Fresadora

Una fresadora es una máquina-herramienta utilizada para realizar trabajos de mecanizado por arranque de viruta mediante el movimiento de una herramienta rotativa de varios filos de corte denominada fresa. Sabemos que hay un gran número de fresas, aunque en esta entrada nos vamos a centrar en las fresadoras industriales para el sector del metal.

Mediante el fresado es posible mecanizar todo tipo de materiales; como: acero, metales no férricos, plásticos, materiales sintéticos, etc. Además, se pueden fresar superficies planas, curvas o una combinación de ambas. Las fresadoras más antiguas utilizan sistemas convencionales para su manejo, con levas para engranar las velocidades y avances de la fresa. Las fresadoras convencionales utilizan nonios para interpretar los movimientos de la mesa. Además, algunos modelos disponen de cabezal basculante para poder trabajar los diferentes ángulos de la pieza.

Evolución de la fresadora

Con la llegada del control numérico computarizado (CNC) revoluciono por completo la industria del mecanizado. En concreto con las fresadoras se consiguió un sistema automático dónde la involucración del operario es cada vez menor, aunque su formación debe de ser más técnica y precisa para manejar estas máquinas. Las fresadoras CNC consiguen unos acabados con muy poca rugosidad y con una gran precisión. Ahora vamos a ver los diferentes tipos de fresadora o centros de fresado que existen en el mercado, aunque veremos que algunas están más enfocadas a un sector que a otro. Principalmente veremos que, según su cinemática, tamaño de la pieza y complejidad geométrica nos resolverá mejor el proceso de mecanizado una fresadora u otra.

La diversidad de procesos mecánicos y el aumento de la competitividad global han dado lugar a una amplia variedad de fresadoras, aunque todas tienen una base común. Hoy en día tenemos fresadoras a gusto del cliente según en el sector que estas se apliquen, como en el sector aeronáutico, sector de la automoción, sector del oilgas, sector ferroviario, etc.

Asimismo, los progresos técnicos de diseño y calidad que se han realizado en las herramientas de fresar, han hecho posible el empleo de parámetros de corte muy altos, lo que conlleva una reducción drástica de los tiempos de mecanizado y con ello una gran calidad en los procesos de mecanizado.

La gran variedad de mecanizados que se pueden realizar en las fresadoras actuales, da lugar a un amplio número de máquinas diferentes entre sí, tanto por su potencia como en sus características técnicas. La diversidad de accesorios utilizados y a la necesidad de cumplir especificaciones de calidad rigurosas, la utilización de fresadoras requiere de personal cualificado profesionalmente, ya sea programador, preparador o fresador.

Estrategias de mecanizado en 3 ejes

Cuando mecanizamos en 3 ejes podemos realizar varias estrategias podemos destacar las siguientes:

• Fresado de 2,5D: Son operaciones que vamos a realizar un movimiento 1 o 2 ejes a la vez y el resto se mantiene fijo. Vamos a poner un ejemplo para que se entienda mejor:  cuando hacemos un contorneado en la fresadora movemos los ejes X e Y a la vez y el eje Z se mantiene fijo.
• Fresado 3D: Son operaciones que vamos a realizar moviendo los 3 ejes de forma simultánea, el ejemplo más común es un fresado multisuperficie o copiado, este un fresado de superficies complejas que se realiza con programación CAM.

Disposición de los ejes en una fresadora de 4 ejes

Disposición de los ejes en una fresadora de 5 ejes

Clasificación de las fresadoras según la orientación del cabezal

Las fresadoras según la orientación del cabezal tenemos 4 tipos:

1. Horizontal.
2. Vertical.
3. Universal.
4. Fresadora CNC.

• Fresadora horizontal

Una fresadora horizontal es una fresadora, que tiene dos estilos básicos de equipos de trabajo: tipo puente y de brazo móvil. Estas máquinas han sido una evolución del fresado vertical, solo que cobraron protagonismo años después. Este tipo de máquinas han ido evolucionando exponencialmente con la llegada del CNC.  La fresadora horizontal convencional, tiene el eje porta fresa en posición horizontal. En este eje se montan fresas cilíndricas, cuenta con un soporte exterior para graduarse junto al cabezal.

