Este documento describe los diferentes tipos de portaherramientas, incluyendo los sistemas de sujeción, los tipos de conos, y los estándares de equilibrado. Explica que los portaherramientas sujecionan las herramientas de corte al husillo de la máquina y deben mantener la concentricidad, fuerza de sujeción, calibración y equilibrado. También cubre los sistemas HSK que permiten el cambio automático de herramientas.

1. Portaherramientas
CONSEJOS GENERALES DE LOS PORTAHERRAMIENTAS
INTRODUCCIÓN
Para definir la calidad del portaherramientas, en primer lugar hemos de definir su
principal función teniendo en cuenta que esta es la de sujetar la herramienta. Esta
definición puede ser:
Artefacto intercambiable que actúa como conexión entre el husillo de
la máquina herramienta y la herramienta de corte de tal forma que la
eficiencia del elmento no disminuye.
Los portaherramientas con esta definición, se pueden clasificar según cuatro parámetros
principales:
1. Concentricidad – La rotación axial del husillo de la máquina y la herramienta
de corte deben mantener una concentricidad.
2. Fuerza de Sujeción – La herramienta de corte debe estar bien sujeta para
soportar la rotación dentro del portaherramientas.
3. Calibrado – El portaherramientas debe estar regulado. La aplicación de calibrado
apropiada asegura una perfecta regulación de la sujeción del portaherramientas.
4. Equilibrado – El portamachos y el husillo de la máquina deben estar
perfectamente equilibrados con la máxima precisión posible.
Podemos ver como el portaherramientas se puede separar en tres partes: La conexión
con el husillo de la máquina (cono, A), el sistema de equilibrado (B) y la parte que
sujeta la herramienta (mecanismo de sujeción, C).
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2. Portaherramientas
TIPOS DE CONOS
• Cono brusco (CAT, BT, TC, ISO)
• HSK (Mango cónico hueco). Para más información mire la sección de HSM
(Mecanizado de alta velocidad)
• Sujeción con dispositivo flotante (sólo para machos y escariadores)
• Otros (Cono Morse, Sujeción automática, Cilíndrico 1835 A, Cilíndrico B+E, ABS,
Wohlhaupter)
Las grandes máquinas manuales y las máquinas de CNC usan portaherramientas con
anclajes cónicos de gran precisión. También hay un dispositivo de seguridad en la
sujeción del potaherramientas en el husillo de la máquina, este dispositivo puede ser un
prisionero de arrastre o un barra tensora roscada. En las máquinas de CNC, el prisionero
de arrastre es más utilizado debido a que permite un fácil cambio automático.
El portaherramientas esta compuesto por cinco componentes básicos (mirar la figura
que se muestra a continuación):
1. Prisionero de arrastre
2. Mango cónico
3. Brida
4. Adaptador
5. Ranura opuesta
MANGO CÓNICO
El mango cónico ajusta el portaherramientas en el husillo de la máquina. Las normas definen
seis tamaños básicos de mangos cónicos; #30, #35, #40, #45, #50, y #60. Las máquinas más
grandes usan portaherramientas que tienen un número de mango cónico grande. Los conos
de los mangos son hechos de 3,5 pulg/pies (o con una proporción de 7:24).
Mangos cónicos más apropiados según del tipo de máquina
#60 Máquinas muy grandes
#50 Máquinas de tamaño medio
#40 Máquinas pequeñas
#30 Máquinas muy pequeñas
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3. Portaherramientas
TIPO DE BRIDA
La brida permite la sujeción del portaherramientas con el dispositivo de agarre del
husillo de la máquina. Los dos tipos de bridas más comunes son: brida-V y brida-BT.
Los portaherramientas con bridas-BT tienen el prisionero de arrastre con rosca métrica,
pero sus adaptadores pueden ser diseñados para permitir el anclaje de un amplia gama
de dimensiones de herramientas de corte. Los portaherramientas con bridas-BT son
muy usados en Japón y en Europa, en centros de mecanizados.
