Pinzas ER en router CNC: fresas que patinan y excentricidad

Las fresas de router patinan o se caen de las pinzas ER sobre todo porque la tuerca está apretada por debajo de su par (REGO-FIX recomienda 24 Nm para ER11 y 80 Nm para ER20 con el diámetro de alojamiento máximo), porque la pinza sujeta cerca del extremo inferior de su rango de sujeción de 0.5–1.0 mm según ISO 15488, o porque la resina y el polvo recubren el mango y el cono. Conviene corregir primero estas causas y sustituir el husillo solo cuando una prueba de excentricidad con indexado demuestre que el error permanece con el cono del husillo. Esta guía abarca ER11, ER16, ER20 y ER32 en husillos refrigerados por agua, routers de pórtico y recortadoras con adaptadores ER11.

Los husillos de router utilizan las mismas pinzas ISO 15488 que los portaherramientas de los centros de mecanizado, pero las condiciones de trabajo son distintas: la tuerca se aprieta sobre el propio husillo, las fresas suelen tener mangos en pulgadas montados en juegos de pinzas métricas y la viruta es polvo fino y resina en lugar de metal. Para el dimensionado general de las pinzas, consulta la tabla de tamaños y guía de selección de pinzas ER; para la tabla completa de pares y la secuencia de apriete estándar, consulta la guía de par de apriete y excentricidad de pinzas ER.

Referencia rápida de pinzas para router

Qué tamaño ER usa el husillo del router y qué puede sujetar

En un router CNC, el tamaño de la pinza ER fija el mango más grande que admite el husillo: según ISO 15488, ER11 llega como máximo a 7 mm, ER16 a 10 mm, ER20 a 13 mm y ER32 a 20 mm. Por eso una fresa de planear con mango de 1/2 in (12.7 mm) no entra en absoluto en un husillo ER16 y requiere ER20 o un tamaño mayor.

Configuraciones típicas de router, que varían según el fabricante:

• Routers pequeños con motor de escobillas (clase de sobremesa «3018»): ER11, a menudo como una varilla de extensión independiente fijada con prisioneros sobre un eje de motor de 5 mm, en lugar de una nariz de husillo integrada.
• Husillos refrigerados por agua o por aire de aproximadamente 0.8–1.5 kW: habitualmente ER11 o ER16.
• Husillos de unos 2.2 kW: habitualmente ER20, el tamaño más pequeño que admite mangos de 1/2 in.
• Routers industriales con cambiador de herramientas: portapinzas ER25 o ER32 en portaherramientas de cono 30 o HSK, donde son habituales las fresas con mango de 1/2 in y 3/4 in.
• Recortadoras (routers de palma): una pinza original de 1/4 in, 6 mm u 8 mm; los modelos de 1/4 in y 6 mm a menudo se equipan con una nariz ER11 o un adaptador de otro fabricante (ER11 llega como máximo a 7 mm, así que no admite mangos de 8 mm).

ISO 15488 define la pinza, el alojamiento del portapinzas y la rosca de la tuerca para los tamaños ER11 a ER40, y por eso una pinza ER20 de un fabricante encaja en un husillo de router ER20 de otro. ISO 15488 fija además el rango de sujeción de la forma B: 0.5 mm para ER11 y 1.0 mm para ER16 a ER40. Así, una pinza ER11 marcada como de 7 mm sujeta de 7.0 a 6.5 mm, mientras que una pinza ER16 o ER20 de 7 mm sujeta de 7.0 a 6.0 mm. Esta estrecha ventana de ER11 explica que los usuarios de ER11 se encuentren con problemas de ajuste entre pulgadas y milímetros con más frecuencia que los de ER20.