Este soporte se apoya en dos lugares. Por un lado, sobre el mismo cabezal. (El cabezal es pues el encargado del desplazamiento vertical). Y por el otro, sobre el carnero (un rodamiento ubicado en el puente deslizante). La mesa es una bancada fija, sobre la que se desliza el carro longitudinalmente. La mesa permite dos movimientos automáticos, que son movimiento transversal y movimiento longitudinal. Se utiliza para trabajos específicos, por ejemplo, el mecanizado de ranuras, o el tallado de engranajes con fresa madre. El husillo permite que se monte un tren de fresado, lo que permite montar varias fresas para poder realizar varios mecanizados a la vez.

La limitación de este tipo de fresadoras es la profundidad a la que puede trabajar la herramienta, ya que ésta dependerá de la distancia de la periferia de la fresa al husillo de la máquina. Se utilizan para piezas unitarias principalmente.

Video de una fresadora horizontal convencional tipo puente

Video de una fresadora horizontal convencional realizando un planeado

• Fresadora vertical 

La fresadora vertical de columna fija como su nombre indica, la columna se mantiene fija. La mesa o bancada es la encargada de realizar todos los movimientos de los ejes X, Y, Z. Esta fresadora la encontraremos únicamente con sistemas convencionales, ya que la evolución de estas fueron las fresadoras universales, que es una de las fresadoras más utilizadas ya que las hay de diversos tamaños y tipos. La fresadora vertical únicamente la vamos a encontrar con sistemas convencionales.

A esta máquina también se le llama fresadora vertical de columna y cartela. Esta máquina tiene el husillo principal en la columna fija dónde tenemos el eje Z, este se encarga de subir y bajar la mesa. Esta columna forma un ángulo recto con la mesa, aunque hay fresadoras convencionales que tiene un cabezal orientable para poder trabajar diferentes ángulos de la pieza. La mesa o bancada permite moverse tanto en el eje Y como en el eje X. Todos los movimientos de la fresadora se pueden regular a mano o mecánicamente.

Principales características de una fresadora vertical 

1. Son máquinas muy robustas ya que disponen solamente del cabezal porta fresa y no tiene voladizo entre la máquina y el cabezal.
2. La mesa realiza dos movimientos que son el transversal (paralelo al husillo) y vertical (hacia arriba y hacia abajo) respecto al husillo.
3. Las fresadoras verticales especialmente las de gran potencia, tienen una forma característica construida con una pesada columna curvada hacia delante.
4. Normalmente estas fresadoras cuentan con cabezal orientable que pueden girarse hasta colocar el cabezal totalmente paralelo a la bancada. De esta forma le permite trabajar todo tipo de piezas que tengan un ángulo de inclinación.
5. Las velocidades de rotación de la fresa y la de avance de la mesa se transmiten desde el motor a través de una caja de velocidades (reductora).
6. Estas fresadoras están diseñadas para mecanizar ranuras de una profundidad considerable y para mecanizar superficies. Hoy en día en muchos talleres este tipo de fresadoras se utilizan para escuadrar piezas antes de meter las piezas en el centro de fresado CNC.
7. La estrategia de mecanizado de estas máquinas es de 1 eje solamente, ya que todas las operaciones las tenemos que hacer de forma manual, menos una que haremos en automático.

Partes de una fresadora vertical 

La fresadora puede dividirse en tres partes principales:

1.  Grupo del cuerpo o bastidor: contiene el grupo de velocidades del cabezal y los motores eléctricos. Está constituido por una gran pieza de fundición gris que forma el cuerpo de la fresadora y sirve de apoyo para todos los mecanismos de la máquina. Se apoya sobre el zócalo que le sirve de base y que generalmente forma un solo conjunto con el bastidor. En la parte superior se encuentra la corredera que se desplaza a lo largo de su eje. En su extremo va aplicada la luneta, que es el soporte del porta fresas para evitar que sufra algún desplazamiento en su giro, evitando la oscilación producida por el esfuerzo de corte.
2. Grupo eje principal o husillo y eje porta fresa: acoplada al porta fresa se fija la fresa. El husillo o eje principal es una de las piezas más importantes de la máquina, que debe estar perfectamente ajustado y ser demás robusto ya que soporta todos los esfuerzos producidos por la fresa. Si estuviera mal ajustado se producirían vibraciones que causan un trabajo defectuoso y un mal acabado. El husillo recibe el movimiento de transmisión y provoca el giro del eje porta fresas.
3.  La ménsula y su grupo de velocidades. La ménsula está dotada de un movimiento ascendente y descendente gracias a la manivela y al eje roscado. Soporta además la mesa sobre la que se coloca el material a trabajar.