DIN 69871 Brida-V Brida-BT/MAS
PRISIONERO DE ARRASTRE
El prisionero de arrastre permite el bloqueo con la barra tensora (A) del husillo de la
máquina para una unión firme y una sujeción automática. El prisionero de arrastre (B)
puede estar fabricado en distintas formas y en varios tamaños. El prisionero de arrastre
no ha de ser necesariamente intercambiable, cada máquina herramienta usa un modelo
específico de prisionero de arrastre.
A Barra tensora con bloqueo
B Prisionero de arrastre
C Bloquear
D Desbloquear
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4. Portaherramientas
SISTEMAS DE BLOQUEO DE LA HERRAMIENTA
Hay cuatro tipos diferentes de sistemas de bloqueo:
1. Pinza DIN 6388 y DIN 6499
2. Sujeción hidráulica de la herramienta
3. Ajuste por contracción
4. Weldon y Whistle Notch
Pinza DIN 6388 y DIN Sujeción hidráulica de la Fijación por contracción
6499 herramienta
Una pinza metálica rodea La sujeción hidráulica La fijación de la herramienta
el mango cilíndrico y de la herramienta usa por contracción trabaja con
lo aprieta fuertemente, un embalse de aceite temperatura. Con temp-
quedando así la para igualar la presión eratura ambiente, el diámetro
herramienta bien sujeta. de sujeción alrededor del del portaherramientas
mango de la herramienta. calibra un tamaño inferior
Girando un tornillo comparado con el
se puede aumentar o diámetro del mango de la
disminuir la presión del herramienta. Cuando se
aceite sobre el mango de aplica una alta temperatura
la herramienta. en el portaherramientas
este se dilata permitiendo
así la introducción del
mango de la herramienta.
Posteriormente la
refrigeración del
portaherramientas hace que
este se contraiga, sujetando
así la herramienta con una
excelente concentricidad.
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5. Portaherramientas
Weldon, DIN 1835 B Whistle Notch, DIN 1835 E
Para las sujeciones de los mangos weldon y whistle notch, un tornillo (radial) presiona
la herramienta contra el dispositivo de sujeción. Para ello la herramienta necesita
tener un mango cilíndrico con encaste.
Weldon Fijación por
Características Pinza Hidráulico
Whistle Notch Contracción
Mecanizado Fresado Fresado Fresado Fresado
(Roscado) (Roscado) Roscado Taladrado
Taladrado Taladrado Taladrado Escariado
Escariado Escariado Escariado Refrentado
Refrentado Refrentado Refrentado
Mango en Fresas Mango plano Mango Weldon Mango plano Mango plano
Frontales HSS HSS HSS HSS
(DIN 1835A) (DIN 1835B) (DIN 1835A) (DIN 1835A)
Metal Duro Metal Duro Metal Duro Metal Duro
(DIN 6535HA) (DIN 6535HB) (DIN 6535HA) (DIN 6535HA)
Whistle Notch
Mango Roscado HSS
HSS (DIN 1835E)
(DIN 1835D) Metal Duro
(DIN 6535HE)
Salida radial (mediciones Sobre 25 micras en Alrededor de Alrededor de Alrededor de
del diámetro exterior función de la calidad 10 micras 5 micras 4 micras
de la herramienta en del dispositivo de
movimiento)
sujeción o la pinza
Rigidez Buena Muy Buena Justa Excelente
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6. Portaherramientas
Características Pinza Weldon Hidráulico Fijación por
Whistle Notch Contracción
Equilibrado Existen El diseño El diseño Ofrece el mejor
diferentes tipos asimétrico crea asimétrico crea equilibrado-
de pinzas en desequilibrios, desequilibrios, Sin tornillos
función de la pero el porta- pero el porta- ni geometrías
concetricidad herramientas herramientas asimétricas,
puede estar puede estar el porta-
fabricado de fabricado de herramientas
forma que forma que esta totalmente
equilibra el equilibra el equilibrado
peso de todo el peso de todo el
conjunto conjunto
Vibración No ventajas No ventajas El fluido No ventajas
almacenado
amortigua las
vibraciones
Facilidad de uso Baja Buena La mejor – La Alta – no es
– La precisión precisión es precisa una
depende del muy buena pero gran habilidad
operario el mecanismo del operario
de bloqueo es
fácil que sufra
algún daño
Coste Normal Normal Muy caro El porta-
herramientas
es barato, pero
necesita una gran
aportación de calor,
esto significa que
hay que realizar
una alta inversión.
