Usinagem de precisão é um processo para remover material de uma peça de trabalho durante a manutenção de acabamentos com tolerâncias estreitas.A máquina de precisão possui muitos tipos, incluindo fresamento, torneamento e usinagem por descarga elétrica.Uma máquina de precisão hoje é geralmente controlada por meio de controles numéricos computadorizados (CNC).
Quase todos os produtos metálicos utilizam usinagem de precisão, assim como muitos outros materiais, como plástico e madeira.Essas máquinas são operadas por maquinistas especializados e treinados.Para que a ferramenta de corte faça o seu trabalho, ela deve ser movida nas direções especificadas para fazer o corte correto.Este movimento primário é chamado de “velocidade de corte”.A peça de trabalho também pode ser movida, conhecido como movimento secundário de “avanço”.Juntos, esses movimentos e a nitidez da ferramenta de corte permitem que a máquina de precisão opere.
A usinagem de precisão de qualidade requer a capacidade de seguir projetos extremamente específicos feitos por programas CAD (projeto auxiliado por computador) ou CAM (fabricação auxiliada por computador), como AutoCAD e TurboCAD.O software pode ajudar a produzir diagramas ou contornos tridimensionais complexos necessários para fabricar uma ferramenta, máquina ou objeto.Esses planos devem ser seguidos detalhadamente para garantir que um produto mantenha sua integridade.Embora a maioria das empresas de usinagem de precisão trabalhe com algum tipo de programa CAD/CAM, elas ainda trabalham frequentemente com esboços desenhados à mão nas fases iniciais de um projeto.
A usinagem de precisão é usada em vários materiais, incluindo aço, bronze, grafite, vidro e plástico, para citar alguns.Dependendo do tamanho do projeto e dos materiais a serem utilizados, diversas ferramentas de usinagem de precisão serão utilizadas.Qualquer combinação de tornos, fresadoras, furadeiras, serras e retificadoras e até mesmo robótica de alta velocidade pode ser usada.A indústria aeroespacial pode usar usinagem de alta velocidade, enquanto uma indústria de fabricação de ferramentas para marcenaria pode usar processos de gravação fotoquímica e fresagem.A produção de uma tiragem, ou uma quantidade específica de qualquer item específico, pode chegar a milhares ou ser apenas alguns.A usinagem de precisão geralmente requer a programação de dispositivos CNC, o que significa que eles são controlados numericamente por computador.O dispositivo CNC permite que as dimensões exatas sejam seguidas ao longo da execução de um produto.
Fresamento é o processo de usinagem que usa fresas rotativas para remover material de uma peça de trabalho, avançando (ou alimentando) a fresa na peça de trabalho em uma determinada direção.A fresa também pode ser mantida em um ângulo em relação ao eixo da ferramenta.A fresagem abrange uma ampla variedade de operações e máquinas diferentes, em escalas que vão desde pequenas peças individuais até grandes operações de fresagem coletiva para serviços pesados.É um dos processos mais comumente usados para usinar peças personalizadas com tolerâncias precisas.
O fresamento pode ser feito com uma ampla gama de máquinas-ferramentas.A classe original de máquinas-ferramentas para fresamento era a fresadora (frequentemente chamada de fresadora).Após o advento do controle numérico computadorizado (CNC), as fresadoras evoluíram para centros de usinagem: fresadoras aumentadas por trocadores automáticos de ferramentas, magazines ou carrosséis de ferramentas, capacidade CNC, sistemas de refrigeração e gabinetes.Os centros de fresamento são geralmente classificados como centros de usinagem verticais (VMCs) ou centros de usinagem horizontais (HMCs).
A integração do fresamento em ambientes de torneamento, e vice-versa, começou com ferramentas motorizadas para tornos e o uso ocasional de fresas para operações de torneamento.Isto levou a uma nova classe de máquinas-ferramentas, máquinas multitarefas (MTMs), que são construídas especificamente para facilitar o fresamento e o torneamento dentro do mesmo envelope de trabalho.
Para engenheiros de projeto, equipes de P&D e fabricantes que dependem do fornecimento de peças, a usinagem CNC de precisão permite a criação de peças complexas sem processamento adicional.Na verdade, a usinagem CNC de precisão muitas vezes possibilita que peças acabadas sejam feitas em uma única máquina.