Video explicativo de una fresadora vertical 

• Fresadora universal

La fresadora universal es una de las más extendidas en el mundo del mecanizado, hoy en día a estas fresadoras se denominan centros de fresado. A día de hoy casi todas son CNC, aunque se le llama fresadora universal a la fresadora vertical que incorpora un cabezal orientable.

Estas fresadoras son muy similares a la fresadora vertical, se diferencian básicamente por sus accesorios y su forma de trabajar ya que puede ser tanto horizontal como vertical.

Están diseñadas para obtener un alto grado de versatilidad y control, dando como resultado una buena productividad, este tipo de fresadoras están pensadas para piezas pequeñas ya que por su tamaño y peso no permiten piezas de tamaño medio o grande.

Los movimientos de la fresadora universal se controlan combinando ménsula, carro porta mesa y mesa. Este tipo de fresadoras posee un cuarto movimiento que le permite el giro horizontal, aunque en algunas fresadoras este cabezal va separado del cabezal vertical. Sus características de giro hacen de la máquina herramienta una imprescindible en el corte de helicoidales tales como brocas, algunos engranajes, fresas, etc.

Pueden equiparse con una serie de accesorios, un cabezal acoplado al husillo, que permiten el fresado vertical. Así pues, la fresadora universal puede trabajar tanto horizontal como verticalmente. Esto unido al dispositivo de mesa giratoria, así como al resto de accesorios, provee a este tipo de fresadoras con la capacidad de convertirse en máquina muy versátil.
En éstas y en las horizontales, el puente se desliza de atrás hacia delante y al revés, sobre guías. Este tipo de puente es conocido como carnero.

• Fresadora CNC

Las fresadoras CNC son conocidas como centros de mecanizado o centros de fresado. Son máquinas muy automatizadas que han ido evolucionando con el paso de los años. Con la llegada de la industria 4.0 se las han ido añadiendo novedosos sistemas automáticos como el sistema de pallets o sistemas robotizados, pudiendo llegar a obtener una máquina completamente automatizada sin la presencia de un operario. Esto siempre y cuando tengamos el trabajo enfocado a la producción en serie.

Las fresadoras con control numérico por computadora, más conocidas como fresadoras CNC son las idóneas para realizar mecanizados de precisión adaptándose fácilmente a la variación de configuración de productos. Con este tipo de máquinas, resulta muy sencillo poder realizar mecanizados de precisión. 

Las fresadoras CNC interpretan un lenguaje alfanumérico a través de un ordenador. El lenguaje más conocido es el código ISO lo incorporan los siguientes softwares: Fagor, Fanuc, Sinumerik, Okuma y Mazatrol entre otros. Algunos de estos softwares incorporan sistemas conversacionales, lo que hace que la programación de estas máquinas resulte más sencilla. Por lo contrario, hay otros softwares que únicamente permiten la programación conversacional como en el caso de Heidenhain.

A continuación, vamos a agrupar las fresadoras CNC según su cinemática más común, aunque los fabricantes dan una multitud de opciones, lo que permite tener un centro de fresado a gusto del cliente.  Los tipos de fresadoras CNC más comunes son:

1. Horizontal.
2. Columna móvil.
3. Bancada fija.
4. Tipo puente o pórtico fijo.
5. Tipo gantry o de puente móvil.
6. Fresadoras especiales.

• Fresadora horizontal CNC

La fresadora horizontal CNC es una máquina-herramienta realmente productiva que está enfocada principalmente para piezas en serie. Dispone de una mesa rotativa lo que hace que colocar varias mordazas de forma vertical, se puedan realizar bastantes piezas con una sola postura de mecanizado. Los centros de fresado horizontal los podemos encontrar de 4 ejes y de 5 ejes. Este tipo de máquinas esta orientado al sector de la automoción y al sector aeroespacial. Gracias al sistema de pallets que incluyen algunos modelos hacen de un sistema totalmente automatizado.

Dentro del fresado horizontal nos podemos encontrar una gran variedad de máquinas que son muy productivas en el siguiente video te voy a mostrar una fresadora horizontal CNC de 4 ejes Okuma MB-5000HII como puedes ver la evolución de este tipo de máquinas ha sido más que notable.

En el siguiente video va a ver un centro de fresado horizontal CNC de 5 ejes, Heller HF 3500, posiblemente uno de los centros de fresado horizontal más productivos que tenemos hoy en día dado por sus características técnicas.

