Torneado escalonado en mecanizado CNC: Explicación de las operaciones de torneado

El mecanizado CNC es un proceso de mecanizado con numerosas técnicas específicas, y el torneado escalonado es una de ellas. Esta operación de corte implica la eliminación de material de una pieza de trabajo a lo largo de su longitud. Es una operación de mecanizado fundamental que se utiliza para crear piezas de precisión con diámetros variables en una sola configuración. En este blog, repasaremos los fundamentos del torneado escalonado para que pueda comprender mejor esta técnica de mecanizado.

Definición, características y aplicaciones del método de torneado escalonado

El torneado escalonado es una operación de mecanizado que elimina material en zonas axiales distintas, paralelas al eje de una pieza giratoria, produciendo múltiples segmentos cilíndricos de diferentes diámetros. Cada cambio de diámetro forma un resalte que debe ser dimensionalmente preciso y visualmente nítido, salvo que se especifique lo contrario.

Durante el torneado por etapas, la máquina crea un diámetro a la vez, desplazando la posición de la herramienta a lo largo del eje para generar una serie de segmentos. El resultado es un perfil escalonado: superficies cilíndricas planas separadas por transiciones abruptas. En los tornos CNC, las coordenadas se programan para indexar con precisión a la siguiente estación, lo que garantiza longitudes y ubicaciones de los hombros repetibles en todas las piezas.

Terminología típica

Dónde se utiliza el giro escalonado

El giro escalonado aparece en todas partes en los sistemas mecánicos: Ejes y árboles de transmisión para automóviles, cuerpos de fijación de múltiples diámetros, vástagos de válvulas, bujes, componentes de bombas y poleas escalonadas. El objetivo del torneado escalonado es producir piezas que cumplan con requisitos de diseño específicos, con superficies de montaje y resaltes para un ajuste fiable, de modo que puedan interactuar sin problemas con diferentes componentes de acoplamiento, rodamientos, engranajes, acoplamientos y espaciadores.

Máquinas, herramientas y elementos esenciales para la configuración

El torneado escalonado puede realizarse tanto mediante operación manual en torno como Mecanizado CNC. Los requisitos básicos son en gran medida similares: sujeción segura de la pieza, alineación axial, configuración rígida de la herramienta y un plan claro para el orden de los cortes. En esta sección, nos centraremos en cómo se realiza el torneado escalonado en el mecanizado CNC.

Sujeción y centrado de piezas

• Sujeción de piezasLos mandriles de tres mordazas, las pinzas o las mordazas blandas sujetan la pieza. Las pinzas ofrecen una concentricidad superior en barras rectificadas, mientras que las mordazas blandas son ideales para diámetros personalizados y superficies delicadas.
• ApoyoLas piezas largas y delgadas se benefician de un contrapunto o un soporte fijo para evitar la deflexión y la vibración durante los cortes de hombro.
• Alineación axialEsto se garantiza principalmente gracias a la precisión inherente de la máquina CNC, el husillo y el sistema de sujeción (mandril o pinza). Para los requisitos de máxima precisión, se puede indicar el diámetro exterior o utilizar un registro rectificado durante la configuración para verificar y ajustar la alineación.

Herramientas de corte, insertos y geometría

• Tipo de herramientaPara la mayor parte del torneado de escalones se utiliza una plaquita intercambiable o una herramienta de torneado de un solo punto. Se prefiere una punta de herramienta robusta que soporte cargas interrumpidas en la entrada del hombro. Para realizar alivios o ranuras específicos, se puede utilizar una herramienta de tronzado.
• GeometríaUn ángulo de ataque positivo con la holgura adecuada reduce la fricción: un radio de punta de herramienta pequeño ayuda a lograr una esquina del hombro más afilada. Sin embargo, un radio mayor mejora la vida útil de la herramienta y acabado de la superficie pero creará un pequeño filete en el hombro.
• Herramientas especializadasLas herramientas de ranurado o perfilado pueden utilizarse para limpiar los hombros o generar alivios y chaflanes de manera eficiente.

Velocidades, avances, refrigerante y medición

• Velocidades/avancesSeleccione la herramienta adecuada según el material y las herramientas. Las aleaciones más duras requieren velocidades de corte conservadoras e insertos más resistentes. Por ejemplo, el aluminio, al ser un metal relativamente blando, permite velocidades más altas y avances generosos. Comience con las recomendaciones del fabricante y ajústelas según la formación de viruta y el desgaste de la herramienta.
• RefrigeranteResulta útil para la evacuación de virutas y el control de la temperatura, especialmente en aceros y aceros inoxidables. En materiales de fácil mecanizado, el mecanizado en seco o con nebulización puede ser efectivo cuando las virutas se fragmentan bien.
• MediciónTras el proceso CNC, se suele utilizar un calibrador para medir los cambios de diámetro y las longitudes de paso durante la configuración y la inspección.