Por qué las fresas de router patinan o se caen de las pinzas ER

En los husillos de router, el deslizamiento de la fresa suele ser primero un problema de fuerza de sujeción y, en último lugar, un problema del husillo. Conviene recorrer esta lista en orden, ya que cada paso cuesta menos que el siguiente:

1. Par insuficiente. La tuerca se aprieta sobre el husillo con dos llaves planas. Alcanzar 80 Nm en una ER20 exige mucho más esfuerzo del que la mayoría de los operarios aplica a ojo (la sección 04 muestra el cálculo), y la fuerza de sujeción aumenta de forma aproximadamente proporcional al par de la tuerca.
2. Pinza inadecuada para el mango. Un mango cerca del extremo inferior del rango de sujeción queda agarrado principalmente en la parte delantera y trasera del alojamiento, no en toda su longitud (sección 03).
3. Inserción corta. Las fresas de router y de grabado de mango corto a menudo quedan sujetas solo en una parte del alojamiento. Una pauta de taller muy citada es ocupar al menos dos tercios de la longitud del alojamiento de la pinza; con menos, la pinza se abre en boca de campana y pierde agarre.
4. Película de resina, aceite o polvo. La resina de la madera y el polvo de MDF en el mango o en las ranuras de la pinza reducen la fricción entre mango y alojamiento, de modo que el mismo par transmite menos fuerza de retención.
5. Pinza no encajada en la tuerca. Una pinza que se introduce primero en el cono del husillo y luego se cubre con la tuerca puede quedar ladeada, de forma que la tuerca carga un lado de la pinza más que el otro.
6. Pinza desgastada. Las pinzas de Clase 2 suelen durar 500–1.000 ciclos de sujeción. Un router que cambia de fresa diez veces por turno alcanza ese rango en unos 50 a 100 turnos.
7. Cono del husillo dañado. Una pinza que ha patinado y girado deja anillos brillantes o corrosión por fretting en el cono del husillo; a partir de ese momento incluso una pinza nueva puede patinar, y el cono suele requerir un rectificado o la sustitución del eje.

Las fresas helicoidales de corte ascendente tiran de sí mismas hacia fuera de la pinza, porque su hélice eleva la viruta y empuja la herramienta hacia abajo a lo largo de su eje; por tanto, una fresa que profundiza durante el trabajo es un síntoma de falta de agarre, no un fallo del eje Z. Las fresas de corte descendente, en cambio, empujan la herramienta hacia el interior de la pinza y tienden a ocultar un agarre débil hasta una penetración fuerte.

El problema de la fresa de 1/8 in: rango de sujeción y mangos en pulgadas en pinzas métricas

Una fresa de 1/8 in (3.175 mm) en un juego métrico ER16 con pasos de 1 mm cae en la pinza de 4 mm, que cubre de 4.0 a 3.0 mm según el rango estándar de ISO 15488; la pinza queda cerrada 0.825 mm, cerca del 83% de su rango de 1.0 mm, y suele agarrar el mango sobre todo en los extremos del alojamiento. La pinza de 3 mm no admite el mango en absoluto (3.0 a 2.0 mm). Los juegos con pasos de 0.5 mm añaden una pinza de 3.5 mm, que sujeta el mango 0.325 mm por debajo del nominal. ISO 15488 también admite, previo acuerdo, un rango de 0.5 mm para ER16 a ER40, y algunos fabricantes indican así cada pinza de medida intermedia; una pinza de 4 mm indicada como 4.0–3.5 mm no llega en absoluto a un mango de 1/8 in, así que conviene comprobar el rango de sujeción que declara el fabricante. Una pinza específica de 1/8 in sujeta el mismo mango a su tamaño nominal, con el alojamiento en contacto en toda su longitud.

El mismo cálculo afecta a otros mangos habituales de router. Conviene elegir la pinza cuyo nominal sea igual o ligeramente superior al mango, tan próximo a él como permita el juego:

Una fresa de 1/4 in no entra en una pinza de 6 mm, y una fresa de 6 mm en una pinza ER11 de 1/4 in consume 0.35 mm de un rango de 0.5 mm: es viable, pero una pinza de 6 mm la sujeta a su nominal. Antes de elegir, conviene medir el mango con un micrómetro: las fresas vendidas como de 1/4 in a veces quedan ligeramente por debajo de 6.35 mm, lo que las desplaza aún más hacia abajo en el rango de la pinza.

La otra mitad del problema de 1/8 in es el par. Según REGO-FIX, una tuerca estándar ER16 tiene un par nominal de solo 20 Nm para alojamientos de pinza de 1.5–3.5 mm, frente a 56 Nm para alojamientos de 5–10 mm, de modo que apretar una pinza de 1/8 in al valor de ER16 de tamaño completo puede aplastar la pinza pequeña. La misma tabla indica 32 Nm para alojamientos ER20 de 1.5–6.5 mm —que incluyen tanto mangos de 1/8 in como de 1/4 in— y 80 Nm solo a partir de 7 mm.

