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El maquinado de piezas con superficies cónicas está ligado a la formación del cono, para el cual son características las dimensiones siguientes: (fig. 8.1): Los diámetros menor (d) y mayor (D) y la distancia (I) entre los planos, en los cuales se encuentran circunferencias con diámetros D y d. El ángulo α que como se indicó anteriormente es llamado ángulo de inclinación del cono y el ángulo 2 α, ángulo del cono.
Procedimientos Empleados para Mecanizar Superficies Cónicas
Al maquinar árboles, con frecuencia nos encontramos con transiciones de forma cónica entre las superficies a trabajar. Si la longitud del cono no supera los 50 mm, éste se puede tornear con una cuchilla ancha fig. 8.2. El ángulo de ataque del filo de la cuchilla ha de corresponder al de inclinación del cono de la pieza que se desea mecanizar. A la cuchilla se le comunica un avance en dirección transversal o longitudinal.
Para disminuir la alteración de la generatriz de la superficie cónica y reducir la desviación del ángulo de inclinación del cono hay que colocar el filo de la cuchilla a la altura del eje de rotación de la pieza que se desea trabajar.
Debe tomarse en consideración que durante el maquinado del cono con una cuchilla, cuyo filo tiene una longitud superior a 10…15 mm, pueden surgir vibraciones de un nivel tanto más alto, cuanto más grandes sean la longitud de la pieza que se trabaja, menores su diámetro y el ángulo de inclinación del cono, más cerca esté ubicado el cono hacia la mitad de la pieza, mayor se la salida de la cuchilla y menor la solidez de su fijación. A consecuencia de las vibraciones, en la superficie que se mecaniza surgen huellas y empeora su calidad. Al tornear piezas rígidas con una cuchilla ancha, pueden no producirse vibraciones, pero en este caso resulta posible el desplazamiento de la cuchilla bajo la acción de la componente radial de la fuerza cortante, lo cual altera el ajuste de la cuchilla para el ángulo requerido de inclinación. El desplazamiento de la cuchilla depende del régimen de mecanizado y de la dirección del avance.
Las superficies cónicas con inclinaciones grandes pueden mecanizarse girando el carrillo superior del carro con el portaherramientas (fig. 8.3) a un ángulo α igual al de inclinación del cono que se elabora. El avance de la cuchilla se opera a mano (mediante la manivela de desplazamiento del carrillo superior), lo cual es un defecto de este procedimiento, puesto que la irregularidad del avance manual conduce al aumento de la rugosidad en la superficie labrada. De acuerdo con el procedimiento indicado se mecanizan las superficies cónicas, cuya longitud es conmensurable con la de la carrera del carrillo superior.
Las superficies cónicas de grandes longitudes con α = 8…10° pueden ser maquinadas desplazando el cabezal móvil (fig. 8.4) a una magnitud h = L* sen α. Si los ángulos son pequeños, sen α ≈ tg α y h≈ L(D-d)/2l. Si L=l, entonces h = (D-d)/2.
La magnitud a la que se desplaza el cabezal móvil se determina por una escala grabada en el tope de la placa de apoyo, por el lado del volante, y una raya en el tope del cuerpo del cabezal móvil. El valor de una división de la escala, de ordinario, es igual a 1 mm. En ausencia de la escala sobre la placa de apoyo, la magnitud del desplazamiento del cabezal móvil se calcula por una regla aplicada a la placa de apoyo.
Los procedimientos utilizados para controlar el desplazamiento del cabezal móvil se exponen en la fig. 8.5. En el portaherramientas se fija un limitador de carrera (fig. 8.5, a) o un indicador (fig. 8.5 b). Como limitador de carrera puede usarse la parte trasera de la cuchilla.
El limitador de carrera o indicador se acerca al husillo de la contrapunta del cabezal móvil, se fija su posición de partida por el limbo de la manivela de avance transversal o la aguja del indicador y luego se aparta. El cabezal móvil se desplaza a una magnitud superior a h, mientras que el limitador de carrera o indicador se mueve (valiéndose de la manivela de avance transversal) a la magnitud h a partir d la posición inicial. Luego el cabezal móvil se desplaza al encuentro del limitador de carrerra o del indicador comprobando su posición por la manecilla del indicador o por la fuerza con que está apretada una tira de papel entre el limitador de carrera y el husillo de la contrapunta.