• Fresadora de columna móvil

La fresadora de columna móvil como su nombre indica tiene la columna móvil. Está columna se desplaza tanto en el eje X, Y, Z. La mesa o bancada se encuentra en estado fijo, esta bancada puede estar unida a la máquina o encontrarse de forma totalmente independiente. Este tipo de centro de fresado puede llegar a incorporar una mesa giratoria que permite poder trabajar todos lados de la pieza.

Principales características de una fresadora de columna móvil

1. El puesto de mando va incluido dentro de la columna de la máquina, en él se aloja además el portaherramientas y el brazo intercambiador de herramientas en el caso de fresadoras abiertas.
2. Algunas de estas fresadoras disponen de cabezal automático para poder intercambiar distintos cabezales, estos pueden variar según marca, aunque los más genéricos son: el cabezal con salida directa, cabezal automático y cabezal giro continúo.
3. Por norma general incorporan un cabezal orientable para poder trabajar diferentes ángulos de las piezas.
4. Sus estrategias de mecanizado principales son: 3 ejes, 3 ejes continuos 3+2 ejes con el cabezal orientable y 5 ejes continuos con el cabezal de giro continúo.
5. La gran mayoría de estas máquinas usan programación CNC Heidenhain y algunas usan Sinumerik o Fagor.
6. Utilizan un cargador de herramientas de 30 a 50 posiciones según fabricante.
7. Estas fresadoras pueden ser abiertas o cerradas tipo centro de mecanizado.
8. Estas fresadoras pueden incorporar mesa rotatoria e incluso llegar a tener funciones de torno.
9. Esta fresadora está pensada específicamente para: el sector de la automoción, sector aeronáutico, sector naval, sector oilgas, entre otros.

Los principales fabricantes de este tipo de máquinas son: Zayer, Soraluce, Ibarmia y Nicolas Correa entre otras.

Video de una fresadora de columna móvil Lagun GCM 6

• Fresadora de bancada fija

La fresadora de bancada fija es la más casual de todas ya que las tenemos en diferentes tamaños, tanto cerradas como si fueran centros de mecanizado y abiertas para realizas piezas más grandes.

En los centros de mecanizado la mesa de la máquina se encarga de los movimientos de los ejes X, Y, y el eje Z se encuentra en el brazo de la fresadora. En otros modelos como las fresadoras de bancada fija, de mayor tamaño el eje Y se encuentra en el brazo de la fresadora. El eje X se desplaza a través de la mesa y el eje Z se encuentra en el brazo de la fresadora.

Principales características de una fresadora vertical de columna móvil

1. Estas fresadoras pueden ser abiertas o cerradas según su tamaño.
2. Por norma general incorporan un cabezal orientable para poder trabajar diferentes ángulos de las piezas, en caso de las fresadoras de mayor tamaño.
3. Sus estrategias de mecanizado principales son: 3 ejes, 3 ejes continuos 3+2 ejes con el cabezal automático.
4. Permiten incorporar tanto en los centros de mecanizado como en las fresadoras un poco más grandes un 4º eje. Este eje según el software y características de la máquina puede usarse con bloqueo o continuo. De esta manera podemos aumentar las estrategias de mecanizado.
5. La programación CNC en este tipo de máquinas es muy diversa, las de gran tamaño suelen llevar Heidenhain o Fagor y las que son más pequeñas las que más abundan son Fagor, Fanuc y Heidenhain. Aunque también hay Mazatrol, Sinumerik, Okuma, etc.
6. Utilizan un cargador de herramientas de 15 a 30 posiciones según fabricante.
7. Esta fresadora está pensada sobre todo para mecanizados de precisión en caso de los centros de mecanizado. Las de mayor tamaño están más enfocadas al sector de la calderería y al sector de la automoción.
8. Son fácilmente adaptables a cualquier tipo de configuración, desde piezas unitarias hasta piezas en serie.

Los fabricantes de este tipo de máquinas podemos decir que son la gran mayoría de marcas de fresadoras ya que todas disponen de una fresadora de estas características.

Video de una fresadora de bancada fija Lagun BM v2

• Fresadora tipo puente fijo

La fresadora puente, o fresadora de pórtico, es un tipo de fresadora utilizada para mecanizado por arranque de viruta. Se basa en una mesa de trabajo de gran tamaño ubicada bajo un puente de dos columnas a través del cual las piezas se desplazan longitudinalmente. De esta forma, la herramienta puede moverse verticalmente y transversalmente. El puente de la fresadora se encarga de mover el eje Y, Z. En la mesa móvil se encuentra el eje X.