Cómo funciona el proceso de torneado de escalones

El torneado escalonado permite obtener formas cilíndricas precisas de diferentes diámetros en una misma pieza. Para lograrlo con éxito, es fundamental centrarse en tres principios clave: una planificación meticulosa, mantener la rigidez durante el desbaste y realizar pasadas de acabado cuidadosas y controladas.

Planificación a partir del dibujo

En los tornos CNC, la planificación se realiza en el programa, donde se definen las coordenadas de la trayectoria de la herramienta y se incluyen movimientos de verificación para asegurar que cada paso se corte limpiamente. Una táctica clave para optimizar la eficiencia consiste en secuenciar las operaciones para completar el mayor número posible de operaciones con una sola herramienta antes de cambiarla, lo que minimiza los cambios de herramienta y reduce el error acumulado.

Precorte y secuenciación para rigidez

El objetivo del desbaste es eliminar material de forma eficiente sin comprometer la estabilidad. Se debe trabajar siempre desde la condición más rígida a la menos rígida. Una estrategia común y eficaz consiste en desbastar primero los diámetros mayores. Deje un margen de acabado pequeño y uniforme en cada paso.

La rigidez es un factor crítico. Mantenga el voladizo de la herramienta y la pieza al mínimo absoluto. Para ejes delgados, utilice un contrapunto o luneta trasera para contrarrestar la flexión y suprimir la vibración. Para el control de virutas, seleccione una velocidad de avance y una profundidad de corte adecuadas para favorecer la fragmentación de las virutas.

Acabado de hombros, chaflanes y mezclas

Los acabados requieren mayor delicadeza y control sobre la superficie de la pieza. Realice cortes ligeros y uniformes para lograr el tamaño final y el acabado superficial deseado. Al acercarse a un reborde, mantenga un avance constante y estable para evitar marcas de pausa.

Para lograr un hombro cuadrado de alta calidad, oriente el hombro ligeramente. después Al tornear el diámetro adyacente, si el dibujo lo permite, añadir un pequeño chaflán o rebaje en el escalón facilita el montaje y protege los bordes. Tenga en cuenta una estrategia de desbarbado: elimine todos los bordes afilados en las esquinas que no sean de referencia. Si un borde afilado es funcionalmente necesario, debe enmascararse durante el proceso de desbarbado y verificarse cuidadosamente después, posiblemente con una lupa.

Desbarbado e inspección

En el proceso CNC, el desbarbado suele consistir en eliminar las rebabas de los bordes de los escalones y los hombros mediante herramientas específicas. Por último, realice una inspección minuciosa para medir con precisión todos los diámetros.

Tolerancias, acabado superficial y control de calidad

El torneado escalonado de precisión equilibra el control del diámetro, la geometría del hombro y el acabado superficial.

Control dimensional y cuadratura

• Tolerancias: Muchos ejes escalonados requieren una tolerancia de ±0,001 pulgadas en el diámetro o inferior. La longitud de los escalones puede estar sujeta a rangos similares según la función. Los hombros suelen tomar como referencia un plano de referencia y pueden incluir límites de perpendicularidad o de descentramiento.
• Escuadra: Verifique la escuadra de las caras de los hombros con respecto al eje de referencia mediante un barrido con indicador o ensamblando los componentes correspondientes durante las comprobaciones de la primera pieza. Cualquier conicidad o desviación de la herramienta se manifestará como hombros fuera de escuadra.

Rugosidad superficial y roturas de bordes

• Objetivos de acabado: Las superficies funcionales de rodamientos y juntas suelen requerir acabados más suaves que las superficies no críticas. Consiga el valor Ra objetivo mediante un radio de nariz adecuado, pasadas de acabado y, si es necesario, un pulido ligero, asegurando que no haya desviaciones dimensionales.
• Roturas de bordes: A menos que se especifique una esquina afilada, un chaflán controlado o un radio pequeño protege los bordes, facilita el montaje y reduce el riesgo de formación de rebabas durante el servicio.

Defectos y soluciones en la operación de torneado

En el torneado por pasos, los pequeños problemas de configuración se manifiestan rápidamente como errores de tamaño, vibraciones o defectos en los hombros. Un manual conciso es esencial para su resolución.