O processo de usinagem remove material e utiliza uma ampla gama de ferramentas de corte para criar o design final, e muitas vezes altamente complexo, de uma peça.O nível de precisão é aprimorado através do uso de controle numérico computadorizado (CNC), que é utilizado para automatizar o controle das ferramentas de usinagem.
O papel do "CNC" na usinagem de precisão
Usando instruções de programação codificadas, a usinagem CNC de precisão permite que uma peça seja cortada e moldada de acordo com as especificações, sem intervenção manual do operador da máquina.
Tomando um modelo de projeto auxiliado por computador (CAD) fornecido por um cliente, um maquinista especialista usa software de fabricação auxiliada por computador (CAM) para criar as instruções para usinar a peça.Com base no modelo CAD, o software determina quais caminhos de ferramenta são necessários e gera o código de programação que informa à máquina:
■ Quais são as RPMs e taxas de alimentação corretas
■ Quando e para onde mover a ferramenta e/ou peça de trabalho
■ Qual a profundidade do corte
■ Quando aplicar refrigerante
■ Quaisquer outros fatores relacionados à velocidade, taxa de avanço e coordenação
Um controlador CNC usa então o código de programação para controlar, automatizar e monitorar os movimentos da máquina.
Hoje, o CNC é um recurso integrado em uma ampla gama de equipamentos, desde tornos, fresadoras e roteadores até máquinas de EDM (usinagem por descarga elétrica), laser e corte a plasma.Além de automatizar o processo de usinagem e aumentar a precisão, o CNC elimina tarefas manuais e libera os maquinistas para supervisionar várias máquinas funcionando ao mesmo tempo.
Além disso, uma vez projetado um caminho de ferramenta e programada uma máquina, ela pode executar uma peça inúmeras vezes.Isso proporciona um alto nível de precisão e repetibilidade, o que, por sua vez, torna o processo altamente econômico e escalável.
Materiais que são usinados
Alguns metais comumente usinados incluem alumínio, latão, bronze, cobre, aço, titânio e zinco.Além disso, madeira, espuma, fibra de vidro e plásticos como polipropileno também podem ser usinados.
Na verdade, praticamente qualquer material pode ser usado com usinagem CNC de precisão – é claro, dependendo da aplicação e de seus requisitos.
Algumas vantagens da usinagem CNC de precisão
Para muitas das pequenas peças e componentes usados em uma ampla gama de produtos manufaturados, a usinagem CNC de precisão costuma ser o método de fabricação preferido.
Como acontece com praticamente todos os métodos de corte e usinagem, diferentes materiais se comportam de maneira diferente, e o tamanho e a forma de um componente também têm um grande impacto no processo.Porém, em geral, o processo de usinagem CNC de precisão oferece vantagens em relação a outros métodos de usinagem.
Isso porque a usinagem CNC é capaz de fornecer:
■ Um alto grau de complexidade da peça
■ Tolerâncias restritas, normalmente variando de ±0,0002" (±0,00508 mm) a ±0,0005" (±0,0127 mm)
■ Acabamentos de superfície excepcionalmente lisos, incluindo acabamentos personalizados
■ Repetibilidade, mesmo em grandes volumes
Embora um maquinista qualificado possa usar um torno manual para fabricar uma peça de qualidade em quantidades de 10 ou 100, o que acontece quando você precisa de 1.000 peças?10.000 peças?100.000 ou um milhão de peças?
Com a usinagem CNC de precisão, você pode obter a escalabilidade e a velocidade necessárias para esse tipo de produção de alto volume.Além disso, a alta repetibilidade da usinagem CNC de precisão oferece peças iguais do início ao fim, não importa quantas peças você esteja produzindo.
Existem alguns métodos muito especializados de usinagem CNC, incluindo EDM por fio (usinagem por descarga elétrica), usinagem aditiva e impressão a laser 3D.Por exemplo, a eletroerosão a fio usa materiais condutores – normalmente metais – e descargas elétricas para erodir uma peça em formas complexas.
No entanto, aqui vamos nos concentrar nos processos de fresamento e torneamento – dois métodos subtrativos que estão amplamente disponíveis e são frequentemente usados para usinagem CNC de precisão.
Fresamento vs. torneamento
O fresamento é um processo de usinagem que utiliza uma ferramenta de corte cilíndrica rotativa para remover material e criar formas.O equipamento de fresagem, conhecido como fresadora ou centro de usinagem, realiza um universo de geometrias complexas de peças em alguns dos maiores objetos de metal usinado.