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7. Portaherramientas
EQUILIBRADO DEL SISTEMA DE SUJECIÓN DE LA HERRAMIENTA / FRESA
Se produce un desequilibrio cuando el centro de masas y el centro geométrico del
conjunto no coinciden.
La cantidad de desequilibrio se expresa como:
U=m*r
e= U = m*r
M M
e*2*�*n
G=
60.000
Cantidad Símbolo Unidad
Desequilibrio específico permitido e gmm/Kg
Código del Grado de equilibrio G mm/s
Masa de desequilibrio m g
Velocidad angular constante ω rad/s
Masa total de rotación M Kg
Distancia entre la masa de desequilibrio y la línea central r mm
Desequilibrio total admitido U gmm
Velocidad de rotación n rpm
CALIDAD DEL EQUILIBRADO BASADO EN LAS TABLAS ESTANDARIZADAS
El Grado de Calidad G (las líneas inclinadas del diagrama que se muestra a
continuación) relaciona la velocidad máxima de rotación superficial (eje X) con el
desequilibrio específico admitido e (eje Y).
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8. Portaherramientas
Para un grado concreto, cuando la velocidad de rotación de la fresa aumenta, el
desequilibrio admitido e disminuye.
Los grados de calidad del equilibrado están separados entre ellos por un factor 2.5.
0,4x2,5=1 x2,5=2,5 x2,5=6,25 x2,5=15,625.
Han sido establecidos algunos estandarizaciones acerca de esto.
La norma ISO 1940-1:2003 da las especificaciones para rotaciones (rígidas) constantes.
Especifica las tolerancias del equilibrado, el número necesario de correcciones
(eliminando material), y métodos para verificar el desequilibrio residual.
También son dadas recomendaciones acerca de los requerimientos de la calidad del
equilibrado para rotaciones (rígidas) constantes, según su tipo de mecanización y
velocidad superficial máxima. Estas recomendaciones están basadas en la experiencia
adquirida en todo el mundo.
La norma ISO 1940-1:2003 está también buscando facilitar la relación entre el
fabricante y el usuario de las máquinas rotativas, según el criterio de aceptación para la
verificación del desequilibrio residual.
Una consideración detallada de errores asociados con el equilibrado y verificación del
desequilibrio residual son dados en la norma ISO 194-2.
Normalmente el equilibrado del portaherramientas se lleva a cabo sin la herramienta y
se verifica con ella.
Es necesario conocer el grado “G “con el que está equilibrado el portaherramientas
y con que velocidad (rpm). Estos dos componentes definen el desplazamiento de la
vibración máxima permitida del centro de masas. Cuanto más alta es la velocidad, más
pequeño es el desplazamiento de la vibración para un grado “G” dado.
Algunos portaherramientas son anunciados como “portaherramientas equilibrados para
la producción” para velocidades de hasta 20.000 rpm sin estar especificado el grado
de tolerancia ISO 1940. Cuando se prueban muchos de estos portaherramientas, se
comprueba que fallan cuando se ha de conseguir la norma de calidad G6.3, aún más
cuando se trata del grado G2.5, a menudo especificado para los portaherramientas.
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9. Portaherramientas
HSK
El consorcio alemán de fabricantes de centros de mecanizado, los usuario finales y
los fabricantes de herramientas, en conjunción con el Laboratorio de Máquinas de la
Universidad de Aachen, han desarrollado el revolucionario HSK, (Hollw Shank Kegel)
un sistema de sujeción de herramientas.
En total, seis normas distintas fueron creadas para mangos HSK DIN 69893 y seis
normas para los husillos de la máquina DIN 69063.
DIN 69893-1. MANGOS CÓNICOS HUECOS – HSK CON SUPERFICIE DE
CONTACTO PLANA; TIPO A Y C
Forma A
• Norma para centros de mecanizado y fresadoras
• Para cambio automático de la herramienta
• La refrigeración interior es proveída a través de un tubo central de refrigeración
• Las llaves de manejo del portaherramientas se encuentran al final del mango HSK
• El chip del portaherramientas DIN STD 69873 se encuentra en la brida.