Par de la tuerca en un husillo de router: valores, fuerza en la llave y minituercas

REGO-FIX, creador del sistema ER, publica una tabla de pares de apriete desglosada por tipo de tuerca y alojamiento de pinza que reproducen otros fabricantes, y es la referencia práctica cuando se desconoce la marca de la tuerca de un husillo de router. ISO 15488 especifica las dimensiones de pinza, portapinzas y tuerca, pero ningún par de apriete. Valores para una tuerca estándar, por alojamiento de pinza:

Las minituercas usan una rosca más fina, fuera de ISO, y admiten un par mucho menor, por lo que hay que identificar la tuerca antes de aplicar un valor de tuerca estándar. La rosca permite distinguirlas: ER11 estándar M14×0.75 frente a mini M13×0.75, ER16 M22×1.5 frente a M19×1, y ER20 M25×1.5 frente a M24×1.

La fuerza necesaria se deduce del brazo de palanca:

F = T / L

donde F es la fuerza de la mano en el extremo de la llave (N), T el par de la tuerca (Nm) y L la distancia del centro de la tuerca a la mano (m). La longitud del mango es determinante: 80 Nm en una ER20 requieren unos 533 N (aproximadamente 54 kg de tracción) en el extremo de una llave de 150 mm, pero unos 320 N con un mango de 250 mm. Para ER11, 24 Nm a 100 mm suponen unos 240 N; para ER16 a 56 Nm y 150 mm, unos 373 N. Son cargas que pocos operarios aplican a ojo, y por eso las tuercas con par insuficiente son una causa frecuente de fresas que se desplazan.

En un husillo de router, el par de la tuerca debe contrarrestarse con una segunda llave sobre las caras planas del eje —o con el bloqueo del husillo— y no a través de los rodamientos del husillo ni del pórtico. Muchos operarios de router usan para la tuerca una llave ER que se acopla a una llave dinamométrica (o un adaptador para llave dinamométrica) y sujetan las caras planas del eje con la llave del husillo; apretar contra un eje que gira libremente o contra un motor bloqueado no proporciona un par repetible.

Encaje, montaje y limpieza en un taller con polvo de madera

La mayoría de las tuercas ER llevan un anillo excéntrico de extracción, y la pinza debe encajarse en ese anillo antes de montar la tuerca en el husillo; de lo contrario, la tuerca no puede extraer la pinza del cono al aflojarla. En un husillo de router vertical, la secuencia siguiente evita además que la pinza y la fresa caigan sobre el tablero de sacrificio durante un cambio:

1. Inclina la pinza dentro de la tuerca para que su ranura enganche el anillo excéntrico y presiona el lado opuesto hasta oír un clic. Sujeta la tuerca boca abajo: una pinza encajada permanece en su sitio y gira libremente y centrada.
2. Rosca la tuerca en el husillo dos o tres vueltas y, a continuación, introduce la fresa hasta la profundidad prevista, ocupando tanto alojamiento como permita el mango.
3. Ajusta la tuerca a mano y aplica después el par en un único tirón continuo mientras sujetas el eje.
4. Para cambiar de fresa, afloja la tuerca más allá del primer punto de resistencia; la segunda resistencia es el anillo excéntrico extrayendo la pinza del cono.

La resina de la madera es el contaminante propio del router: la resina en el mango y en las ranuras de la pinza reduce la fricción que retiene la fresa, por lo que conviene limpiar el alojamiento de la pinza, las ranuras y el mango de la fresa con un disolvente de resina y un cepillo de latón cuando haya depósitos visibles. El cono del husillo se limpia con un paño limpio sin pelusa o con un limpiador de conos en cada cambio de pinza. Debe evitarse soplar aire a alta presión directamente en la nariz del husillo, ya que puede empujar el polvo fino más allá de la junta del rodamiento delantero; es preferible cepillar y pasar un paño. El cono de la pinza y el cono del husillo deben mantenerse limpios y secos, y solo la rosca de la tuerca debe llevar una ligera película de aceite.