Uma característica importante do fresamento é que a peça permanece estacionária enquanto a ferramenta de corte gira.Em outras palavras, em uma fresadora, a ferramenta de corte rotativa se move ao redor da peça, que permanece fixa em uma base.
Torneamento é o processo de cortar ou moldar uma peça em um equipamento chamado torno.Normalmente, o torno gira a peça em um eixo vertical ou horizontal enquanto uma ferramenta de corte fixa (que pode ou não estar girando) se move ao longo do eixo programado.
A ferramenta não pode contornar fisicamente a peça.O material gira, permitindo que a ferramenta execute as operações programadas.(Há um subconjunto de tornos em que as ferramentas giram em torno de um fio alimentado por carretel, no entanto, isso não é abordado aqui.)
No torneamento, diferentemente do fresamento, a peça gira.A peça gira no fuso do torno e a ferramenta de corte entra em contato com a peça de trabalho.
Usinagem manual vs. CNC
Embora fresadoras e tornos estejam disponíveis em modelos manuais, as máquinas CNC são mais apropriadas para fins de fabricação de peças pequenas – oferecendo escalabilidade e repetibilidade para aplicações que exigem produção de alto volume de peças com tolerâncias restritas.
Além de oferecer máquinas simples de 2 eixos nas quais a ferramenta se move nos eixos X e Z, os equipamentos CNC de precisão incluem modelos multieixos nos quais a peça também pode se mover.Isso contrasta com um torno onde a peça é limitada à rotação e as ferramentas se movem para criar a geometria desejada.
Essas configurações multieixos permitem a produção de geometrias mais complexas em uma única operação, sem exigir trabalho adicional do operador da máquina.Isto não só facilita a produção de peças complexas, mas também reduz ou elimina a possibilidade de erro do operador.
Além disso, o uso de refrigeração de alta pressão com usinagem CNC de precisão garante que os cavacos não entrem na obra, mesmo quando se utiliza uma máquina com fuso orientado verticalmente.
Fresas CNC
Diferentes fresadoras variam em seus tamanhos, configurações de eixos, taxas de avanço, velocidade de corte, direção de avanço de fresagem e outras características.
No entanto, em geral, todas as fresadoras CNC utilizam um fuso rotativo para cortar material indesejado.Eles são usados para cortar metais duros, como aço e titânio, mas também podem ser usados com materiais como plástico e alumínio.
As fresadoras CNC são construídas para serem repetitivas e podem ser usadas para tudo, desde prototipagem até produção de alto volume.Fresas CNC de alta precisão são frequentemente usadas para trabalhos com tolerâncias restritas, como fresamento de matrizes e moldes finos.
Embora o fresamento CNC possa proporcionar um retorno rápido, o acabamento fresado cria peças com marcas de ferramenta visíveis.Ele também pode produzir peças com algumas arestas vivas e rebarbas, portanto, processos adicionais podem ser necessários se arestas e rebarbas forem inaceitáveis para essas características.
É claro que as ferramentas de rebarbação programadas na sequência irão rebarbar, embora geralmente atinjam no máximo 90% do requisito de acabamento, deixando alguns recursos para o acabamento final manual.
Quanto ao acabamento superficial, existem ferramentas que produzirão não apenas um acabamento superficial aceitável, mas também um acabamento espelhado em partes do produto de trabalho.
Tipos de fresas CNC
Os dois tipos básicos de fresadoras são conhecidos como centros de usinagem verticais e centros de usinagem horizontais, onde a principal diferença está na orientação do fuso da máquina.
Um centro de usinagem vertical é uma fresadora na qual o eixo do fuso está alinhado na direção do eixo Z.Essas máquinas verticais podem ser divididas em dois tipos:
■ Fresas de base, nas quais o fuso se move paralelamente ao seu próprio eixo enquanto a mesa se move perpendicularmente ao eixo do fuso
■ Fresas de torre, nas quais o fuso fica estacionário e a mesa é movida de forma que fique sempre perpendicular e paralela ao eixo do fuso durante a operação de corte
Em um centro de usinagem horizontal, o eixo do fuso da fresadora está alinhado na direção do eixo Y.A estrutura horizontal significa que essas fábricas tendem a ocupar mais espaço no chão de fábrica;eles também são geralmente mais pesados e mais potentes do que as máquinas verticais.