La posición del cabezal móvil para mecanizar una superficie cónica puede determinarse según la pieza acabada. Ésta (o la muestra) se coloca entre las puntas de la máquina herramienta y el cabezal móvil se desplaza hasta que la generatriz de la superficie cónica resulte paralela al desplazamiento longitudinal del carro. Para esto, el indicador se monta en el portaherramientas , se acerca a la pieza hasta entrar en contacto y se desplaza (por el carro) a lo largo de la generatriz de la pieza. El cabezal móvil se desplaza hasta que las desviaciones de la aguja del indicador sean mínimas, después de lo cual se fija.
Para asegurar igual conicidad de una partida de piezas que se trabajan por este procedimiento, es preciso que las dimensiones de las piezas y de sus agujeros de centrado tengan unas desviaciones insignificantes. Puesto que el desplazamiento de las puntas de la máquina herramienta provoca desgaste de los agujeros de centrado de las piezas que se maquinan, se recomienda mecanizar primero las superficies cónicas, luego corregir los agujeros de centrado y después de esto llevar a cabo el maquinado fino definitivo. Para reducir el ensanche por golpeteo de los agujeros de centrado y el desgaste de las puntas, es conveniente fabricar estas últimas con los vértices redondeados.
También está muy difundido el maquinado de las superficies cónicas con dispositivos copiadores. En la bancada de la máquina se fija la placa 1 (fig 8.6 a) con la regla copiadora 2, por lo cual se desplaza el cursor 5 unido al carro 6 de la máquina herramienta por medio del tirante 7 con el sujetador 8. Para conseguir el movimiento transversal libre del carro es necesario desconectar el tornillo del avance transversal, Durante el desplazamiento longitudinal del carro 6 la cuchilla adquiere ambos movimientos: el longitudinal a partir del carro y el transversal a partir de la regla copiadora 2. La magnitud del desplazamiento transversal depende del ángulo de giro de la regla copiadora 2 respecto al eje 3. El ángulo de giro de la regla de determina por las divisiones trazadas en la placa 1; la regla se fija mediante los pernos 4. El avance de la cuchilla hasta la profundidad de corte se opera con la manivela de movimiento del carrillo superior del carro.
El maquinado de la superficie cónica 4 (fig. 8.6, b) se realiza con la plantilla copiadora 3 instalada en el husillo de la contrapunta del cabezal móvil o en el cabezal revólver de la máquina. En el portaherramientas del carro transversal se monta el dispositivo 1 con el rodillo copiador 2 y una cuchilla normal puntiaguda. Durante el desplazamiento transversal del carro, el rodillo copiador 2 recibe un desplazamiento longitudinal que corresponde al perfil de la plantilla copiadora 3 y que se transmite (a través del dispositivo 1) a la cuchilla. Las superficies cónicas exteriores se mecanizan con cuchillas normales y las interiores, con las de torneado interior.
Para obtener un orificio cónico en un material macizo (fig 8.7), la pieza bruta se mecaniza previamente (se taladra, se mandrina) y luego se labra definitivamente (se escaria).
El escariado se ejecuta sucesivamente con un juego de escariadores cónicos (fig. 8.8). El diámetro del orificio taladrado previamente es en 0,5…1mm menor que el de entrada del escariador. Las formas de los filos y el trabajo de los escariadores son los siguientes:
Los filos del escariador desbastador (fig. 8.8, a) tienen forma escalonada; el escariador semiacabador (fig. 8.8 b) elimina rugosidades dejadas por el escariador desbastador; el escariador acabador (fig, 8.8 c) tiene filos continuos en toda su longitud y calibra el orificio.
Si necesita obtener un orificio cónico de alta precisión, antes de escariarlo, se mecaniza con una broca avellanadota cónica, para lo cual en el material macizo se perfora un orificio en 0,5 mm menor que el diámetro del cono, y luego se aplica la broca avellanadota. A fin de disminuir el sobreespesor para el avellanado, a veces se usan brocas escalonadas de diferente diámetro.
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