Qué excentricidad esperar y cómo distinguir la pinza del husillo

La excentricidad en un router es importante porque el espesor de viruta de cada filo varía hasta en el valor de la excentricidad: en una fresa de dos filos, en el peor caso, el filo largo corta aproximadamente la carga de viruta más la excentricidad y el filo corto la carga de viruta menos la excentricidad.

h_long ≈ f_z + TIR y h_short ≈ f_z − TIR

donde f_z es la carga de viruta programada por filo y TIR la excentricidad entre filos. Este es el peor caso, cuando el punto alto de la excentricidad coincide con un filo; en otras orientaciones el reparto es menor, pero el filo largo sigue soportando más de lo que le corresponde. La excentricidad domina cuando se acerca a la carga de viruta: con f_z = 0.05 mm, 0.025 mm de excentricidad dan 0.075 mm en un filo y 0.025 mm en el otro, y con 0.05 mm de excentricidad el segundo filo deja de cortar por completo, de modo que un solo filo trabaja al doble de la carga de viruta prevista. Esto se manifiesta como bordes deshilachados en el contrachapado, virutas fundidas en los plásticos y una fresa que se desafila por un solo filo. Para los fundamentos de la carga de viruta, consulta avances y velocidades para fresas de metal duro.

La «regla de un décimo» de BIG DAISHOWA estima que cada 0.0001 in (2.5 µm) de excentricidad cuesta aproximadamente un 10% de vida útil de la herramienta, de modo que 0.01 mm de excentricidad cuestan aproximadamente un 40% en condiciones típicas de acabado. La regla procede de las fresas para corte de metal, pero el mecanismo de espesor de viruta descrito arriba se aplica también a las fresas de router en madera y plásticos.

El presupuesto de excentricidad en la fresa es la suma del cono del husillo, la pinza y el mango de la fresa. Una pinza ISO 15488 de Clase 2 admite hasta 0.015 mm de TIR para alojamientos de hasta 10 mm en el voladizo de ensayo estándar (16 mm para alojamientos de 3–6 mm, 25 mm para 6–10 mm), mientras que los grados de precisión de los fabricantes llegan a 0.005 mm o mejor. Como regla práctica, un sistema de router cuya lectura queda en o por debajo de la tolerancia de Clase 2 de la pinza está en buen estado; las lecturas por encima de aproximadamente el doble de esa tolerancia apuntan a un componente defectuoso concreto que merece la pena localizar.

La prueba de indexado a 90° separa el error de la pinza del error del husillo en unos diez minutos:

1. Sujeta un pasador rectificado o una barra de metal duro de rectitud conocida en lugar de una fresa de router, y mide con el comparador cerca de la tuerca y de nuevo a unos 25 mm hacia fuera, usando un comparador con resolución de 0.001 mm o 0.002 mm (consulta la guía de selección de micrómetros y relojes comparadores).
2. Marca el punto alto respecto a la nariz del husillo. Afloja, gira la pinza 90° respecto al husillo, vuelve a apretar con el mismo par y mide de nuevo.
3. Si el punto alto se desplaza con la pinza, la causa es la pinza o la tuerca; si permanece en la misma posición angular del husillo, la causa es el cono o el eje del husillo.
4. Mide directamente con el comparador el alojamiento cónico vacío del husillo. Una lectura del cono cercana o superior a la mitad de la tolerancia de la pinza (unos 0.008 mm) significa que el husillo consume el presupuesto antes de montar ninguna pinza.

Las recortadoras con adaptadores ER11 acumulan dos interfaces de sujeción en serie, por lo que su excentricidad puede llegar a la suma de ambas interfaces cuando los dos puntos altos coinciden. Un adaptador cuyo mango se sujeta en la propia pinza de 1/4 in o 6 mm del router suma el error de la pinza del router y el del adaptador, además de un voladizo adicional; una nariz de repuesto que se rosca directamente en el eje del router elimina una de las interfaces. En los routers de sobremesa cuya nariz ER11 es una varilla de extensión fijada con prisioneros sobre un eje de motor de 5 mm, esa unión suele dominar la lectura y ninguna mejora de pinza puede corregirla.

Resumen

Fuentes

• ISO 15488:2003 — Collets with 8° setting angle for tool shanks
• REGO-FIX — Recommended tightening torque for ER and MR clamping nuts
• REGO-FIX — ER System product catalogue (collet clamping ranges, nut types)
• BIG DAISHOWA — The One Tenth = 10% Rule and Effects of Runout