Forma C
• Para líneas transferidas, máquinas especiales y sistemas modulares de
herramientas
• Para cambio de herramientas manual
• Refrigeración interna proporcionada a través de un conducto central
• Las llaves de manejo del portaherramientas se encuentran al final del cono HSK
• Todos los soportes de forma A, están equipados con agujeros laterales para un
cambio manual de la herramienta, también pueden ser usados como soportes de
Forma C.
DIN 69893-2. MANGOS CÓNICOS HUECOS- HSK CON SUPERFICIE DE
CONTACTO PLANA; TIPO B Y D
Forma B
• Para centros de mecanizado, fresadoras
• Con tamaño de brida ampliado para máquinas rígidas
• Para cambio de herramienta automático
• Refrigeración interior proveída a través de la brida
• Las llaves de manejo del portaherramientas se encuentran en la brida
• El chip del portaherramientas DIN STD 69873 se encuentra en la brida.
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10. Portaherramientas
Forma D
• Para máquinas especiales
• Con el tamaño de la brida ampliado para máquinas rígidas
• Para cambio de herramienta manual
• Para cambio de herramienta manual
• Las llaves de manejo del portaherramientas se encuentran en la brida.
DIN V 69893-5. MANGOS CÓNICOS HUECOS – HSK CON SUPERFICIE DE
CONTACTO PLANA; TIPO E
Forma E
• Para aplicaciones de alta velocidad
• Para cambio de herramienta automático
• La refrigeración interior es proveída a través de un tubo central de refrigeración
• Ninguna llaves de manejo del portaherramientas se encuentran por simetría
absoluta.
DIN V 69893-6. MANGOS CÓNICOS HUECOS – HSK CON SUPERFICIE DE
CONTACTO PLANA ; TIPO F
Forma F
• Para aplicaciones de alta velocidad principalmente en industrias de elaboración
de madera
• Con el tamaño de la brida ampliado para máquinas rígidas
• Para cambio de herramienta automático
• La refrigeración interior es proveída a través de un tubo central de refrigeración
• Ninguna las llaves de manejo del portaherramientas se encuentran por simetría
absoluta.
• DIN 69063-1. Receptor de Herramienta para Mangos cónicos huecos – HSK Tipo A y C
• DIN 69063-2. Receptor de Herramienta para Mangos cónicos huecos- HSK Tipo B y C
• DIN 69063-5. Receptor de Herramienta para Mangos cónicos huecos- HSK Tipo E
• DIN 69063-6. Receptor de Herramienta para Mangos cónicos huecos- HSK Tipo F
Beneficios que HSK aporta al usuario:
• Alta rigidez estática y dinámica. La fuerza flectora es entre el 30 y el 200% mayor
que en los soportes de herramienta escalonados
• Elevada precisión en la reproducción axial y radial. El portaherramientas no tiene
la tendencia de “aspirar” como un soporte de herramienta escalonado
• Masa baja, golpe leve cuando se lleva acabo el cambio de la herramienta
• Sujeción centrada con dos veces la fuerza.
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11. Portaherramientas
ACCESORIOS PARA EL ROSCADO
Normalmente un accesorio para roscado tiene que resolver los siguientes problemas:
1. Sujeción simple del macho con cambio rápido de la herramienta
2. Par máximo limitado en relación con el tamaño de la rosca
3. Compensación de los errores del paso en la máquina herramienta
Así, hay diferentes dispositivos que proveen estas funciones.
DISPOSITIVOS DE CAMBIO RÁPIDO DE LA HERRAMIENTA
• Portamachos sin embrague
Secuencia de operaciones
1. Insertar el macho en el portamachos
2. Insertar el portamachos en la parte final del portaherramientas
• Portamachos sin embrague con tornillo de fijación
• Pinza portamachos con la parte posterior cuadrada
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12. Portaherramientas
ACCESORIOS PARA EL ROSCADO
En el proceso de roscado, el equilibrio entre los movimientos de rotación y axial de la
herramienta es complejo. A veces es necesario restringir los movimientos axiales de la
herramienta.
Si el movimiento axial no está controlado con precisión, el puntero o flanco de salida del
macho son forzados a “rasurar” un flanco del componente de la rosca, produciendo de
este modo una rosca delgada y sobredimensionada en el componente.
