinalmente. Los tres ejes se controlan mediante avances manuales y automáticos a través de tornillos trapezoidales. El juego se regula mediante una tuerca ajustada con tuercas regulables.

Fresadora universal

La fresadora universal es la evolución directa de la fresadora de eje horizontal. En esta máquina manual, la mesa se puede inclinar a voluntad mediante una plataforma giratoria. A menudo, esta fresadora utiliza un divisor sincronizado con los avances de la mesa, lo que permite fresar formas helicoidales (muy útil, por ejemplo, en el mecanizado de ruedas dentadas helicoidales). Gracias a la posibilidad de inclinar la mesa y a los diversos accesorios disponibles, esta máquina puede realizar operaciones de fresado complejas. Aunque la fresadora universal tiene un eje horizontal, también es posible montar cabezales verticales que pueden orientarse a voluntad e inclinarse en el espacio.

La estructura de esta máquina-herramienta es similar a la de la fresadora horizontal, con la base que soporta la columna y, en la parte superior, el carnero en el que se puede montar el eje de la fresa o conectar el cabezal vertical. La mesa está conectada al ariete, que está guiado en la columna vertical y es accionado por tornillos que le permiten moverse automáticamente en el espacio.

Descripción y características de las fresadoras universales

Las fresadoras universales son la evolución natural de las fresadoras horizontales, que hoy en día son menos comunes que antes. Las fresadoras universales permiten una mayor libertad en el mecanizado gracias a un mayor número de ejes controlables disponibles: en particular, la mesa de trabajo puede girar a lo largo de un eje vertical gracias a una placa entre la mesa de trabajo y el carro. Al igual que en las fresadoras horizontales, el cabezal permanece fijo, mientras que la mesa se desplaza a lo largo de los tres ejes cartesianos mediante tornillos trapezoidales sobre guías de cola de milano.

Además de las operaciones de mecanizado que pueden realizarse en las fresadoras horizontales, como el aplanado y el ranurado, la fresadora universal también permite realizar operaciones de mecanizado especiales, como ranuras helicoidales en superficies cilíndricas (por ejemplo, el mecanizado de ruedas dentadas helicoidales) y secciones de perfiles circulares.

Estas fresadoras están equipadas con diversos accesorios que pueden elegirse en función de las necesidades de producción:

• Divisor, parte esencial de las fresadoras universales, que también proporciona a la pieza un movimiento de rotación. El divisor se puede accionar manualmente o se puede sincronizar automáticamente con el movimiento de la mesa para realizar un fresado helicoidal.
• Cabezal de accionamiento vertical ajustable, lo que la asemeja a una fresadora vertical. Esto permite el fresado con fresas, fresas de mango o fresas frontales.
• Cabezal de ranurado para ranurar cubos. Este cabezal utiliza una excéntrica para convertir la rotación del eje del husillo en movimiento lineal de la herramienta de conformación.
• Mesa giratoria, que permite girar la pieza de forma lenta y continua a 360°. La rotación puede ser automática o manual.
• Cabezal de mecanizado para bastidores, que tiene un eje horizontal alineado con la mesa y que avanza longitudinalmente con movimiento intermitente. Este cabezal puede utilizarse tanto para el fresado de dientes de cremallera como para el mecanizado de brochas.

En una fresadora universal, además de los componentes ya descritos en la fresadora horizontal, podemos encontrar los siguientes componentes principales:

• Mesa giratoria – Como se ha mencionado, una característica fundamental de las fresadoras universales es la mesa giratoria que permite cambiar el ángulo de la mesa. Debajo de la mesa se encuentra el pivote que actúa como punto de apoyo y la transmisión mecánica que permite el avance longitudinal automático de toda la mesa, incluso si está inclinada.
• Cabezal de accionamiento – La fresadora universal ofrece la posibilidad de intercambiar el eje de fresado horizontal también con un cabezal giratorio vertical al que se pueden acoplar herramientas en voladizo. Por lo general, este cabezal puede girar en varios ejes para poder realizar múltiples operaciones de fresado en ángulos generales. El cabezal vertical puede conectarse al ariete superior mediante una conexión atornillada.
• Divisor – El divisor está conectado a la mesa y asegura el control correcto del ángulo de la pieza. Si se va a realizar un fresado helicoidal, se elegirá el conjunto correcto de piñones y tornillos sin fin para que el movimiento longitudinal del carro esté correctamente sincronizado con el movimiento angular del divisor. El divisor puede tener un pequeño mandril o apoyar la pieza entre los centros.