Uma fresadora horizontal é frequentemente usada quando é necessário um melhor acabamento superficial;isso ocorre porque a orientação do fuso significa que os cavacos de corte caem naturalmente e são facilmente removidos.(Como um benefício adicional, a remoção eficiente de cavacos ajuda a aumentar a vida útil da ferramenta.)
Em geral, os centros de usinagem verticais são mais prevalentes porque podem ser tão potentes quanto os centros de usinagem horizontais e podem lidar com peças muito pequenas.Além disso, os centros verticais ocupam menos espaço do que os centros de usinagem horizontais.
Fresas CNC multieixos
Os centros de fresagem CNC de precisão estão disponíveis com vários eixos.Uma fresadora de 3 eixos utiliza os eixos X, Y e Z para uma ampla variedade de trabalhos.Com uma fresadora de 4 eixos, a máquina pode girar em um eixo vertical e horizontal e mover a peça para permitir uma usinagem mais contínua.
Uma fresadora de 5 eixos possui três eixos tradicionais e dois eixos rotativos adicionais, permitindo que a peça seja girada à medida que a cabeça do fuso se move em torno dela.Isso permite que cinco lados de uma peça sejam usinados sem remover a peça e reiniciar a máquina.
Tornos CNC
Um torno – também chamado de centro de torneamento – possui um ou mais fusos e eixos X e Z.A máquina é usada para girar uma peça em seu eixo para realizar diversas operações de corte e modelagem, aplicando uma ampla gama de ferramentas à peça.
Tornos CNC, também chamados de tornos com ferramentas de ação ao vivo, são ideais para criar peças cilíndricas ou esféricas simétricas.Assim como as fresadoras CNC, os tornos CNC podem lidar com operações menores, como prototipagem, mas também podem ser configurados para alta repetibilidade, suportando produção de alto volume.
Tornos CNC também podem ser configurados para produção relativamente sem uso das mãos, o que os torna amplamente utilizados nas indústrias automotiva, eletrônica, aeroespacial, robótica e de dispositivos médicos.
Como funciona um torno CNC
Com um torno CNC, uma barra bruta de material é carregada no mandril do fuso do torno.Este mandril mantém a peça no lugar enquanto o fuso gira.Quando o fuso atinge a velocidade necessária, uma ferramenta de corte estacionária é colocada em contato com a peça para remover o material e obter a geometria correta.
Um torno CNC pode realizar uma série de operações, como furação, rosqueamento, mandrilamento, alargamento, faceamento e torneamento cônico.Diferentes operações exigem trocas de ferramentas e podem aumentar o custo e o tempo de configuração.
Quando todas as operações de usinagem necessárias forem concluídas, a peça é cortada do estoque para processamento posterior, se necessário.O torno CNC está então pronto para repetir a operação, normalmente com pouco ou nenhum tempo adicional de configuração necessário entre eles.
Os tornos CNC também podem acomodar uma variedade de alimentadores automáticos de barras, que reduzem a quantidade de manuseio manual de matéria-prima e oferecem vantagens como as seguintes:
■ Reduza o tempo e o esforço exigidos do operador da máquina
■ Apoie a barra para reduzir vibrações que podem afetar negativamente a precisão
■ Permitir que a máquina-ferramenta opere em velocidades ideais do fuso
■ Minimize os tempos de troca
■ Reduzir o desperdício de materiais
Tipos de tornos CNC
Existem vários tipos diferentes de tornos, mas os mais comuns são os tornos CNC de 2 eixos e os tornos automáticos de estilo chinês.
A maioria dos tornos CNC China usa um ou dois fusos principais mais um ou dois fusos traseiros (ou secundários), sendo a transferência rotativa responsável pelo primeiro.O fuso principal realiza a usinagem primária, com o auxílio de uma bucha guia.
Além disso, alguns tornos de estilo chinês vêm equipados com um segundo cabeçote de ferramenta que funciona como uma fresadora CNC.
Com um torno automático CNC estilo chinês, o material em estoque é alimentado através de um fuso de cabeça deslizante em uma bucha guia.Isso permite que a ferramenta corte o material mais próximo do ponto onde o material é suportado, tornando a máquina chinesa especialmente benéfica para peças torneadas longas e delgadas e para microusinagem.
Centros de torneamento CNC multieixos e tornos estilo chinês podem realizar múltiplas operações de usinagem usando uma única máquina.Isso os torna uma opção econômica para geometrias complexas que, de outra forma, exigiriam múltiplas máquinas ou trocas de ferramentas usando equipamentos como uma fresadora CNC tradicional.