Principales características de una fresadora tipo puente fijo

1. Estas fresadoras pueden ser abiertas o cerradas según su tamaño. Las pequeñas están entorno a los 3000mm de desplazamiento en el eje X y las grandes pueden llegar hasta 8000 e incluso más.
2. En este tipo de fresadora, el tamaño de las columnas tiene un papel fundamental, ya que otorgan robustez, rigidez, absorción de vibraciones y una perfecta estabilidad mecánica. Debe garantizarse la máxima precisión y la constancia en el accionamiento para alcanzar resultados óptimos en cuanto a exactitud y calidad de superficie en las piezas.
3. Estas fresadoras la gran mayoría disponen de cabezal automático para trabajar todos los ángulos de la pieza. Aunque algunas pueden incorporar de manera fija un cabezal en posición vertical como si fuera una fresadora de 3 ejes. Esto dependerá del año de fabricación de la máquina.
4. Sus estrategias de mecanizado principales son: 3 ejes, 3 ejes continuos 3+2 ejes con el cabezal automático y 5 ejes continuos, según modelo.
5. La programación CNC en este tipo de máquinas suelen llevar Heidenhain o Sinumerik entre otros.
6. Algunas de ellas pueden incorporar cargador de herramientas y almacén para intercambio de cabezales.
7. Las fresadoras de puente fijo se utilizan generalmente para producir grandes moldes para plásticos o para elementos de gran tamaño de la industria aeroespacial.

Los principales fabricantes de este tipo de máquinas son: Zayer, Soraluce y Nicolas Correa entre otras.

Video de una fresadora tipo puente fijo Zayer Tebas-W con cargador de herramientas y cabezal intercambiable

• Fresadora tipo puente móvil o Gantry

Esta fresadora de puente móvil o más conocida a día de hoy como Gantry, es una fresadora en la que su principal característica es que tiene un puente móvil. Esta fresadora su cinemática es como el de un puente grúa. Estas máquinas son de tipo pórtico con mesa fija y travesaño móvil que se desplaza sobre las guías del eje X. En la parte superior el movimiento del eje Y se realiza sobre guías de rodillos y husillos rectificados, mientras que la precisión de posicionamiento de los ejes se realiza por reglas ópticas.

Principales características de una fresadora tipo puente móvil o gantry

1. Estas fresadoras pueden ser abiertas o cerradas, son fresadoras de gran tamaño y pueden llegar a incorporar 2 puentes independientes para trabajar de forma independiente.
2. Las fresadoras gantry pueden llegar a ser de alta velocidad, enfocadas sobre todo al sector aeronáutico.
3. La gran mayoría de estas fresadoras disponen de cabezal automático para trabajar todos los ángulos de la pieza.
4. Sus estrategias de mecanizado principales son: 3 ejes, 3 ejes continuos 3+2 ejes con el cabezal automático y 5 ejes continuos, según modelo.
5. La programación CNC en este tipo de máquinas suelen llevar Heidenhain o Sinumerik entre otros.
6. Algunas de ellas incorporan cargador de herramientas y en el caso de las gantry puede tener un almacén para intercambio de pallets.
7. Fresadoras de gran precisión para las aplicaciones más difíciles.
8. Estas fresadoras pueden llegar a incorporar una mesa redonda giratoria para el mecanizado de grandes piezas cilíndricas.

Los principales fabricantes de este tipo de máquinas son: Zayer, Soraluce,Nicolas Correa, Zimmermann, entre otras.

video de un centro de fresado hibrido de torno y fresadora de pequeño tamaño

• Los brazos robots son otro tipo de fresadoras especiales que cada vez están consiguiendo más fama y consiguiendo mayor precisión en sus procesos. Su principal aplicación es en la fabricación de prototipos para el sector del molde principalmente.

video de un robot fresadora realizando un fresado en una pieza de aluminio

Si deseas obtener más información sobre las fresadoras mencionadas en está entrada, aquí te dejo sus enlaces.

Zayer Mazak Heller Zimmermann Lagun Okuma Quaser 

Resumen

Bueno como podéis ver hay un sinfín de fresadoras según al sector que estén enfocadas. Todas tienen algo en común, que sigue siendo sacar el mayor rendimiento posible en los procesos de mecanizado. Como veis, la entrada ha sido un poco larga, pero seguro que os ha quedado más claro que son las estrategias de mecanizado y el funcionamiento de cada fresadora.