Fresadora CNC

Las fresadoras CNC son la versión automática de las fresadoras manuales mencionadas anteriormente. Las fresadoras CNC suelen tener un eje vertical y son accionadas por un control numérico que acciona sus ejes. Los distintos ejes se mueven mediante motores paso a paso o sin escobillas que regulan con precisión su posición en el volumen de trabajo: la posición de éstos se mide mediante codificadores directamente en los motores o, en el caso de las fresadoras CNC más precisas, también mediante escalas ópticas directamente en el eje.

Gracias a las instrucciones contenidas en el programa de la pieza, es posible realizar la misma operación de mecanizado de forma repetitiva en grandes lotes, sin introducir variabilidad en el proceso debido al factor humano. La intervención del operario es necesaria para el cambio de la pieza y, en el caso de las fresadoras sin almacén de herramientas, también para el cambio manual de las mismas. El operario se sitúa frente al panel de control, desde el que controla y programa la máquina. Alrededor de la fresadora hay paneles con microinterruptores de seguridad especiales, que impiden que la máquina se encienda si los paneles están abiertos.

Principales características de las fresadoras CNC

Una fresadora CNC es una máquina-herramienta que tiene tres ejes controlados por una unidad de dirección especial, que gestiona su posición en tiempo real según lo descrito por el programa de la pieza. El programa pieza es el código que expresa el mecanizado a realizar en forma de instrucciones simples. El código contenido en el programa de la pieza se desarrolla antes del mecanizado, normalmente con herramientas CAM, que emulan el mecanizado de la pieza en una simulación informática.

El diseño de estas máquinas herramienta suele ser el de las fresadoras de eje vertical. El cambio de herramientas puede ser manual o automático gracias a un almacén de herramientas específico. En consecuencia, según el tipo de cambio de herramienta, esta máquina puede requerir la presencia constante de un operario para realizar todo el ciclo de mecanizado. La carga de la pieza bruta y la descarga de la pieza acabada también suelen ser realizadas por el operario.

Además, la sujeción de la pieza se realiza normalmente con una mordaza fijada a la mesa. Para acelerar la sujeción y mejorar el posicionamiento, se pueden utilizar plantillas de sujeción, especialmente cuando se fresan grandes lotes de piezas.

Estas máquinas-herramienta se utilizan para mecanizar un gran número de piezas y garantizar la homogeneidad de la producción, precisamente porque el factor humano se reduce al mínimo. La precisión de esta máquina herramienta es de alrededor de 0,01 mm o menos, lo que la hace mucho más precisa que las fresadoras manuales convencionales. Gracias al control numérico, es posible realizar fresados complejos interpolando los ejes y también fresar en superficies inclinadas. Sin embargo, el mecanizado de piezas complejas puede ser complicado, ya que puede requerir varias repeticiones de la pieza, lo que reduce la precisión del mecanizado y aumenta el tiempo del ciclo.

Aunque a veces la línea es borrosa, no hay que confundir las fresadoras CNC con los centros de mecanizado. Estas últimas disponen de una automatización más avanzada y también pueden unirse para crear células de mecanizado. Además, los centros de mecanizado suelen tener cuatro o más ejes controlados y sincronizados, mientras que las fresadoras normales sólo tienen tres, con ampliación opcional mediante mesas giratorias.

Estos son los principales elementos que caracterizan a una fresadora CNC:

• Husillo – Las diferentes herramientas están conectadas al husillo. El cambio de herramientas puede ser automático, con su propio almacén de herramientas, o manual, con el cambio de herramientas gestionado manualmente por el operario.
• Ejes – Los ejes se mueven sobre guías de bolas o de rodillos. De este modo, el coeficiente de fricción puede reducirse hasta 0,005, lo que mejora enormemente la capacidad de lograr un posicionamiento preciso. Los ejes se mueven mediante precisos husillos de bolas accionados por motores sin escobillas o de paso.
• Unidad de dirección – La unidad de dirección es el «cerebro» de la fresadora CNC. Controla todas las funciones de la máquina herramienta y lee y ejecuta las instrucciones del programa de la pieza.
• Revestimiento: cualquier revestimiento alrededor de la estructura aísla la zona de trabajo, mejorando la seguridad y el confort en el entorno laboral.

¿Qué otras características son importantes a la hora de elegir una fresadora?

En las fresadoras convencionales, el avance de la mesa se realiza girando una manivela conectada a un nonio (regla graduada) que permite controlar la velocidad y la longitud del movimiento. Un DRO (Digital ReadOut) es un indicador digital que puede sustituir al nonio. Puede suministrarse de serie con la fresadora o añadirse posteriormente. En este último caso, el visualizador digital se suministra con sensores lineales que miden el movimiento de la mesa.