Tensión – La capacidad de “avance flotante” permite al macho progresar en el
componente sin interferencias del avance axial del husillo de la máquina
Compresión – La capacidad de “retroceso flotante”, actúa como un cojín y permite que
el macho empiece a cortar con su propio avance axial independientemente del husillo
de la máquina.
Compresión/Tensión – El dispositivo flotante está diseñado para negar cualquier
fuerza externa durante la operación de mecanizado.
Flotación radial – Permite un leve error de centrado del eje del husillo de la máquina
y el eje del agujero previo al roscado. Esto no está recomendado para la fabricación
práctica y debe ser evitado.
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13. Portaherramientas
VALORES DE POSICIÓN PARA PORTAMACHOS CON EMBRAGUE DE SEGURIDAD
A continuación se presentan los valores de los portamachos con un embrague de
seguridad en función del tamaño de rosca recomendada.
Tamaño de Posición del Par Tamaño de Posición del Par
rosca (Nm) rosca (Nm)
M3 0,50 M16 40,0
M3,5 0,8 M18 63,0
M4 1,20 M20 70,0
M4,5 1,60 M22 80,0
M5 2,0 M24 125,0
M6 4,0 M30 220,0
M8 8,0 M33 240,0
M10 16,0 M39 320,0
M12 22,0 M45 480,0
M14 36,0 M48 630,0
Posición del par de apriete en portamachos con embrague de seguridad.
Nota: La posición en el sentido de las agujas del reloj, incrementa el par de apriete.
La posición en sentido inverso a las agujas del reloj, disminuye el par de apriete.
A Par de arranque
B Posición del adaptador
del mango
C Llave
D Portamachos con
embrague
E Mango de fijación
hexagonal
F Mordaza
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14. Portaherramientas
CÁLCULOS DEL PAR
Md = p * D * kc Md = Potencia D = Diámetro nominal en mm
2
__________
8000 P = Paso Kc = Fuerza de corte específica
Los valores de esta fórmula son válidos para machos nuevos de corte. El
desgaste del macho da aproximadamente el doble del valor del par.
Cuando usamos un macho de deformación en frío (macho de laminación) el
cálculo del par tiene que ser multiplicado por 1.8
Kc
Aplicaciones por grupo de Material Fuerza específica de corte
N/mm2
1.1 Acero blando 2000
1.2 Acero de construcción/cementación 2100
1.3 Acero al carbono 2200
1.4 Acero aleado 2400
1. Acero
1.5 Acero aleado/temple y revenido 2500
1.6 Acero aleado/temple y revenido 2600
1.7 Acero aleado cementado 2900
1.8 Acero aleado cementado 2900
2.1 Acero inoxidable fácil mecanizado 2300
2. Acero Austenítico
2.2 2600
inoxidable
2.3 Ferritico, Ferr. + Aust., Marten 3000
3.1 Con grafito laminar 1600
3.2 Con grafito laminar 1600
3. Hierro Fundido
3.3 Con graf. laminar, fundic. maleable 1700
3.4 Con graf. laminar, fundic. maleable 2000
4.1 Titanio no aleado 2000
4. Titanio 4.2 Titanio aleado 2000
4.3 Titanio aleado 2300
5.1 Níquel no aleado 1300
5. Nickel 5.2 Níquel aleado 2000
5.3 Níquel aleado 2000
6.1 Cobre 800
6.2 β-Latón, bronce 1000
6. Cobre
6.3 α-Latón 1000
6.4 Metal AMPCO 1000
7.1 Al, Mg, no aleado 700
7.2 AI aleado con Si < 0.5% 700
7. Aluminio
7.3 Al aleado con Si > 0.5% < 10% 800
Magnesio
AI aleado , Si > 10% Reforzado por filamentos
7.4 1000
AI-aleados Mg-aleados
8.1 Termoplásticos 400
8. Materiales Plásticos endurecidos por calor
8.2 600
Sintéticos
8.3 Materiales plásticos reforzados 800
9. Materiales duros 9,1 Cerametales (metales-cerámicas) >2800
10. Grafito 10.1 Grafito standard 600
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