Escalones de tamaño excesivo/inferior

Las causas principales de los errores de tamaño incluyen compensaciones incorrectas de la herramienta, dilatación térmica, fuerza de medición inconsistente o cortes de resorte que no eliminan suficiente material. Para corregirlo, repase las herramientas, permita que la pieza y la herramienta alcancen el equilibrio térmico y utilice una técnica de micrómetro consistente. Deje siempre una tolerancia de acabado predecible y verifique la carga de viruta real para evitar cortes improductivos en el aire.“

Vibración, conicidad y desgaste de la herramienta

La vibración se resuelve reduciendo el voladizo de la herramienta y la pieza, añadiendo soporte con un contrapunto o luneta fija, y aumentando ligeramente el avance o reduciendo la velocidad para salir de la zona de resonancia. Cambiar a una plaquita más afilada con ángulo de ataque positivo también ayuda. Para el mecanizado de perfiles cónicos, es necesario comprobar la alineación del contrapunto, verificar la excentricidad del husillo o del plato y asegurarse de que la herramienta esté colocada exactamente a la altura del centro. En las máquinas CNC, confirme los valores de compensación y las correcciones térmicas. El desgaste de la herramienta es crítico, ya que los perfiles escalonados penalizan las herramientas desafiladas al entrar en el hombro. Es importante controlar la vida útil de la herramienta, reemplazar las plaquitas con prontitud e inspeccionar el filo de corte para detectar microastilladuras que redondeen los hombros.

Rebabas y mal acabado del hombro

Estos defectos suelen deberse a herramientas desafiladas, un radio de punta excesivo para la pieza o roces por un avance demasiado ligero cerca del hombro. Las soluciones consisten en utilizar un radio de punta menor para hombros afilados, mantener un avance de acabado constante en el hombro y realizar un ligero refrentado.

Seguridad y control de chips

Mantenga siempre las protecciones colocadas, use protección ocular y utilice un gancho o cepillo para virutas (nunca las manos) para eliminarlas. Los cortes en los hombros pueden proyectar virutas calientes y curvas hacia el operario, por lo que debe aplicar refrigerante o ajustar la geometría del rompevirutas para controlar su flujo. Haga siempre una pausa para limpiar las virutas antes de medir cerca de los hombros.

Comparación del giro de escalones con operaciones relacionadas

El giro escalonado se suele analizar junto con algunas operaciones relacionadas. Comprender las diferencias evita errores de modelado o programación.

Torneado recto, ranurado y refrentado

• giro rectoEsto se refiere a crear un diámetro único y uniforme a lo largo de una pieza. El torneado escalonado puede considerarse como múltiples torneados rectos realizados en diferentes posiciones axiales para crear diámetros escalonados.
• RanuradoProduce relieves o detalles estrechos, no grandes cambios de diámetro. El torneado escalonado puede incluir ranuras para crear relieves en la base de los hombros o para sujetar anillos.
• Frente aCuadra el extremo de la pieza o la cara del hombro. Complementa el torneado de pasos para finalizar las longitudes de los pasos y el acabado del hombro.

Torneado cónico y torneado de formas

• Torneado cónico: Crea una transición cónica gradual en lugar de un hombro abrupto. Utilice torneados cónicos para ajustes por interferencia o características de alineación donde un cambio escalonado sería demasiado brusco.
• Torneado de formas: Utiliza herramientas especiales o perfiles CNC para generar contornos complejos. Puede incluir escalones dentro de una forma más compleja, pero el objetivo es la geometría no lineal en lugar de superficies planas discretas.

Consideraciones sobre CNC frente a control manual

• Tornos CNC: Ofrecen repetibilidad, secuenciación sencilla de múltiples pasos, ciclos predefinidos y posiciones de hombro precisas en lotes. Perfectos para ejes de varios diámetros con tolerancias ajustadas y requisitos de documentación.
• Tornos manuales: Ideales para prototipos o series cortas cuando un operario experimentado puede marcar las transiciones, ajustar los topes y realizar mediciones frecuentes. El éxito depende de un marcado preciso, una técnica consistente y controles disciplinados durante el proceso.

Conclusión

El torneado escalonado es una técnica de mecanizado fundamental que se utiliza para crear piezas con múltiples diámetros y hombros precisos en una sola configuración eficiente. Su principal ventaja radica en garantizar dimensiones exactas y relaciones precisas entre las características, lo cual es esencial para piezas que deben encajar correctamente con otros componentes.

Dominar este proceso requiere comprender todo el flujo de trabajo del mecanizado, desde la planificación hasta la verificación. Como habilidad versátil y esencial, el dominio del torneado escalonado constituye la base para tareas de mecanizado más complejas y es crucial para la fabricación de las piezas escalonadas presentes en la mayoría de los ensamblajes mecánicos.

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